高压成套开关设备.docx
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高压成套开关设备
高压成套开关设备
第一章概述
（一）新电压等级概念
高压是相对低压而言的，高压与低压的分界线按IEC标准规定为1000V，而我国没有1000V电压等级，高压与低压的分界线实际为3000V，3000V以上电压等级为高压。
我国高压开关设备的电压等级为3.6、7.2、12、24、40.5、126、252、363、550、800、1100KV，高压开关设备上的电压指额定电压，而对应的电网的标称电压为3、6、10、20、35、66、110、220、330、500、750、1000KV。
高压开关设备上的额定电压习惯细分为中压（3.6～72.5KV）、高压（126~252KV）、超高压（363~800KV）、特高压（1100）KV。
高压开关设备是指用于输配电起控制和保护作用的设备，是重大机械装备，对电力设备的安全可靠运行至关重要。
（二）关于特高压
特高压电网是指交流1000KV、直流（正负）800KV及以上电压等级的输电网络，该项技术的采用，将大大提高远距离、大容量输电的效率，减少输电损耗，降低输电成本，我国目前可开发水电资源有三分之二在西部，煤炭保有量有三分之二分布在、、三省区。
而全国有三分之二的用电量负荷却分布在东部沿海和京广铁路沿线以东经济发达地区，在发电资源丰富地区建设大煤电基地、大水电基地，实现煤电就地转换和水电大规模开发，再通过坚强的特高压骨干网络，将电能从西部和北部大规模输送到中、东部地区，既解决东部能源紧缺问题，又能减轻运输和环保压力。
第二章产品设计规
（一）产品基础标准及应用
1、产品图纸及资料的完整性应符合JB/T5054.4-2000产品图样及设计文件完整性，引进或联合设计产品应进行图纸及文件资料的工厂化。
创新性（改进型）产品应具备技术任务书、安装使用说明书、产品质量特性重要度分级表和全套图纸。
2、产品图样及技术文件编号按CT/QZ0101-2006技术文件管理办法的规定，采用十进位分类，不提倡隶属编号。
3、产品结构图样中的一般公差的表示方法为“GB/T1804—m级”。
4、金属材料的标记方法按GB/T700-1988规定，碳素结构钢牌号一律采用“Q235”代替老标准“A3”。
5、机械制图标准按GB/T4457.4-2002图样画法、图线，GB/T4458.1-2002图样画法、视图，GB/T4458.2-2003零部件序号及编排方法。
6、电气制图按GB/T4728.2系列标准
（二）高压成套开关设备的结构设计
高压成套开关设备的设计从开关设备的功能、使用和运行条件出发，对开关设备的元件布置、柜体结构、绝缘、工况耐受性和人机工程学等方面进行设计，形成可进行生产的图纸和技术文件。
高压成套开关设备是将选用的电器元件合理安装于柜体或箱体，通过一次回路和二次控制回路的连接，实现供配电系统进行操作、检测、控制和保护功能。
其设计主要考虑以下几个方面。
1、符合国家和行业标准以及运行条件
1.1产品标准
高压成套开关设备适用标准有：
GB3906—2006、GB/T11022—1999、GB/T17467—1998、DL/T537—2007、DL/T404—2007等相关标准。
1.2产品分类
按主开关元件的安装方式分为固定式、移开式。
GB3906-1997标准规定按隔室的封闭方式分为：
箱式、间隔式、铠装式。
GB3906-2006标准规定不再按产品的结构，而是根据产品所提供的运行连续性将产品分类为LSC2B级、LSC2A级、LSC1级，前者最高，中间次之，后者最低，还有根据隔室分类和隔板的分类等。
有关我公司目前生产的产品与上述分类如何对号问题可以在第三章得知。
按绝缘介质分类：
空气绝缘、气体绝缘、固体绝缘等。
1.3电气间隙与爬电距离
1.3.1空气间隙（空气中相间、相对地）
