(完整版)高压开关柜电气设计

第1章绪论

1.1概述

称套配电装置又叫成套配电柜，也是以开关为主的成套电器，故也俗称开关柜。它用于配电系统，作为接受与分配电能之用。据电压高低，它可分为高压开关柜和低压开关柜两大类：按装置地点的不同，又分户外式与户内式（ 10 kv 及以下的多采用户内式）；按开关电器是否可以移动，又可分为固定式和手车式。可见，高压开关柜是成套配电设备的一种，是有由制造厂成套供应的高压配电装置。在这种封闭或半封闭的柜中可装设各种高压电器、测量仪表、保护电器和控制开关等等。通常一个柜就构成一个单元回路（必要时也可用两个柜），所以一个柜也就成为一个间隔。使用时可按设计的主回路方案，选用适合各种电路间隔的开关柜，然后使可组成整个高压配电装置。也具有占地少、安装使用及维护检修方便，适于大量生产等特点，故应用很广泛。

高压开关柜种类较多，分类方法亦有多种：按断路器的安装方式可分为固定式和手车式两大类；按柜体结构型式可分为开启式与封闭式两种；还可分为一般环境和特殊环境用（后者包括矿用、化工用、高海拔地区用等）。

按电力行业标准DL/T404-1997的定义，高压开关柜（high-voltage switchgear panel）是指由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器及站用电变压器，以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。这种装置的内部空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的三相电能。

1.2高压开关柜的类型

高压开关柜是3-35kV交流金属封闭开关设备的俗称，它是3-35kV电网中最大面积是配电设备。

由于国内外市场需求的日益多样化和国外代以先进技术的不断引进，20世纪80年来。国内电器制造行业推出了几十种型号的高压开关柜产品，打破了高压开关柜过去几十年一直以少油断路器为主开关的GG-1和有限的几种手车式开关柜的落后局面。新推出的高压开关柜所配的主开关元件有真空断路器、SF６断路器、负荷开关、接触器和熔断器。

高压开关柜按柜内主元件的安装方式分为固定式和移开式，简称固定柜和手车柜。移开式高压开关柜又根据手车的位置分落地式和中置式两种。按安全等级分为铠装式、间隔

式和箱式。按柜内主绝缘介质分为空气绝缘柜和气体绝缘柜（充气柜）。

按柜内主元件的种类分为以下几类：

（1）通用型高压开关柜：以空气为主绝缘介质,主开关元件为断路器的成套金属封闭开关设备,既断路器柜。

（2）F—C回路开关柜：主开关元件采用高压限流熔断器（fuse）—高压接触器(contactor)组合电器。

（3）环网柜：主开关元件采用负荷开关或负荷开关—熔断器组合电器，它们常用于环网供电系统，故通常称为环网柜。

1.3 高压开关柜的主要技术参数

高压开关柜的主要技术参数有以下几项：

（1）额定电压：

（2）额定绝缘水平：用1min工频耐受电压（有效值）和雷电冲击耐受电压（峰值）表示；

（3）额定频率；

（4）额定电流：指柜内母线的最大工作电流；

（5）额定短路是耐受电流：指柜内母线及主回路的热稳定度，应同时指出“额定短路持续时间”，通常为4s；

（6）额定峰值耐受电流：指柜内母线及回路是动稳定度；纺护等级。

（7）纺护等级。

表1.1为高压开关柜的主要技术参数

表1.1 高压开关柜的主要技术参数

1.4 高压开关柜的技术发展

从20世纪60年代末期起，我国高压开关行业开始自行设计高压开关柜。自80年代以来，随着引进消化国外产品，技术水平迅速提高，品种也迅速增加到几十种，有间隔式，铠装式、箱式等开关柜：有可移动式，也有固定式柜：在移开式产品中，不仅有落地式，也开发了中置式和双层柜。同时还开发出在特殊场所，如铁路、矿山使用的开关柜。目前我国高压开关柜的技术水平可归纳为：

（1）．产品容量增大。最大容量为：

12kV柜：额定电流4000A，额定短路开断电流63kV。

40.5kV柜：额定电流2500A，额定短路开断电流31.5kV。

（2）. 产品品种齐全，能满足严酷条件、高寒、地震地区和矿山、铁道部门使用。

（3）. 可靠性提高，符合标准的金属封闭式开关柜逐步替代了老产品。

（4）. 应用新工艺装备的技术

1）数控钣金加工技术。已有数百家企业拥有数控加工设备“三大条件”，在此基础上的柔性加工系统，提高了壳体尺寸精度和生产效率。

2）较先进的涂装工艺设备。喷漆生产和喷粉工艺线使产品防护能力和外观都有较大的提高。

3）专用的母线加工设备。

1.5 本课题的主要任务

为了更好的说明高压开关柜我选择了三种类型的高压开关柜（进线柜、电能计量柜、F-C柜）的电气进行设计。

（1）三种开关柜均采用中置移开式结构；

（2）进线柜采用真空断路器，其操作机构为电磁操作机构或弹簧操动机构；其测量保护采用传统的继电器/仪表或微机型测量/保护装置；

（3） F-C柜为高压电动机控制柜，要求具有相应的控制功能；

（4）变电站电压为10kV，进线计算电流为200A，高压母线三相短路电流周期分量为10kV。

第2章高压开关柜一次接线设计

2.1开关柜的总体结构（以中置式真空断路器柜为例）

以JYN2-10(Z)高压开关柜为例，其结构可分为柜体和手车两部分。手车为断路器手车，主要的电器元件有断路器（装在小车上）、接地开关和隔离静触头座等。

柜内由接地的钢板分隔成四个独立的隔室：母线室、手车室、继电器仪表室、电缆室。柜体的后下侧成为电缆室，安装有电缆和电流互感器。其上为主母线室。隔室之间有隔板隔开，以保障检修时的安全。柜体前面是继电器室和手车室。依续工作。靠推进机构是装有断路器等的小车在导轨上前后运动。向内推入能使断路器上下两个隔离动触头插入隔离静触头座完成电路联结；反之，当断路器开断电路后，将小车向外拉出，隔离动、静触头分开，形成明显的隔离间隙，相当于隔离开关的作用。利用专用的运载车，可将装有断路器的小车方便地推入或拉出柜体。

当断路器出现严重故障或损坏时，同样可使用专用的运载车将断路器小车拉出柜体进行检修。也可换上备用的断路器小车，推入柜体内继

2.1.1基本要求

（1）高压开关柜设计，应使得高压开关柜正常运行、监视和维护工作能安全方便的进行，维护工作包括：元件是检修、试验、故障的寻找和处理；

（2）对于额定参数和结构相同而需要替代的元件应能互换；

（3）对于可移开部件的高压开关柜，如果可移开部件的额定参数和结构相同则应能互换；

（4）应按当地使用条件校验；

（5）应力求技术先进和经济合理；

（6）选择的新产品均应具有可靠的试验数据，并经正试鉴定合格。

2.1.2主回路方案的确定

高压开关柜的主电路也叫一次线路，它是根据电力系统和供配电系统的实际需要而确定的，每种型号的高压开关柜的主电路方案少则几十种，多则上百种，通常包括以下类别：所用变柜、计量柜、隔离柜、接地手车柜、电容器柜、高压电机控制柜（F-C柜）等。

开关柜主电路方案组合要考虑的问题包括：（1）根据一次系统图及其一次回路工作电