高压开关柜基础知识.docx
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高压开关柜基础知识
高压开关柜基础知识培训
第一章高压开关柜概述
一、基本概念
1.开关柜（又称成套开关或成套配电装置）：
它是以断路器为主的电气设备；是指生产厂家根据电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器（包括控制电器、保护电器、测量电器）以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体内，作为电力系统中接受和分配电能的装置。
2.高压开关设备：
主要用于发电、输电、配电和电能转换的高压开关以及和控制、测量、保护装置、电气联结（母线）、外壳、支持件等组成的总称。
3.开关柜防护要求中的“五防”：
防止误分误合断路器、防止带电分合隔离开关、防止带电合接地开关、防止带接地分合断路器、防止误入带电间隔。
4.母排位置相序对应关系：
表1-1
相别
漆色
母线安装相互位置
垂直
水平
引下线
A相
黄
上
远
左
B相
绿
中
中
中
C相
红
下
近
右
5.防护等级:
外壳、隔板及其他部分防止人体接近带电部分和触及运动部件以及防止外部物体侵入内部设备的保护程度。
表1-2
防护等级
简称
定义
IP1X
防止直径大于50mm的物体
1.防止直径大于50mm的固体进入壳内；2.防止人体某一大面积部分（如手）意外触及壳内带电部分或运动部件
IP2X
防止直径大于12.5mm的物体
1.防止直径大于12.5mm的固体进入壳内；
2.防止手触及壳内带电部分或运动部件
IP3X
防止直径大于2.5mm的物体
1.防止直径大于2.5mm的固体进入壳内；
2.防止厚度（直径）大于2.5mm工具或金属线触及柜内带电部分或运动部件
IP4X
防止直径大于1mm的物体
1.防止直径大于1mm的固体进入壳内；
2.防止厚度（直径）大于1mm工具或金属线触及柜内带电部分或运动部件
IP5X
防尘
1.能防止灰尘进入达到影响产品的程度；
2.完全防止触及柜内带电部分或运动部件
IP6X
尘密
1.完全防止灰尘进入壳内；2.完全防止触及柜内带电部分或运动部件
三、高压开关柜正常使用条件:
1、环境温度:
周围空气温度不超过40℃（上限），一般地区为-5℃（下限），严寒地区可以为-15℃。
环境温度过高,金属的导电率会减低,电阻增加,表面氧化作用加剧;另一方面,过高的温度,也会使柜内的绝缘件的寿命大大缩短,绝缘强度下降.反之,环境温度过低,在绝缘件中会产生内应力,最终会导致绝缘件的破坏。
2、海拔高度:
一般不超过1000米.对于安装在海拔高于1000米处的设备,外绝缘的绝缘水平应将所要求的绝缘耐受电压乘以修正系数Ka[ka=1÷（1.1-H×10-4）]来决定。
由于高海拔地区空气稀薄,电器的外绝缘易击穿,所以采用加强绝缘型电器，加大空气绝缘距离，或在开关柜内增加绝缘防护措施。
3、环境湿度:
日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。
4、地震烈度:
不超过8度。
5、其它条件:
没有火灾、爆炸危险、严重污染、化学腐蚀及剧烈振动的场所。
第二章高压开关柜组成及分类
一、开关柜的组成；
开关柜应满足GB3906-1991《3-35kV交流金属封闭开关设备》标准的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。
柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线等组成。
★.柜体的材料:
1）.冷扎钢板或角钢（用于焊接柜）;
2）敷铝锌钢板或镀锌钢板（用于组装柜）.厚度2mm