40.5kV为≥300mm、24kV为180mm、12kV为≥125mm、7.2kV为≥100mm
1.3.2爬电距离（污秽等级III级）
40.5kV为≥810mm、24kV为480mm、12kV为≥240mm、7.2kV为≥144mm
1.4机械“五防“联锁要求
现在生产的高压柜基本上只有“四防”。
仪表门上的KK开关没有装红、绿翻牌，主要是缺少“防止误分、合断路器”。
除此外，其他“四防”必须是强制性的。
对进线环网柜如没有设电源PT，就必须有提示性和强制性相结合的“防止误入带电间隔”的隔离措施。
对于开关合闸后，下门能被人为打开的环网（开关）柜，是机构与下门直接闭锁的，应建议厂家对机构进行可靠性改进。
对于有断路器而无接地开关的后门闭锁（中置柜），也应设计有接地开关联锁机构及操作部件，后下门要开有闭锁孔。
（现一般装设电磁锁，不是强制性的）
1.5对于产品使用环境条件比较恶劣的场所（如湿度、盐雾等）。
（事先应了解）
应仔细审查外来图纸和文件，必要时可向用户提出建议，尽量采用环境能力适应性较强的产品，如充气柜等，如不奏效，就必须要按全工况型产品设计。
（参考高原型产品）
1.6对高原型（高海拔地区）产品进行设计时，必须按GB311.1标准规定，其外绝缘试验电压应为耐受电压乘上系数K即：
工频耐压为1min49.4kV，冲击耐压为88.2kV。
柜主开关、接地开关、电流、电压互感器、母线系统以及静触头对活门、绝缘件等都要求采取技术措施，决不能按常规设计、生产高海拔地区使用的产品。
注：
K=1.176
1.7接地回路的可靠性要求
每台开关柜都必须设计接地汇流排和主接地点，接地汇流排能贯穿并列开关柜，并能与外界接地装置连接。
分支接地排应贯通本柜各功能间隔，确保一、二次元件及柜体的可靠接地。
1.8开关柜外壳防护等级应满足GB4208标准要求，KYN44B中置柜的外壳防护等级为IP4X，断路器室门打开后为IP2X，XGN15（SF6）环网柜为IP3X，XGN□箱式固定柜为IP2X，YB22预装式变电站为IP23D，XGN68真空开关柜为IP3X，以上各等级的含义可由GB4208标准中得知。
1.9开关柜的结构还应满足用户供配电系统的特殊要求。
2、合理布置、安全可靠
开关柜的柜体设计要突出结构简单、可靠、造型新颖。
要求开关柜部各隔室间能够分隔合理，柜体外型美观，符合人机工程学。
开关柜的各个可移动部件要求传动平稳可靠、位置准确，要求手动操作功尽可能小且操作位置适中，考虑消除闭合磁回路产生的涡流的影响，采用将绝缘套管和触头盒安装板的三相开孔连通，并加装铝合金板或不锈钢板作为衬板，阻断共磁回路，达到消除涡流的目的。
对于4000A以上的铠装中置柜，要加装风机强迫通风散热，最少要在断路器室、电缆室、母线室等间隔每处设计一个。
对非标柜体或配电箱的结构设计应力要求在有限的空间合理布置电器元件。
柜体和柜母线及各元器件应能承受相应短路电流产生的电动力的冲击，具有可靠的机械强度。
3、安装维护方便
开关柜体/箱体应便于安装与维护，主要包括部元器件安装与接线，电缆连接施工，操作工具回转是否方便等。
应优先考虑安排主要一次元件的安装位置，并尽量与一次接线方案走向一致。
充分考虑母排、电缆线的走线空间，对要求计量单独加封的要考虑互感器的固定、预留计量电度表的位置及安装支架，其次还要考虑二次控制回路电器元件的布置。
（三）高、低压成套开关设备母线设计
母线是指在成套开关柜中用来作为连接柜间以及柜各电气设备进行汇集、分配和传送电能的导体。
在发生短路故障时要承受短路电流造成的发热和电动力作用,是作为高、低压成套电器中重要的一次元件。
1、母线的类型、颜色、布置及其载流量影响因素
1.1母线类型
开关柜用母线按其横截面分为：
矩形、圆形（或双D形）和槽形母线3种。
当母线的横截面积相同时，矩形母线的周长要比圆形母线大，其散热效果好，冷却条件好，而且，在一定允许加热温度下，矩形母线所通过的电流要比圆形母线大，圆形母线的集肤效应较强，而矩形母线比较均匀，因此成套开关柜一般都采用矩形母线。
