高压开关柜电气设计基本思路和注意事项

高压开关柜电气设计基本思路和注意事项

在电力系统中，高压开关的电压等级通常为3.6kV～550kV，包含几大类设备，如高压开关柜、高压负荷开关、高压断路器、高压防爆配电装置等，能在电力系统输电、配电、转换电能等时，有效控制、开合开关，同时起到安全保护用电设备的作用[1]。

[摘要]随着社会经济和科学技术的快速发展，人们的生活水平日益提高，生产生活用电量大幅度增长，对供用电质量的要求也越来越高，如何保障电力系统安全、经济、可靠的正常运行越来越受重视。在电力系统中，高压开关柜是重要组成设备，其电气设计好坏对电力系统供电具有直接的影响作用，所以为了保障电力系统正常运行，切实提高电力系统运行效率，必须科学合理的对高压开关柜电气进行设计。本文以高压开关柜概析作为切入点，分析了高压开关柜电气设计基本思路和注意事项，以保障电力系统正常运行的安全、经济、可靠。

[关键词]高压开关柜,电气设计,基本思路,注意事项

1.前言

目前，随着高压开关柜技术的进步和发展，开关柜使用频率不断提高，使用范围逐渐扩大，种类也在不断增多，且逐渐实现自动化和智能化。为了使高压开关柜能在电力系统中充分发挥作用，保障电力系统正常运行，提高电力系统运行效率，需结合高压开关柜电气实际情况，科学合理的对高压开关柜电气进行设计。

2.高压开关柜概析

按电压等级分类，高压开关柜是电压等级为3.6kV～550kV的电器产品，如GG-1A、XGN15、KYN48等，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能，适用于发电厂、变电站、冶金轧钢、高层建筑等场所[2]。高压开关柜由柜体和断路器两大部分组成，其中柜体部件主要有壳体、电器元件、二次端子、连线等。高压开关柜的分类方法有很多，按断路器安装方式，可分为移开式开关柜和固定式开关柜;按按照地点，可分为户内开关柜和户外开关柜。为保证高压开关柜质量，选购时必须注意以下要点：(1)明确项目定位。高压开关柜是成套的组合产品，为保证设备维护和更换便捷，在资金充裕的情况下，应尽可能选择质量优的知名品牌。(2)检验资质。选购前，需先了解高压开关柜检验资质，严格按照图纸要求配置相应的电器元件。(3)柜体材料。高压开关柜体积较大，所以通常需采用敷铝锌板作为部件支架，采用300系列优质钢板作为门板。(4)整组柜排列。合理排列整组柜，可确保平面布置图要和现场进出线实际位置吻合，顺利安装高压开关柜。(5)进出线方式。在高压开关柜上，常规进出线连接方式有两种，需根据现场实际安装要求，选择适宜的连接方式。(6)正确选择断路器开断容量。根据系统短路参数，合理选择断路器开断容量，避免造成不必要的资金浪费，且保证安全运行[3]。

3.高压开关柜电气设计基本思路

在高压开关柜电气设计中，其基本思路是一种逻辑思维，好的电气设计，必须符合逻辑控制规律，保证电气安全，并满足高压开关柜生产需求。所以，为了满足高压开关柜相关设备生产和使用要求，必须对高压开关柜电气进行合理设计。

4.高压开关柜电气设计注意事项

4.1合理划分电气组件

在高压开关柜中，不同电气组件有不同的安装位置，为构成完整的电气控制系统，需严格遵循以下原则合理划分电气组件，即：(1)有机组合功能类似的元件。(2)尽可能在同一个组件中放置连接密切的控制电器，并注意减少组件间连线数量。(3)分离强弱电控制器，减少干扰。(4)组合外形尺寸、重量相近元件，以利于整齐美观。(5)组合需常调节、维护与易损元件，以便检查和调试电气控制系统。