3）.不锈钢板（不导磁性）.用于侧面穿墙套管或其他易形成磁路的隔板，隔断磁回路
4）.铝板（（不导磁性）.用于侧面穿墙套管或其他易形成磁路的隔板，隔断磁回路
★.柜体的功能单元：
1）.主母线室（一般主母线布置按“品”字形或“1”字形两种结构2）.断路器室3）.电缆室4）.继电器和仪表室5）.柜顶小母线室6）.二次端子室
★.柜内电器元件：
1.柜内常用一次电器元件（主回路设备）常见的有如下设备：
电流互感器简称CT[如：
LZZBJ9-10]
电压互感器简称PT[如:
JDZJ-10]
接地开关[如:
JN15-12]
避雷器（阻容吸收器）[如:
HY5WS单相型;TBP、JBP组合型]
隔离开关[如:
GN19-12、GN30-12、GN25-12]
高压断路器[如：
少油型（S）、真空型（Z）、SF6型（L）]
高压接触器[如：
JCZ3-10D/400A型]
高压熔断器[如：
RN2-12、XRNP-12、RN1-12]
变压器[如:
SC（L）系列干变、S系列油变]
高压带电显示器[GSN-10Q型]
绝缘件[如:
穿墙套管、触头盒、绝缘子、绝缘热缩（冷缩）护套]
主母线和分支母线
高压电抗器[如串联型:
CKSC和起动电机型:
QKSG]
负荷开关[如:
FN26-12（L）、FN16-12（Z）]
高压单相并联电容器[如:
BFF12-30-1]等等
2.柜内常用的主要二次元件（又称二次设备或辅助设备，是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备）,常见的有如下设备:
1.继电器2.电度表3.电流表4.电压表5.功率表6.功率因数表7.频率表8.熔断器9.空气开关10.转换开关11.信号灯12.电阻13.按钮14.微机综合保护装置等等。
二、高压开关柜分类:
1.按断路器安装方式分为移开式（手车式）和固定式
（1）.移开式或手车式（用Y表示）：
表示柜内的主要电器元件（如:
断路器）是安装在可抽出的手车上的，由于手车柜有很好的互换性,因此可以大大提高供电的可靠性，常用的手车类型有:
隔离手车、计量手车、断路器手车、PT手车、电容器手车和所用变手车等，如KYN28A-12。
（2）.固定式（用G表示）:
表示柜内所有的电器元件（如:
断路器或负荷开关等）均为固定式安装的，固定式开关柜较为简单经济，如XGN2-10、GG-1A等。
2.按安装地点分为户内和户外
（1）.用于户内（用N表示）;表示只能在户内安装使用，如：
KYN28A-12等开关柜；
（2）.用于户外（用W表示）;表示可以在户外安装使用，如:
XLW等开关柜。
3.按柜体结构可分为金属封闭铠装式开关柜、金属封闭间隔式开关柜﹑金属封闭箱式开关柜和敞开式开关柜四大类
（1）.金属封闭铠装式开关柜（用字母K来表示）主要组成部件（例如：
断路器、互感器、母线等）分别装在接地的用金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。
如KYN28A-12型高压开关柜。
（2）.金属封闭间隔式开关柜（用字母J来表示）与铠装式金属封闭开关设备相似，其主要电器元件也分别装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。
如JYN2-12型高压开关柜。
（3）.金属封闭箱式开关柜（用字母X来表示）开关柜外壳为金属封闭式的开关设备。
如XGN2-12型高压开关柜。
（4）.敞开式开关柜，无保护等级要求，外壳有部分是敞开的开关设备。
如GG-1A（F）型高压开关柜
第三章常见高压开关柜产品
一、产品KYN28A-12
KYN28A-12型户内金属铠装抽出式开关设备主要用于发电厂、工矿企事业配电以及电力系统的二次变电站的受电、送电及大型电动机的起动等。