1.2开关柜用母线的颜色和位置
（1）开关柜母线相序位置与国标颜色对照如表1所示。
表1开关柜母线相序位置与国标颜色对照
相别
国际颜色
母线安装相互位置
垂直布置
前后布置
水平布置
A相
黄色
上
远
左
B相
绿色
中
中
中
C相
红色
下
近
右
零线或中性线
淡蓝色（三相四线）
最下
最近
最右
直流正极
棕色
上
远
左
直流负极
蓝色
下
近
右
（2）柜体接地母线：
黄绿色相间；
1.3柜母线的布置
（1）按垂直或水平“—”字形：
如GG1A-12F、GBC-40.5中的柜顶主母线布置结构。
（2）按“品”字形：
如KYN28A-12，KYN10-40.5中的主母线布置结构。
1.4载流量受影响的因素
（1）布置方式：
竖放和横放，竖放的动稳定电流要比横放时大。
（2）环境温度。
（表2为裸母线承受的最高温度值。
）
表2裸母线环境温度
绝缘介质
裸母线承受的最高温度值/℃
裸铜
镀银
镀锡
在空气中
90
115
105
在SF6气体中
115
115
110
在油中
100
100
100
由表2说明：
母线经过镀银或镀锡处理后其耐高温性能有所提高。
（3）母线的材质：
铜；铝；钢其中铜的导电率最高，相同截面积时它的载流量最大；而钢最小，常用于PT回路或避雷器回路中。
（4）母线的根数：
多根母线并列布置使用时，其散热条件比单根要差得多。
例如：
LMY100*10的电流试验值：
单根载流量是1728A/1（作基准）；双根布置时，载流量是2558A/1.48；叁根布置时，载流量是3181A/1.84；四根布置时，载流量是3622A/2.09。
（5）散热条件：
开启式开关柜要比封闭式开关柜中使用的母线载流量要大，带空调的变电所要比没有带空调的要好。
2、母线的绝缘
2.1绝缘母线作用
（1）防止由受小动物接触而引起的相间或相对地的短路故障；
（2）防止污闪或凝露闪的发生；
（3）防止人身伤亡事故；
（4）防止盐雾及有害化学气体对母线的直接腐蚀；
2.2母线绝缘方式
（1）热缩护套：
可以提高母线间的绝缘水平，但护套有绝缘老化的问题，同时母线的散热条件也会变差，也增加了生产成本。
（2）冷缩护套：
操作简单，无需加热。
但成本高，也有绝缘老化和母线散热条件变差的问题；
（3）硫化喷涂：
生产工艺过程较为复杂，当出现碰伤后无法补救，母线的连接处不能作喷涂处理；
（4）SF6气体绝缘：
在密封的主母线室和断路器室中充以0.04MpaSF6气体，可以提高母线间的绝缘性能；主母线在全寿命周期不用检修和维护，也不受外界环境的影响，安全可靠性高，但生产工艺过程较复杂，是目前柜式C—GIS充气柜主要的绝缘方式。
（5）加装隔板：
当相间或相对地间净距达不到安全距离时，可在相间或与地间加装绝缘隔板，按国标要求SMC绝缘隔板时与带电体的最小距离要：
12Kv开关柜≮30mm，40.5Kv≮60mm；
3、母线的规格、联接及要求
3.1母线规格
标准书写格式为：
根数+母线类型代号+窄边*宽边（如：
2-TMY10×100）；经软化热处理的铜母线用“TMR”表示，硬铜母线用“TMY”表示。
3.2联接方式
（1）通过螺栓直接连接或通过过渡片（如：
铜铝接头）间接联接；
（2）采用软连接，如XGN68、YB22G预装变。
3.3联接要求
母线接触面间的接触电阻要符合国标的要求，而且要稳定。
因此在制作母线时要求母线的接触表面要经过压花、踏平、镀银或搪锡等表面处理，当母线用金具固定时，要求金具材料本身而且不能形成闭合的铁磁回路，应采用不导磁材料。
4、母线设计
4.1相序设计
（1）主变架空进、出线柜方案中的母线相序要在技术要求中明确，要考虑到母线是否需要换相；
（2）当联络母线空间较小时，也可能会出现相序的调整；
（3）相邻的两台高压开关柜用于控制一台高压电机正、反转时，柜中出线联络侧母线相序要作调整；
（4）在架设对列母线桥的两台开关柜中，有一台柜中的主母线需要调整相序；