4.2严格遵守电气各组件间接线方式原则

合理划分电气组件时，需严格遵守电气各组件间接线方式原则，对组件间、电气箱间、电气箱和被控制装置间进行接线，即：(1)用接线端头或鼻连接开关电器、控制板进出线，需根据进出线数和电流大小，选择规格适宜的接线端头或鼻。(2)用接线端子或业联接器连接电气柜、控制柜及控制设备间。(3)用适宜类型标准接插件连接弱电控制组件、印制电路板组件。(4)用元件自身接线端子直接连接电气柜、控制柜等内的元件。

4.3防护等级要求

高压开关柜是一种高压带电设备，必须全面考虑柜体防护等级要求，以防人体接近高压开关柜带电或可触及部分。所以，设计高压开关柜电气时，应追求适宜的防护等级，以免因防护等级过高，增加不必要的成本，且降低散热性能，一般情况下，适宜且合理的防护等级的为IP3X 和IP4X。

4.4严格遵守五防联锁要求

在高压开关柜运行中，五防联锁具有重要作用，攸关高压开关柜能否安全可靠运行。目前，我国已对高压开关柜五防联锁提出了明确要求，并合理的制定了相关标准，因此，设计高压开关柜电气时，需严格遵守五防联锁要求，即防止带负荷合闸;防止带接地线合闸;防止误入带电间隔;防止带电合接地线;防止带负荷拉刀闸[4]。因此，为实现五防联锁功能，防止现场工作人员发生误操作情况，各厂家不同型号的高压开关柜，均齐全的具备五防联锁功能，且各具特色。

4.5合理进行接地设计

在高压开关柜电气设计中，接地设计是重要组成部分。高压开关柜中的电器元件均带电的，要求电气元件安全可靠接地，可确保检修设备时，不对检修人员人身安全造成危害。因此，对高压开关柜进行接地设计时，需注意以下几点：需沿着高压开关柜宽度方向，设置专用贯通接地母线，并连接地网;柜中所有电器元件接地均需连专用接地母线。

4.6设计时注意绝缘距离、爬电距离和温升处理

在高压开关柜电气设计时，不仅要注意绝缘距离、爬电距离，还要处理温升，具体为：(1)绝缘距离。一般情况下，以空气为绝缘介质，且海拔1000的10kV相对地，及相和相间的绝缘距离不少于125mm;若是35kV相对地，及相和相间的绝缘距离不少于300mm。对于海拔不低于1000m的相对地，则需严格按照GB3906相关标准适当修正绝缘距离。由于绝缘距离极易受配电室位置、开关柜外形尺寸等影响，为解决绝缘问题，可采取以下方法：用热缩套管将高压带电导体热缩，10kV绝缘

距离不少于100mm，35kV则不少于200mm，但该方法存在热缩套管绝缘老化问题;将非金属绝缘隔板应用于金属封闭高压开关柜，通过相间或相对地绝缘的加强，有效控制绝缘距离，但该方法极易受环境影响，且存在绝缘隔板绝缘老化问题。(2)爬电距离。电力系统是供电部门的核心系统，用户不能因追求高可靠性，过于要求爬电距离。所以，在实际应用中，高压开关柜各组件和绝缘件的外绝缘爬电距离通常应为18mm/kV～20mm/kV。为满足上述要求，可要求配套厂家加大绝缘子伞群，若放置高压开关柜的环境比较潮湿，可将带温控装置加热器加入高压开关柜电缆室、断路器室中，以防凝露。(3)升温处理。高压开关柜各电气元件正常工作时，会有不同程度的发热，所以，对于开关柜各电气元件升温情况，我国相关部门做出了明确要求，即严格按各照电气元件标准控制其升温，外壳和盖板升温必须低于20K，而且在额定电流和频率下，必须严格按照《交流高压电器在长期工作时的发热》中的相关规定控制主回路升温。

5.小结

总之，随着高压开关柜技术的不断进步和发展，其设计日益市场化、人性化、合理化，在一定程度上满足了用户的用电需求。为保证电气设备安全运行，满足电气控制设备要求，为用户提供优质的电力保障，在高压开关柜电气设计中，需合理划分电气组件，严格遵守电气各组件间接线方式原则、防护等级要求、五防联锁要求，合理进行接地设计，并且在设计时注意绝缘距离、爬电距离和温升处理。