实行控制、保护、实时监控和测量之用。
有完善的五防功能,我局开关主要配用VS1（ZN63A-12）、ZN21-12真空断路器，以及ABB公司生产的VD4真空断路器，最近新增库柏生产断路器。
1.型号含义
KYN28A-12-□---□
铠装柜环境特征号
移开式一次方案号
设计序号
户内
2.柜体外形尺寸:
（标准架空进出线方案;电缆进出线方案）
*电缆进出线及联络柜标准方案:
宽800（1000）×深1500×高2300
*架空进出线标准方案:
宽800（1000）×深1660×高2300
注:
1.GZS1+电缆进出线及联络柜标准方案:
宽650×深1500×高2300;相间距为150mm;GZS1柜柜宽为800的相间距为210mm;柜宽为1000的相间距为275mm;
3.产品结构外形:
图3-1
4.开关柜基本参数
表3-1
项目
单位
数据
额定电压
kV
12
1min工频耐受电压（额定绝缘水平）
kV
42（相对地及相间）
48（隔离断口）
雷电冲击耐受电压（额定绝缘水平）
kV
75（相对地及相间）
85（隔离断口）
额定频率
HZ
50
主母线额定电流
A
63012501600200025003150
分支母线额定电流
A
63012501600200025003150
4S热稳定电流
kA
16202531.540
额定动稳定电流
kA
40506380100
防护等级
外壳为IP4X,隔室间和门打开时为IP2X
5.五防联锁简介:
（1）.当手车在柜体的工作位置合闸后,在底盘车内部的闭锁电磁铁被锁定在丝杠上,而不会被拉动.以防止带负荷误拉断路器手车。
（2）.当接地开关处在合闸位置时,接地开关主轴联锁机构中的推杆被推入柜中的手车导轨上,于是所配断路器手车不能被推进柜内。
（3）.断路器手车在工作位置合闸后,出线侧带电,此时接地开关不能合闸.接地开关主轴联锁机构中的推杆被阻止,其操作手柄无法操作接地开关主轴.
（4）.对于电缆进线柜;母线分段柜和所用变方案,由于进线电缆侧带电,下门上装微机五防,来确保在电缆侧带电时不能进入电缆室;
（5）.通过安装在面板上的防误型转换开关（带红绿牌）,可以防止误分误合断路器.
6.操作程序
送电操作:
先装好后封板,再关好前下门-------操作接地开关主轴并且使之分闸-------用转运车（平台车）将手车（处于分闸状态）推入柜内（试验位置）--------把二次插头插到静插座上---------（试验位置指示器亮）---------（关好前中门）----------用手柄将手车从试验位置（分闸状态）推入到工作位置---------（工作位置指示器亮,试验位置指示器灭）---------合闸断路器手车.
停电（检修）操作:
将断路器手车分闸-----------用手柄将手车从工作位置（分闸状态）退出到试验位置-------（工作位置指示器灭,试验位置指示器亮）-------打开前中门--------把二次插头拔出静插座----------（试验位置指示器灭）----------用转运车将手车（处于分闸状态）退出柜外-----------操作接地开关主轴并且使之合闸--------------打开后封板和前下门.
★.注意:
下避雷器手车和中（下）PT手车可以在母线运行时直接拉出柜外.
KYN开关柜结构讲解分析
（一）线路开关柜
现在，我们就以最常见的KYN型线路开关为例，了解其内部基本结构。
其存在有高压导电体的有母线室、手车室、电缆室三个主要部分。
母线室在开关柜的上部，其侧面有独立的屏护，用铆钉紧固，一般要从顶部才能打开，发生误碰触电的风险较小。
手车室在开关柜的前面中部，手车的母线侧触头插入母线室，手车拉出时，绝缘档板自动将插孔封闭，检修作业时应禁止打开绝缘档板。
电缆室在开关柜的下部，除连接有线路电缆外，还有电流互感器、线路避雷器、线路接地刀闸。