（5）设计出口项目时，要注意出口国的母线相序的执行标准。
如印度国高压三相母线（A、B、C）的颜色标准分别为红色、黄色和蓝色。
（6）柜顶三相电压小母线的位置布置，也要按国标要求按“远A、中B、近C”设计。
4.2绝缘设计
（1）对于“高海拔地区”、“主回路需复合绝缘”、“采用绝缘母线”、“外绝缘按海拔3000m考虑”等之类的要求，柜主、支母线及搭接处均需用绝缘处理；
（2）对于运行环境条件严酷的地区（如：
湿度和污秽等级高）的开关柜，柜的主、支母线要求用绝缘处理；
（3）在35KV开关柜的主、支母线的绝缘也可以采用硫化喷涂工艺处理。
4.3柜电气设备与母线容量匹配
柜电流互感器、隔离开关和断路器（或低压空开）的容量与柜主母线和引下母线（或垂直母线）的载流量要相匹配。
4.4母线的固定
母线桥中的母线要采用母线金具固定，当母线较长时（如超过20m时）要用温度补偿装置等措施来防止母线出现的热胀冷缩而产生的应力
4.5附加功能设计
（1）母线桥中的母线或电缆出线柜中的引下母线要求带“验电和接地”的功能设计；如：
对母线桥的结构有“母线可挂接地线及验电”要求时，则可在桥身的下方或在桥墩的后侧开一长方形缺口，并用活动盖板封闭（可配挂锁），既可以挂接地线也可以对母线进行验电；
（2）用于手车柜主母线接地用的接地手车；
（3）用于手车柜主母线验电用的验电手车；
（4）当柜体后封板或后门要求带“验电和接地”用的结构设计（与第
（1）条相同）。
4.6结构和参数设计
（1）根据成套设备的一次主接线系统图的要求，母线的载流量应与母线根数（单、双或叁根等）及其规格相匹配，并要求做到产品的《投标文件》与《招标文件》保持一致；
（2）注意高、低压柜中的主母线、旁路母线、双母线系统或低压柜中的中性线长度计算的准确性；
（3）产品KYN61-40.5中的主母线可以采用圆管形母线，要求母线图纸尺寸要准确；
（4）低压电缆出线柜中的垂直母线的额定电流要满足《投标文件》及图纸对柜垂直母线额定电流的要求；
（5）用户提供的一次主接线图上的主母线规格，有时考虑的电流裕度较大，不能任意减小母线的规格。
4.7母线的搭接设计
（1）母线桥中的母线跨度固定位置尺寸设计要符合国标的要求：
一般按每800mm长上要设计一个固定点；
（2）在改造工程中要考虑到新、旧柜体主母线到现场拼接的工作量，同时还要确定旧柜体主母线的规格；当新旧柜体中的主母线由于柜体结构的原因而无法直接拼接时，也可以考虑采用母线过流柜或母线桥的办法实现母线的对接；
（3）特别注意旁路母线桥和双母线柜中的母线桥的搭接结构、布置设计的合理性；
（4）注意低压架空进、出线母线桥的搭接方式（如：
上进出、后进出、侧进出三种类型）的设计；
（5）根据用户的要求，为了提高主母线运行的可靠性，对于主母线室相通的产品（如XGN2-12，JYN2-12等），要注意增加主母线的隔板和穿墙套管；
（6）对于低压电流互感器（如：
LMZ1-0.66）径规格，有时不能穿过规定的引下母线，特别是在进线柜、母联柜和电容器柜方案中多见，因此，要合理选型配套；
（7）在设计主回路母线时要注意：
三相主母线（穿墙式隔离开关）在穿过柜体隔板时要考虑到电流通过时的涡流感应，在结构上应采取隔断磁路的措施；
（8）对于低压抽屉柜，当柜宽为800mm时，设计母线出线位置时，注意要留出接一次出线电缆的空间，在审核一次系统图或在技术交底时要注意各出线回路主电缆的规格；
（9）根据柜体的宽度或深度尺寸、母线的规格和母线的绝缘要求，要正确选用母线穿墙套管或母线夹的规格和开孔尺寸；
（10）柜主、支母线都为铜母线而穿墙套管中的导体为铝时，则应明确：
“母线塔接处要搪锡处理”；
（11）在柜体主接地回路设计时，根据国标的要求：
接地母线以及与之相连接的导体截面应能按通过铭牌上“额定短路开断电流”的87%来考虑。
5、开关柜各相导体（母线）的相间与相对地净距的要求（为海拔高度≤1000m的值）
对开关柜各相导体（母线的相间与相对地净距的要求参见表3所列）。
