高压开关柜基本学习知识.docx

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高压开关柜基本学习知识

高低压配电知识问答

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

二、开关柜的主要特点：

1.有一、二次方案,这是开关柜具体的功能标志,包括电能汇集、分配、计量和保护功能电气线路。

一个开关柜有一个确定的主回路（一次回路）方案和一个辅助回路（二次回路）方案，当一个开关柜的主方案不能实现时可以用几个单元方案来组合而成。

2.开关柜具有一定的操作程序及机械或电气联锁机构，实践证明:

无“五防”功能或“五防功能不全”是造成电力事故的主要原因。

3.具有接地的金属外壳，其外壳有支承和防护作用.因此要求它应具有足够的机械强度和刚度，保证装置的稳固性,当柜内产生故障时,不会出现变形,折断等外部效应。

同时也可以防止人体接近带电部分和触及运动部件，防止外界因素对内部设施的影响;以及防止设备受到意外的冲击。

4.具有抑制内部故障的功能，“内部故障”是指开关柜内部电弧短路引起的故障，一旦发生内部故障要求把电弧故障限制在隔室以内。

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[x1] ）]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）.

3）.不锈钢板（不导磁性）.

4）.铝板（（不导磁性）.

★.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,配用浙开VS1（ZN63A-12）真空断路器，也可配由ABB公司生产的VD4真空断路器、由上海富士电机开关有限分司生产的HS型（ZN82-12）真空断路器、中外合资厦门华电开关有限分司生产的VEP型（ZN96-12）真空断路器，目前在12KV市场上使用量很大。

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

630 1250 1600 2000 2500 3150

分支母线额定电流

A

630 1250 1600 2000 2500 3150

4S热稳定电流

kA

16 20 25 31.5 40

额定动稳定电流

kA

40 50 63 80 100

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,下门上装电磁锁,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.

二、产品XGN37-12

    XGN37－12箱型固定式金属封闭开关设备,是用于3~10kV三相交流50Hz作为单母线和单母线分段系统接受与分配电能的装置，特别适用于频繁操作的场所。

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。

柜体为全组装式结构,有完善的五防功能,配用固定式ZN63A-12（VS1）真空断路器或ABB公司生产的固定式VD4真空断路器。

上隔离用GN30-12型,下隔离用GN19-12型,接地开关用JN15-12W,大电流柜的上隔离开关可用GN25-12型.

1.    产品型号的含

               X   G  N  37–12--□--□

                                                  环境特征

箱型                                      额定短路开断电流

固定式                                            额定电压

户内用                                            设计序号

2.开关柜基本参数

表3-2

项目

单位

数据

系统的标称电压

kV

3, 6,  10

设备额定电压

kV

3.6, 7.2,  12

额定绝缘

水平

1min工频耐受电压

（有效值）

kV

42（相间及对地）

48（隔离断口）

雷电冲击耐受电压

（峰值）

kV

75（相间及对地）

85（隔离断口）

最大额定电流

A

1000

额定短路开断电流

kA

16, 20, 25, 31.5 

额定短路关合电流

kA

40, 50,  63,  80

额定峰值耐受电流

kA

40, 50,  63,  80

额定短时耐受电流（4S有效值）

kA

16, 20, 25, 31.5 

防护等级

IP4X,门打时为IP3X

3.配用隔离开关（GN30-12）的基本参数:

项目

单位

GN30-12/400-12.5

GN30-12/630-20

GN30-12/1000-31.5

开关柜额定电压

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）

额定电压

A

400

630

1000

额定峰值耐受电流

kA

31.5

50

80

额定短时耐受电流（4S）

kA

12.5

20

31.5

4.开关柜外形尺寸:

● 电缆进出线及其联络柜标准方案:

 宽840×深1300×高2300.

● 架空进出线时:

宽840×深（1300+400）×高2300.

● 所用变方案当变压器容量大于30kVA时,柜宽为1000.

