10 高压开关柜与断路器及其操动机构选择

高压开关柜与断路器及其操动机构选择

开关柜与断路器及其操动机构选型是变配电站一次单线系统图设计的主要内容之一，应在单线系统图及说明表中表示清楚开关柜的型号、规格与一次接线编号。

1 开关柜选择

1.1 开关柜有半封闭、金属封闭以及绝缘封闭式三种。根据电压等级与环境条件来选择。

1.2 6～35kV变配电站多数选用金属封闭式，金属封闭式又分为铠装、间隔与箱式三种。金属封闭式以空气绝缘为主，断路器安装方式分为固定式与移出式（手车柜）。固定式结构简单、成本低，但尺寸偏大、不便于维护。移出式（手车柜）为组装结构、外形美观、尺寸小、五防措施好、便于维护，但成本高。环网负荷开关柜具有尺寸小、便于维护、成本低，但采用高压熔断器保护，保护功能简单，一般用于环网式供电与箱式变电站。

1.3 110kV及其以下电压等级都有成套高压开关柜，电力系统城市电网和工业与民用建筑变配电站大都为户内式。电力系统农村电网变配电站大多数采用户外式。

1.4 高压开关柜应具备五防措施。五防措施包括：防止带负荷拉合隔离刀闸（含手车），防止误合断路器（带接地线合闸等），防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离刀闸（含手车），防止误入带电间隔。

移出式（手车柜）开关柜没有上下隔离刀闸，五防措施好。将手车位置连锁触点接入合闸回路，可保证只有车车完全推倒位或处于实验位置时，才能进行合分闸。处于合闸位置时，手车无法拉出；拉出后接地刀闸处于合位时，车车无法推入，通过机械连锁直接闭锁。

固定柜五防措施通过机械与电气闭锁来实现。机械闭锁包括机械直接闭锁、红绿翻牌、程序锁、钥匙盒与三功能控制开关。电气闭锁包括电磁锁、机械电磁式闭锁装置与微机防误闭锁装置。微机防误闭锁装置主要用于电力系统变配电站。

2 断路器设计选择

油断路器已经淘汰。目前主要有真空断路器与六氟化硫断路器两种。六氟化硫断路器用于35kV及以上电压等级的变配电站。负荷开关加高压容断器主要用于环网柜、箱式变电站等保护要求不高的小型变电站。

工业与民用配电设计手册详细的介绍了断路器选择的基本要求。断路器除根据电压等级与环境条件来选择外，还要根据额定电流、额定短路关合电流（遮断电流）来选择，并进行动热稳定校验。额定电流及额定短路关合电流（遮断电流）要根据变配电站计算负荷与短路电流来选择。备用进线的额定电流要根据供电部门允许的最大备用容量来选择，也可与主进线选用同一种规格的断路器。继电保护要求不同时，备用进线电流互感器变比需要单独来选择。

真空断路器灭弧速度快，操作时容易引起操作过电压，一次系统设计时注意设计过电压吸收装置。进线柜与远距离出线柜应设计避雷器来防止外部雷击与操作过电压。高压电动机与电容器出线柜应设计过电压吸收装置。种类有MY31G与MYG系列氧化锌压敏电阻器，Y1C2－7.2/15型过电压限制器与Y25CD系列保护旋转电机用串联间隙金属氧化物避雷器。一般不宜选用与进线同一型号的防止外部雷击过电压的避雷器。这一点对高压电动机出线与高压电容器出线回路尤为重要。

过电压吸收装置在操作过电压超过规定电压时才击穿，由于击穿时间短，不会影响变配电站综合自动化装置的正常运行，因为变配电站综合自动化装置具有自复位功能，抗干扰能力也比较强。但过电压吸收装置的质量必须可靠，投运前必须进行检测，如果其泄露电流过大，干扰长期存在，也会对变配电站综合自动化装置的正常运行造成影响。

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3 操动机构选择

3.1操动机构的种类

高压断路器的操动机构主要有电磁操作、弹簧储能与永磁操动机构三种。弹簧储能操动机构应用比较多。电磁操动机构合闸电流大，已较少采用。永磁操动机构合分闸电流小、储能时间短、机械故障率低，可替代电磁操动机构用于高压电机等需要频繁操作的开关柜。永磁操动机构是近年来开发的新产品，随着其价格逐步降低应用会越来越广泛。

3.2电磁操动机构

电磁操动机构是利用电磁铁通电后的电磁力进行合闸，利用分闸线圈进行分闸。电磁铁合闸电流一般在150A左右，因此需要的合闸电源容量比较大，电磁操动机构只有直流操作，直流屏蓄电池安时数一般在150AH以上。电磁操动机构体积大，开关柜内应有与其配套的直流接触器，合分闸电源应采用大容量的熔断器来保护，所以只能用于固定柜。

电磁操动机构可直接用于重合闸，对于电动机等频繁操作的变配电站选用电磁操动机构比较多，设计时必须设计防跳。在没有电源时可以利用杠杆与按钮进行手动合分闸。

3.3弹簧储能操动机构

弹簧储能操动机构是利用小型电动机将合分闸时需要的能量储存在弹簧中，合闸电磁铁线圈通电后推开顶杆，利用弹簧储存的能量将断路器合上，并使跳闸顶杆到位。跳闸时跳闸电磁铁线圈通电，将跳闸顶杆推开利用弹簧储存的能量完成跳闸。

弹簧储能操动机构操作电压有直流220V与110V以及交流220V三种。直流操作应优先选用110V电压。

弹簧储能操动机构电动机的功率只有几百瓦，储能时需要的电流很小。合分闸线圈电流也很小，一般都在5安以内，而且是短时与瞬时工作。直流操作时直流屏蓄电池容量可选20～38安时，交流操作时需要UPS不间断电源时，其容量选1～3kVA 。电动机一般为小型直流电机，自带整流桥，所以弹簧储能机构分直流与交流两种，设计比较方便。

弹簧储能操动机构储能时间为10秒左右，分完闸之后再次合闸前还要储能。如果储能电源开关长期处于合闸状态时，就可以实现自动储能，当储能电源开关分完闸后就打到分开位置，分闸后不能自动储能，就不能再合闸，此时可以不设计防跳回路。当储完能之后控制开关长期处于合上位置时可以自动储能，此时就需要设计防跳。有些型号的弹簧储能操动机构内部有防跳功能，也不需要再设计防跳，选用的弹簧储能操动机构内部无防跳功能时，就需要设计防跳。

为满足自动重合闸需要，有自动重合闸时，应选用有重合闸功能的弹簧储能操动机构，设计时应注意。在没有电源时可以利用拉杆手动储能进行合闸，也可以进行手动分闸。

3.4永磁操动机构

永磁操动机构是利用存储于大容量电容器中的能量给特殊设计的电磁铁通以脉冲电流进行合分闸，电容器充电电流很小，其辅助电源容量也很小，一般不到1A，合分闸电流一般只有几十毫安，所以直流屏蓄电池安时数一般选10～20AH就可以了。

由于防跳继电器电流线圈启动电流最小为0.5～5A，永磁操动机构分闸电流只有几十毫安，无法起动防跳继电器，设计必须注明要求永磁操作机构带防跳功能。

永磁操动机构机构没有人工手动合分闸功能，为了保证在操作电源消失后仍能进行分闸，永磁操动机构机构留有紧急分闸端子，外加瞬时动作闭合信号于端子上就可以进行紧急分闸，此信号瞬时电流为40A，目前可以采用小型低压断路器，但合上后应马上分开。

永磁操动机构操作电压也有直流220V与110V以及交流220V三种。直流操作应优先选用110V电压。

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