表3开关柜母线相间与相对地净距的要求
项目
额定电压（最高电压）/KV
7.2
12
24
40.5
1、导体至接地间净距/mm
≥100
≥125
≥180
≥300
2、不同相的导体之间净距/mm
≥100
≥125
≥180
≥300
3、导体至无孔遮栏间净距/mm
≥130
≥155
≥210
≥330
4、导体至网状遮栏间净距/mm
≥200
≥225
≥280
≥400
注：
1.当海拔超过1000m时，第1、2项值应按每升高100m增大1%进行修正；
2.第3、4项的值应分别增加第1、2项修正值
注：
单纯以空气作为绝缘介质的开关柜，柜各相导体的相间与对地净距必须符合上表的要求。
第三章从标准制定的角度看中压开关设备的发展特点
（一）新标准对中压开关设备的分类规定
当前，技术标准制定的角度已经从制造商的功能设计方面的角度出发，改变为从保证用户运行连续性、使用安全性和可维护的经济性方面来考虑。
IEC62271-200，IEC62771-100以及相应的GB3906-2006和GB1984-2003等标准的颁布都充分体现了这一指导思想。
增加了运行连续性分类（LSC）、部电弧故障分类（LAC）、机械寿命分类（M1、M2）、电寿命分类（E1、E2），和容性小电流开断性能分类（C1、C2），这样就使得用户能够按照实际需求来选择安全经济的产品。
（二）中压开关设备的专业分工与等级区别
一次配电设备和二次配电设备都取得了长足的进步而且专业分工日益明确。
一、二次配电设备的区别在于：
1、技术参数：
主要是额定电流、额定短路开断电流不同，一次配电为630~6300A，20~63A，二次配电为630~1250A，20~31.5KA。
2、安全等级：
一次配电一般要求较高的安全等级，按老标准要求铠装式、间隔式即新标准的LSCZB-PM、LSC2B-PI级，二次配电则可降低为箱式即新标准的LSC1级。
针对现有产品而言：
KYN44B-12为LSC2B-PM级，KYN61-40.5为LSC2B-PM级或LSC2B-PI级，XGN2-12、XGN15-12、C-GIS为LSC2A-PI级和LSC级。
3、性能价格：
由于使用场合的不同，一次配电处于馈线的电源首端，二次配电处于开闭所以下中段或末端，前者重要性高于后者，后者的使用数量数倍于前者，故一次配电侧重性能，二次配电在保证性能的同时更多地关注价格。
（三）二次配电设备的不断更新
为适应不同的用户要求，产品结构日浙丰富，摆脱了单一的断路器保护模式。
针对配电变压器保护的特点和环网供电的要求，负荷开关—熔断器组合电器作为二次配电的主力设备在短短的二十年间就经历了从产气式、压气式、真空、SF6及多回路共箱型环网柜的各领风骚的发展历程。
针对发电厂厂用电、冶金、石化等大量需要频繁操作、额定电流小、开断电流大的高压电动机的保护需求，能够降低设备和电缆投资，减小占地面积的F-C回路开关柜得到了广泛的应用。
F-C回路开关柜主要由高压接触器与高压限流熔断器组成，也可称为接触器—熔断器组合电器，又可称为电动机起动器。
F-C回路开关柜与断路器柜的本质区别在于，F-C回路把保护与控制功能分开，控制功能由接触器来完成，保护功能（如短路电流的开断等）由熔断器完成。
由于高压接触器寿命长、可频繁操作、结构简单、价格低等特点，限流熔断器具有限流功能，开断速度快，且开断电流越大开断速度越快等特点，因此，在高压电动机、变压器等的控制与保护中，F-C回路开关柜不仅功能合理，而且价格低，占地面积小，即经济又科学。
（四）高端型中压开关设备将应运而生
随着数字化技术、网络通讯技术，在线检测技术的发展，这些技术也逐渐在中压开关设备中得到应用，而且中压开关设备提高可靠性和降低运行成本也越来越需要通过这些技术的应用才能得以实现，所以，不同程度的智能化中压开关设备将会陆续投放市场。
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