其后屏护板与线路接地刀闸有机械联锁，只有合上线路接地刀闸，才能打开后屏护板。
刚才我们讲了线路开关柜。
线路开关柜是最常见的开关柜，不少工作人员把对线路开关柜的结构认识引伸到其它特殊接线形式的开关柜上，这就带来了认识误区。
手车室泄压板
开关柜的顶部，在断路器室、母线室和电缆室上方均设有压力释放装置。
当发生内部故障电弧时，伴随电弧的出现，开关柜内部气压升高，顶部装设的压力释放金属将被自动打开（见图2），定向释放压力和排泄气体，装设在门上的特殊密封圈把柜前封闭起来，以确保操作人员和开关柜的安全。
电缆室泄压板
母线室泄压板
图2柜顶泄压板（柜体俯视方向）
五防安装问题：
开关柜中柜门、下柜门、后柜门的螺母换成五防挂锁，不符合开关柜防爆要求。
。
开关柜上柜门
提示：
安装五防不能改变开关柜的结构，严禁在柜门上打孔，禁止把柜门的紧固螺丝拆除，改装防误锁，造成柜门防爆能力不足。
正确方法：
在柜门螺栓上加一U型环后加锁或将门把锁改能挂防误锁的把手。
开关柜下柜门
3.3.开关柜内的各个小室介绍
3.3.1继电仪表室（见图3）
图1中继电仪表室D，内设有内摇式继电器安装板（见图3），并配以通用的安装孔，可方便地安装凸出式继电器等各类二次设备，并方便布线。
继电仪表室门上可安装各种计量仪表、操作开关、信号装置、嵌入式继电器及各类综合保护装置等。
控制电缆及二次线敷设在两侧有足够空间的线槽内，关有金属盖板。
在继电仪表室和侧板上还留有柜与柜之间控制电缆的穿越孔，以便于现场安装。
根据需要，在继电仪表室顶部可加装小母线室，并设有15路或18路小母线座，用作柜与柜之间的小母线的连接。
为了便于安装和布线。
继电仪表室内的端子排固定框架可以斜向安装。
继电器安装板
图3继电仪表室正视图
3.3.2母线室
母线室（见图4）位于柜的上部，中间靠后。
是独立的隔室，与其它的隔室间符合IP2X的安全等级。
分支母线固定在静触头盒上，并与主母线的搭接，主母线通过母线穿墙套管实现与相邻柜的连接。
若母线室内出现内部故障电弧，该穿墙套管起隔离作用，能限制事故蔓延到邻柜，并能保障母线的机械强度。
分支母排
主母排
静触头盒
绝缘套管
图4母线室（柜后正视）
母线固定螺栓应打力矩，母线接头处无毛刺，要有倒角，穿墙套管外观整洁，爬距满足要求，母线相间、对地距离125mm，引入断路器静触头螺丝紧固，外绝缘良好
3.3.3.手车室
3.3.3.1总体结构
二次航空插座
活门
中隔板
图5手车室（正视图）
手车室（见图5）位于柜体正面中部。
在手车室内装有手车导轨，供手车在隔室内滑行。
手车能在“工作”位置、“试验”位置之间移动。
（见图6）
断路器与航空插座联锁
VB5断路器
位置标签
图6断路器在手车室的位置标签
活门机构装置中的活门由金属板制成，安装在手车室中的后壁上。
手车反方向移动时活门则自动关闭，从而保证操作人员不会触及带电体。
手车能在开关的门板处于关闭的情况下滑行。
通过观察窗可以看到手车在柜内所处的位置，还能看到断路器手车上的断路器合分状态指示器，以及弹簧的储能/释放状态指示器等。
开关柜上的二次线与手车上的二次线联络是插拔式插件中二次插头与插座连接来实现的。
二次插头的动触头通过一个尼龙纹管装在手车上，二次插座装设在手车室的右上方。
只有当手车处于“试验隔离”位置时，才能插上和拔下二次插头。
手车处于“工作”位置时，由于机械联锁作用，二次插头被锁定，不能拔下。
（见图6，图7）
二次航空插头
尼龙纹管
图7手车上的航空插头
3.3.3.2手车室与母线室的联络方式
手车室与母线室为相邻隔室，两个室之间通过上静触头盒实现一次导电回路的连接与支撑（见图8）。
活门机构装置中的活门安装位置在手车室中的后壁上，当一次导电回路断开时，通过活门的关闭，来实现隔室间的隔离与防护，从而保证操作人员不会触及带电体。
上静触头盒
下静触头盒
下活门
