中压开关柜的现状及未来的发展方向

中压开关柜的现状及未来的发展方向

1 中压开关柜的现状

中压开关柜是指3.6～40.5kV电压等级的高压成套开关设备，简称中压开关柜。目前我国生产的中压开关柜主要分为手车式和固定式两大类。固定式开关柜的主要一次元件（如断路器、隔离开关等）为固定安装；手车式即断路器（或其它主要一次元件）做成可移动手车。按柜体结构还可分为金属封闭铠装式、金属封闭间隔式和金属封闭箱式结构。铠装式：即母线室、断路器室、电缆室、仪表室之间全部用接地的金属封板隔离，安全性较好；间隔式：即断路器室或其它隔室用绝缘板封隔，安全性次之；箱式：即柜的四周及上下用金属板封闭，除仪表室外，柜内部却没有分隔，安全性较差。

目前各制造厂生产的各类型中压开关柜主要问题如下：

(1) 10kV主流产品中置式手车柜，其主要缺点是小车的一次插头接触发热。由于一次插头在触头盒内，其散热性差，普遍存在在额定容量下不能保证长期安全运行，特别是大电流的一次插头发热更严重，曾多次发生崩烧、干式PT爆炸等重大设备事故。造成这种严重发热的原因是:一次插头偏移——接触电阻增大——局部发热——接触电阻再增大——扩大发热面积恶性循环，发热越来越严重，最终造成开关柜崩烧。

其次是机械联锁不可靠，有的小车在断路器储能或合闸状态也能强行推进。另外，中置式手车柜普遍未装设紧急脱扣装置，并且无关上前门后才能操作的机械联锁装置。

(2) 10kV固定柜以XGN2-12为代表，其主要的缺陷是体积过大，机械联锁操作板可靠性差，特别是操作1600A以上隔离开关时，操作力过大，因是双断口，扭矩大，有时造成瓷套扭断的事故；配一体化断路器时参数检测困难，断路器的拆装都很不方便；电缆室无排气通道，不能靠墙安装，没有小母线室，只能将小母线装在仪表室上方，也不安全。

(3) 35kV手车柜中目前以KYN61-40.5和JYN1-40.5为代表，JYN1-40.5柜存在手车定位不准，活门撞开后，手车退出时鸭嘴撞块与活门发生倒挂，所以在安装现场，用户常将活门取掉。鸭嘴易与静刀发生偏移，且最主要的是ZN12-35断路器所配的手车可以在断路器合闸状态将手车推入，其机械联锁无法进行可靠联锁。另外，此柜的静刀一部分是装在电流互感器上，不同的电流互感器厂家，电流互感器的高度就不一样，使得静刀与断路器动臂不能标准化生产，即造成互换性差；且手车靠人力推进，车进人跟进，安全性差；柜体为焊接结构，精度差，也是导致手车定位差的原因。

(4) KYN61-40.5柜的主要问题是：触头盒及穿墙套管易产生电晕放电，目前各制造厂正采用屏蔽的方法予以解决。有的手车的二次插头在车的左边，使用不方便，软管在车体推入时会发生多次摩擦而损坏。

柜内母线室的三相母线呈三角形排列，但B相触头盒的分支线一定在A、C母线之间，且距离较近，易造成电场不均匀放电，C相母线对封板底部距离太近（约220mm），绝缘距离太小，应布置成水平式排列。ZN85型断路器推进丝杆下面的“舌头”（超越离合器）有时在途中挂住丝杆，使手车并未到工作位置或试验位置时产生丝杆空转。另外，ZN85断路器手车没有手车位置辅助触头，只能在柜内安装行程开关来代替S8、S9辅助位置开关，既不方便又不可靠，需反复调试。

(5) 40.5kV的固定柜如XGN17体积偏大，母线无隔室，无专门的泄压通道，隔离开关操作力大，也无专门的小母线室，小母线只能混装在仪表室内；断路器与隔离开关操作板联锁不可靠，联锁环节太多。

以上归结起来为三大类问题：

(1) 绝缘事故

主要是柜内放电、CT闪络和相间闪络、绝缘尺寸不够（包括爬电距离和空气净距、隔板间距）、柜内隔板吸潮等，占所有事故14.3％左右，开关柜及断路器占其中73.2%（根据《高压开关行业通讯》2006第3期“国家电网公司高压开关运行分析”）。

(2) 载流故障

载流故障占所有事故的2.3%，开关柜占其中77.8%。主要集中在3.6～40.5kV中压开关柜上，触头过热、引线过热，常扩大为绝缘事故。主要是一次插头接触不良，插头偏心等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。

(3) 机械故障

主要表现为断路器的操作机构动作可靠性差，五防机械联锁稳定性差，操作次数较多就发生损坏或变形，不能正常操作。

2 未来的发展方向

(1) 用户的需求已经从对基本的功能、参数等要求逐渐转向对高可靠性、方便操作维护性和降低运行成本的要求。

(2) 技术标准的制定角度，从保证用户运行连续性、使用安全性和可维护的经济性来考虑，这在GB3906-2006《3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》附录E中就指出：前版标准主要围绕可抽出式的空气绝缘外壳而编写的，现在的趋势是朝着固定式和GIS方向发展，需要本标准代表这些设备。

因此该标准及断路器新标准增加了运行连续性分类（LSC）、内部电弧故障分类（IAC）、机械寿命分类（M1M2）、电寿命分类（E1E2）和容性小电流分类（C1C2），这样就使用户能按照实际需求来选择安全经济性产品。

(3) 固封技术在开关柜中将得到大发展

从目前来看，进一步提高中压开关柜的绝缘可靠性和小型化只有充气柜（C-GIS）和固体绝缘柜（SIS）这两条路，但SF6气体作为“联合国气候变化框架公约”公布的六种温室气体之一，受到了限制使用，并逐步减少使用，因对环境及造成的温室效应是其它气体效应的上万倍，所以充气柜的发展受到了上述因素的制约。

SIS是一种用环氧树脂将一次回路包封起来作为主绝缘，真空灭弧室及操作杆沿表面绝缘，柜内元件的界面绝缘方式连接的开关设备。由于环氧树脂具有比空气高5～6倍的绝缘强度，因此可实现小型化以及达到环境保护的要求（环氧树脂可回收）。

(4) 固定柜将和固封技术结合起来形成“小型固定柜”

由于断路器的可靠性提高，手车柜抽出维修的优势将逐渐弱化，而固定柜简单可靠的优势将逐渐凸现，因此固定柜将发展成与手车柜并存，并逐渐超越手车柜的趋势，唯一的是大电流固定柜如何取得突破，目前还有一些难点。