关于高海拔地区开关柜结构设计的探讨

关于高海拔地区开关柜结构的探讨 摘要：KYN28-12型高压开关柜在10kV开关柜市场上属于主流产品,其常规的结构设计已相当成熟，而高海拔地区的开关柜结构与平原地区产品有较大区别，本人结合自己设计工作过程中的经验并参考相关书籍，对这些非常规方案的机械结构设计做一些探讨。 关键词：高压开关柜  机械结构设计 高海拔地区 一、前言 KYN28-12型高压开关柜是铠装型移开式户内交流金属封闭开关设备，该柜型常规的一次方案如进线柜、馈线柜、母线设备柜、母联断路器柜、母联隔离柜等的结构设计已相当成熟，运行过程中也很稳定，每个厂家在设计、生产时没什么困难，但随着国家工业的迅速发展和西部大开发的进程不断加快，越来越多的开关柜在西部高海拔地区有了广泛的使用。海拔高度大于等于1000m，都属于高海拔地区，海拔高度的增加对开关柜在设计、制造、安装和使用上与平原地区产品有较大的区别。为保证KYN28-12型高压开关柜在高海拔地区安全、可靠地运行，现就本人结合设计工作过程中的经验并参考相关书籍，对这些方案的结构设计做一些探讨。 二、KYN28-12型高压开关柜结构简介 在进行探讨之前我们先来认识一下KYN28-12型高压开关柜的结构。该开关柜外壳是由具抗腐蚀、抗氧化能力的覆铝锌板经CNC机床加工折弯之后经高强度螺栓组装而成。其内部空间分为小母线室、仪表室、母线室、电缆室、手车室五大隔室，隔室间的防护等级达到IP2X。顾名思义，二次仪表一般装在仪表室，一次贯穿主母线主要装在母线室，而电缆室一般安装接地开关、电流电压互感器、零序互感器、避雷器、一次电缆等，真空断路器、隔离手车、PT车、熔断器手车则装在手车室。在开关柜的顶部，手车室、母线室、电缆室上方均设有泄压通道。当发生内部故障电弧时，伴随电弧的出线，开关柜内部气压升高，顶部装设的压力释放金属板将被自动打开，定向释放压力和排泄气体，以确保操作人员和开关柜的安全。所有压力释放通道是绝对不能被占用。该柜型的静触头前设有活门机构，当手车推入活门打开，手车退出，保证操作的安全。 三、高海拔对KYN28-12型高压开关柜设备性能的影响 在GB311.1中的标准参考大气（温度、压力和湿度）条件下，空气间隙的击穿电压随空气压力、密度、湿度的降低而降低： 1、 在高海拔地区，太阳日间辐射强度较大，温度太高易使开关柜设备的外绝缘发生老化。 2、 西北地区昼夜温差较大，在湿度较大的地区,极易在设备表面附着许多小水珠，形成凝露，凝露一量在介质表面形成，将提高发生沿面闪络放电的几率。 3、 随着西部大开发进程的加快，空气污染也日益严重，空气中的尘污中含有高导电率的物质，大大增加绝缘件沿面闪络放电几率。 四、高海拔地区KYN28-12开关柜结构设计 经过对高海拔地区开关柜设备的性能影响，结合多年来KYN28-12开关柜的设计经验，现对高海拔高压开关柜的设计技术要求做如下总结： 1、增大母排与金属壳体间隙 根据《DL/T404-2007 户内交流高压开关柜订货技术条件》5.106中对母排与金属壳体最小空气间隙的要求，单纯以空气作为绝缘介质的12KV金属封闭开关设备和控制设备，相间母排和相对金属壳体的最小空气间隙应达到125mm，带电体至门应达到155mm。以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质的金属封闭开关设备和控制设备，带电体与绝缘板之间的最小空气间隙应不小于30mm。 当海拔超过1000m时，应按每升高1000m空所距离增大10%进行修正。详见下表 高海拔相间、相对地空气绝缘距离/mm 电压 海拔 1000 2000 2500 3000 3500 4000 12KV 125 138 144 150 156 163               前面已经讲过开关柜主要由小母线室、仪表室、母线室、电缆室、手车室五大隔室组成的，其中母线室、电缆室及手车室属于高压隔室，主要从以下几点来满足 2、加大爬电距离 根据《DL/T 593-2006高压开关设备和控制设备的共用技术要求》中5.14.2的规定，金属封闭开关设备内外绝缘件的最小标称爬电比距为瓷质≥18mm/KV,有机≥20mm/KV。 根据多年的设计制造经验，当海拔高度在1000≤H≤2000m时，开关柜内的的一次元件可按照片II级污秽条件来设计期外绝缘爬电比距，即瓷质≥18mm/KV,有机≥20mm/KV，一次元件通过采用全工况、加强绝缘产品后因其外绝缘尺寸相对来说有一定的裕度，故完全满足此海拔高度条件运行要求。 3、母排带圆角，防止尖端放电 在设计和制造中，尽量选用边缘带圆角的铜排，同时还需心可能地消除电极上的锐缘、棱角、毛刺等，提高电极表面光洁度，消除局部场强，防止尖端放电。 4、采用复合绝缘或者硫化处理 当海拔高度2000≤H≤4000m时，通常情况下开关柜外形均应加宽、加高、加深相应尺寸以满足加大空气绝缘的要求。但在具体工程中，往往会受空间限制或现场地期已经做好，开关柜外形无法加大，此时应采用复合绝缘，目前前比较常用是采用SMC板材隔绝再加硅橡胶绝缘等阻燃、绝缘制品进行复合绝缘处理。 5、外绝缘试验电压 根据GB311.1-2012规定：“当高压电器用于1000-4000m时，其外绝缘试验电压为额定耐受电压乘以系数Ka,Ka=1/1.1H×10-4 ,Ka为高原型产品的重要制造和检验依据，是高海拔地区开关柜安全、可靠运行的重要保障。由此可午到各海拔高度修正后的工频耐压为： 电压 海拔 1000 2000 2500 3000 3500 4000 12KV 42 47 49 53 56 60               五、总结 上述高海拔地区开关柜的功能结构的设计，本人在实际设计中遇到了多次，并且按此思路设计并成功运行验证，达到了良好的效果。当然它还需要经过不断研究、创新，在以往的运行经验基础上不断总结、改进的过程。 参考文献 1、 GB 3906-2006  《3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》 2、 GB/T 11022-2009  《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 3、 DL/T 404-1997  《户内交流高压开关柜订货技术条件》 4、 IEC 694（1980） 《高压开关设备标准共同条款》 5、 DL/T593－96    《高压开关设备的共用订货技术条件》 6、 SD/T318－89    《高压开关柜闭锁装置技术条件》 7、 GB3309－89    《高压开关设备常温下的机械试验》 8、 GB/T311.7      《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》 9、 GB/T311.1      《高压输变电设备的绝缘配合》