母线支排
静触头
（a）正面（手车室）
主母排
上支母排
上静触头盒
（b）柜后（母线室）
图8手车室与母线室联络方式
3.3.3.3手车在室内的情况
手车从服务小车（承接车）上推入手车室并妥善定位，手车通过丝杆螺母推进机构在试验位置和工作位置之间移动，借助丝杆螺母自锁使手车可靠锁定手车工作位置，防止因电动力的作用引起手车窜动而引发事故，联锁机构保证手车及其他部件的操作必须按规定的操作程序进行。
（详见3.4.2）。
手车从试验位置移动到工作位置时，上下静触头盒前的活门与手车联动，同时自动打开，反向移动时，活门自动关闭。
手车从试验位置往工作位置移动前，要确保断路器上的二次插头与柜体上的航空二次插座连接。
上触头盒
活门
手车导轨
二次插头
丝杆推进机构
ZN21断路器手车
中隔板
下触头盒
图9断路器在手车室的情况（工作位置）
3.3.3.4手车
手车可分为断路器手车（见图10）、电压互感器手车（见图11），隔离手车（见图12），计量手车，接地手车，避雷器手车，熔断器手车（见图13）等。
真空断路器主要由框架部分，灭弧室部分（真空泡）和操作机构部分组成。
（a）VB5固封断路器（b）ZN21断路器
图10
图11电压互感器手车
图12隔离手车
图13熔断器手车
3.3.4电缆室
3.3.4.1电缆室总体概括
电缆室（图14）内可安装电流互感器、电压互感器、零序互感器、接地开关、避雷器以及电缆端子。
电缆室的底板配有可拆卸的板，并配置相应的电缆固定夹及变径密封圈（见图15）。
电缆固定夹
变径密封圈
图14电缆室图15电缆固定夹的安装位置
3.3.4.2电缆室与手车室的联络方式
手车室与电缆室为相邻隔室，其联络方式与手车室与母线室的联络方式相似（见图8、图16）。
（详见3.3.3.2）
下静触头盒
下支母排
中隔板
图16电缆室、手车室的联络方式情况
3.3.4.3电缆室内的主元件介绍
3.3.4.3.1CT、PT、避雷器
电流互感器简称CT（见图17a），电流互感起到变流和电气隔离的作用。
电压互感器简称PT（见图17b），电压互感器起到变压和电气隔离的作用。
避雷器简称BT（见图17c），避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一个电器。
（a）电流互感器（b）电压互感器（c）氧化锌避雷器
图17
用于固定电流互感器支座的安装梁上的4个M10的螺栓和螺母
注意：
更换互感器时，部分由于尺寸不对，少上螺栓，要严格禁止，少上固定螺栓后柜内短路时动稳定能力大大降低。
安装梁
M10的螺栓和螺母
电流互感器支座
CT二次线要求4mm2铜导线，多股软铜线接线端需压接鼻子接入，硬铜线接入打圈方向应正确
3.3.4.3.2接地开关
用于电能接地部分的机械式开关，它能在一定时间内承载非正常下的电流，主要作用是开关柜检修试验时，为保障人员安全，必须按操作规程把接地开关合上。
图18JN15-21接地开关（合闸状态）
3.4.防止误操作的联锁装置/保护装置
3.4.1防止误操作的联锁装置
开关柜具有可靠的联锁装置，以保证操作人员的人身安全与设备安全，其具体作用如下：
1、当接地开关及断路器在分闸位置时，手车才能从“试验”位置移至“工作”位置。
2、而接地开关或断路器在合闸位置时，手车不能从“试验”位置移至“工作”位置。
只有手车处于“试验”位置或移开位置时，接地开关才能操作：
1、断路器只有在断路器手车已在正确处于“试验”位置或“工作”位置时，才能进行合闸操作。
2、手车在“工作”位置时，二次插头被锁定不能拔除：
只有手车在“试验/隔离”位置时，才能插上和拔下二次插头。
以上机械联锁装置在开关中属常规配置。
根据实际需要，开关柜还可以配置其他功能的机械联锁或电气联锁。
3.4.2推进机构与断路器之间的联锁
