核电高压开关柜抗震性能分析

核电高压开关柜抗震性能分析
摘要：高压开关柜是国家电网实现智能化的关键，而作为高压开关柜的重要组
成部分，其在实际使用过程中，往往会产生不可忽视的震动，进而影响使用的预
设效果。

为此，笔者通过查阅文献、实地考察等方式，明确了震动的途径，剖析
了高压开关柜的干扰源，并针对性地提出了高压开关柜的抗震策略。

关键词：核电；高压；开关柜；抗震
1抗震高压开关柜结构特点及功能
抗震高压开关柜主要由柜体、真空断路器、熔断器、真空接触器等部分组成，其中柜体主要由手车室、主母线室、电缆室、继电器仪表室等部分组成，柜体防
护等级为IP42。

1）将母线放置在开关内部，对于开关电源侧的进线，采用封闭箱体桥式结构进行连接，保证了线缆不外露，防止员工中电事故，提高了设备安全性能。

2）
抗震高压开关柜内部安装电磁锁和可靠的联锁装置，能够完全实现五防功能，同
时设备之间能够互锁，提高了开关的安全性。

3）抗震高压开关柜采用保护测控
设备，该设备可以将在线监控、网络交换、人机接口、通讯传输、操作控制、远
程在线编程等功能结合在一起。

这些功能的使用能够完全满足矿井延伸对供电的
要求。

抗震高压开关柜利用微型计算机监控，实现了开关动作灵敏可靠，为矿井
的供电消除隐患。

1.2抗震高压开关柜主要功能
1）信号传输、闭锁保护功能：由于KNY28A-12抗震高压开关柜内部有多功能继电器，该结构采用操作接口，通过遥控及本地操作对开关进行闭锁，具有防跳
闸闭锁、拒动信号的输出、对分合线圈的保护等保护功能。

2）人机接口功能：该功能可以在人机操作界面显示主接线圈、开关的分合闸状态、电压大小、整定值、事故记录、实时测量数据、设备运行参数等。

3）通信功能：可以在地面操作大厅对井下开关进行遥控、遥测、遥调，同时进入软件，可以对开关的参数及整定值进行修改，可实现对变电所的无人值守功能。

4）保护功能：该开关内的保护可以实现过载、断相、反时限过流、定时限过流、漏电、短路、三相不平衡、接地、欠压、过压等22种保护功能，确保人员
与设备的安全。

2高压开关柜的干扰源
结合实践运用发现，高压开关柜确实存在敏感设备，较容易受到电磁波的影响，而从某种程度来讲，高压开关柜干扰源大致可以归纳为4个方面，分别为断
路器和隔离开关、仪表室二次回路、电网系统以及其他外部干扰。

震动由3个基
本要素组合产生，分别为震动源、耦合途径以及敏感设备。

其中，震动源又可以
分为内部与外部两种干扰源，是指一些能够产生震动的元器件、设备或者系统等，且自身产生的电磁波会对正常运行的设备产生震动；耦合途径是指将震动传输至
受干扰设备的途径，它往往是通过传导/辐射两种方式得以实现；敏感设备可以理解为较容易受到震动的设备，也恰恰为抗震震动提供了一个努力研究的方向，如
通过强化敏感设备的抗干扰能力，进而提高电磁设备的电磁兼容性能。

2.1断路器、隔离开关
就断路器、隔离开关来讲，震动往往产生于接通、断开的瞬间，归根结底是
因为回路中存在电感与电容。

无论是断路器还是隔离开关，在电流通断的瞬间都
会引起频率范围为0.5～100MHz的电磁波。

但是，无论是接通还是断开，都是瞬间，时间较短，也就是说短时间内高压开关柜接受的是高频信号。

2.2仪表室二次回路
众所周知，仪表室二次回路属于强电回路，其往往会产生一定的磁场干扰，
进而对系统的稳定性能产生不可忽视的影响。

仪表室二次回路对于高压开关柜也
较为重要，从某种程度来讲，仪表二次回路的稳定性能会对高压开关柜的安全性
产生影响。

2.3电网系统
电网输送电的过程中，不可避免地会出现电能质量偏差，如电压暂时升高、
电压暂时降低、高次谐波等问题，这些干扰会对系统的稳定性能产生直接影响，
进而给系统内的相关设备带来影响，甚至会直接损坏相关设备，最终导致电网处
于瘫痪甚至停止工作的状态。

2.4其他外部干扰
外部干扰，顾名思义就是来自于外界的干扰，就高压开关柜来讲，必须要正
视外部干扰，要结合实际工作经验，不断地研究与创新，尽可能降低外部干扰的
概率。

高压开关柜常常受到的外部干扰有手机辐射、地磁场以及雷电等。

3高压开关柜的抗震
通过查阅文献等了解到，目前常用的关于抗震的原理主要有3种，分别为电
流的涡流效应、电磁场理论以及传输线理论。

抗震最为常用的措施就是将金属导
体作为抗震体材料，值得注意的是，低频震动往往是通过吸纳损耗实现抗震的。

除此之外，输送电能过程中，高压开关柜的电磁干扰为工频干扰，可将解决高压
开关柜震动的问题转化为实现对频率＜100kHz电磁场的抗震问题。

实践证明，母
线流通的电流I母线大小对磁场的大小有直接影响，所以笔者尝试高压开关柜的
抗震时，主要从母线参数与抗震板位置两方面进行考虑，具体如下：
3.1母线参数对抗震的影响
通过查阅文献资料发现，高压开关柜内母线的安装方式主要有“一字型”与“品
字形”两种方式，为此在其他屏蔽条件一致的情况下，可以通过转换母线安装方式，探索电磁场的强度分布实况。

基于此，笔者为了研究母线排列方式的抗震效能，
设计了“一字型”方案与“品字形”方案。

无论是A方案还是B方案，母线都为三相
母线，相邻母线之间的水平距离b=1.25cm，电流I母线=1000A。

通过测量得到了
母线不同排列方式的磁场强度的变化强度，如图3所示。

“一字形”排列方式的磁
场分布较为平稳，且中心位置上的磁场分布均匀，并未出现过大的波动；而“品字形”排列方式的磁场分布均匀，且中心位置上磁场的强度较小。

因此，探究抗震板排放位置时，选用了“品字形”排列方式。

3.2抗震板的安放位置
抗震板安放的位置对高压开关柜母线的抗震效果有非常大的影响，而通过研
究母线参数对抗震的影响发现，“品字形”排列的效果较为理想。

为此，研究抗震
板安放位置时，选用了“品字形”排放方式，结合位置设计了3种方案，分别命名
为“甲方案”“乙方案”“丙方案”，通过高斯计测量甲方案、乙方案、丙方案的磁场
强度大小。

抗震板对于磁场抗震确实有一定的作用，且不同的位置会起到不同的
抗震效果。

经过对比分析发现，虽然甲方案与丙方案都能够起到抗震作用，但丙
方案的抗震效果较好。

4结语
综上所述，高压开关柜不可避免地会受到震动，要确保高压开关柜的安全性
就必须明确干扰源，并有针对性地进行研究，以取得理想的抗震效果。

母线作为
高压开关柜的重要组成部分，其排列方式对电磁场的强度有直接影响，作为一线
工作人员，要大胆设想，小心求证，不断进行探索与研究，达到理想的抗震效果，促使国家电网向着智能化方向持续发展。

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