为了防止断路器在关合状态下推拉手车而造成带负荷推拉手车的恶性事故发生，手车上设有相应的机械联锁装置。
丝杆
锁板
图19断路器上的底盘车
1、当断路器处于合闸状态时，通过断路器操动机构输出主轴上的拐臂的运动，带动相关传动装置，使得底盘车上的丝杆被锁板锁住而无法转动（见图19），从而使手车无法从定位状态转变为可移动状态，此时将无法移动手车。
只有让断路器分闸后，丝杆才被解锁，手车才能从定位状态转变为可移动状态；
2、当断路器手车未正确处于“试验”位置或“工作”位置时，底盘车上的丝杆锁板将向上运动，带动相关传动装置，阻挡断路器合闸单元相关部件的运动，使电动（或手动）合闸均无法进行，从而保证了运行的安全。
3.4.3手车与接地开关之间的联锁
为了防止在手车未退出“工作”位置的时候（见图6），接地开关未分闸时（见图18），就将手车进入到“工作”位置，开关柜与手车上均设有相应的机械联锁装置（见图20）。
1、当操作者试图将手车由“试验”位置推入到“工作”位置时，若接地开关还处于合闸状态或接地开关手柄（见图21）还没有取下，开关柜上的机械联锁装置将阻止手车状态的变化。
只有让接地开关分闸，并取下接地开关操作手柄时，手车才允许进入到“工作”。
操作手柄
锁片
图20手车与接地开关的机械联锁装置图21接地开关的操作手柄
（接地开关处在合闸状态）
2、手车往“工作”位置进入的过程中，机械联锁装置立即将接地开关的操作手柄插入口封闭起来（见图22），这种状态一直保持到手车重新回到“试验”位置并定位才结束。
手柄插入口封板（滑板）
接地开关与柜门的联锁：
M8螺栓
接地开关接地时的状态，
紧急解锁孔
舌板
联锁销轴焊接
下柜门联锁机构组件
M6螺栓
图22接地开关操作位置
（二）母线PT、避雷器的连接方式和设备结构
变电站内母线PT和避雷器大都共同经过同一刀闸，这种接线方式在运行、检修人员中成为常识。
但目前使用的KYN型开关柜，包括一些35kV落地式小车开关柜，却打破了这种常规，有不同的接线方式，如果不能认识和掌握，过多地受习惯性思维的左右，就可能产生操作、检修中的错误，甚至导致事故，实际上，已经有了惨痛的教训。
1、PT单独小车，避雷器直接连接母线。
这种方式避雷器与PT同柜体，避雷器安装在PT、避雷器柜的后柜门下部（相当于线路柜的电缆室），当PT小车拉出后，工作人员容易产生避雷器已经停电的错觉，打开后柜门对避雷器进行检修试验，造成触电。
【事故案例】
2009年5月15日，湖南省常德电业局进行110kV桃源变电站10kV设备年检，对10kV3X24TV小修试验，一工作人员卸下3X24TV柜后门，触及柜内带电母线排，触电死亡。
2010年8月19日，江西赣东供电公司在更换220kV垱岭变电站10kVⅠ段母线PT过程中，误碰直接与母线连接的避雷器接线，2人死亡，1人重伤。
2、PT、避雷器各单独小车
这种方式避雷器与PT同柜体（也有的单位PT和避雷器各占一个柜体），避雷器小车在PT小车的下面，避雷器安装在小车上，拉出小车可以对避雷器进行检修试验。
但这种方式，避雷器的后柜门内的静触头和引线仍然有电，仍有人员误入造成触电的风险。
【事故案例】
2008年10月15日，永安供电公司在110kV小陶变进行“10kVI段母线ＰＴ、避雷器小修、预试及更换带电显示器”工作，一工作人员打开ＰＴ、避雷器后柜门，触及柜内母线引线触电。
3、避雷器和PT共同使用一个小车（最佳方案我局已采用）
这种方式避雷器与PT同柜体，拉出小车避雷器与PT都停电，避雷器安装在柜门的下部（也有避雷器与PT安装在同一小车上的）。
这种方式的安全风险较小。
（三）母分开关柜的接线方式和结构
变电站、开闭所大都有分段母线和母分开关。
但是，母分开关有不同的接线方式，不同的安全风险。
1、双柜体母
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