注:

柜深不包括前门及后封板尺寸,相间距离为210

5.产品结构:

外形图见3-2,内部结构图见3-3:

                       图3-2

                            图3-3

6.产品特点:

（1）.开关设备的外壳选用进口敷铝锌板采取多重折边工艺制作而成,具有很强的抗腐蚀性和抗氧化性，外形美观。

（2）.柜体采用组装式结构,用高强度的螺栓联接而成,整个柜体精度高、机械强度好；仪表室、母线室单独设计，可缩短加工生产周期，便于组织生产。

（3）.开关柜内元器件布置紧凑，柜体外形尺寸小，柜体内主开关可选用全绝缘的VS1型真空断路器，可实现少（免）维护。

（4）.开关设备的联锁简洁、完备，灵活好,安全可靠性高，完全满足了“五防”的要求。

（5）.开关柜外壳防护等级为IP4X，柜门打开时为IP3X,带电体对地距离不小于125mm；

（6）下隔离开关、接地开关布置灵活，柜体可以靠墙安装,进行正面维护;也可以离墙安装,进行双面维护。

7.操作程序：

①   送电操作:

关好下门---操作接地开关分闸---拔出定位销---操作隔离开关合闸,定位销自动复位---断路器合闸.

②   停电操作:

断路器分闸---拔出定位销---操作隔离开关分闸,定位销自动复位---操作接地开关合闸---打开下门.

三、产品XGN2-12（Z） 

XGN2-12（Z）固定式高压开关柜（简称开关柜）（图3-4外形图）适用于3～10kV三相交流50Hz系统中作为接受与分配电能之用，并具有对电路进行控制、保护和检测等功能。

特别适用于频繁操作的场所，其母线系统为单母线，并可派生出单母线带旁路和双母线结构。

经过多年的改进完善，产品最大额定电流可做到4000A；可在海拔4000m以下正常运行。

本开关柜既可采用ZN28A-12分体式真空断路器，还可配用ZN28D-12、VS1-12、ZN12-12、ZN65-12等整体式真空断路器；隔离开关主要采用旋转式GN30-12（D），大电流柜也可采用GN25-12，GN22-12等隔离开关。

由于该产品电流等级大，母线结构多样，所以在变电站得到广泛应用。

1.产品型号含义:

            X G N  2–12 Z/□--□

                                                环境特征

箱式                                           一次方案号

固定式                                         真空断路器

户内用                                           额定电压

设计序号

2. 基本参数表3-3       

序号

名        称

单位

技    术    参    数

1

额定电压

kV

12

2

额定电流

A

630;1000;1250;1600;2000;2500;3150

3

主母线额定电流

A

630，1000

1000，2000

2500，3150

4

额定绝缘水平

1min工频耐压

相间及对地

kV

42

断口间

kV

48

雷电冲击耐压

相间及对地

kV

75

断口间

kV

85

5

额定短路开断电流

kA

20

31.5

40

6

额定短路关合电流（峰值）

kA

50

80

100

7

额定峰值耐受电流

kA

50

80

100

8

4s额定短时耐受电流

kA

20

31.5

40

9

额定短路电流开断次数

次

30

10

机械寿命

次

10000（20000-VS1）

11

二次回路1min工频耐压

kV

2

12

外壳防护等级

IP2X

13

母线系统

单母线、单母线带旁路、双母线

14

操作方式

电磁式、弹簧储能式

3.隔离开关：

GN30-12（D）型的基本参数表3-4

项目

单位

GN30-12（D）/1250-40

GN30-12（D）/630-20

GN30-12（D）/1000-31.5

GN30-12/2000-50

GN30-12/3150-50

开关柜额定电压

kV

12

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）

额定电流

A

1250

630

1000

2000

3150

额定峰值耐受电流

kA

100

50

80

125

125

额定短时耐受电流（4S）

kA

40

20

31.5

50

50

4.开关柜外形尺寸:

*小电流柜电缆进出线及联络柜标准方案:

宽1100×深1200×高2650

*小电流架空进出线柜标准方案:

宽1100×深（1200+400）×高2650

*大电流柜电缆进出线及联络柜标准方案:

宽1200×深1200×高2650。

*大电流架空进出线柜标准方案:

宽1200×深（1200+600）×高2650

注:

小电流柜的相间距为250mm;大电流柜的相间距为275mm;

5.开关柜的结构:

   图3-4为外型图，图3-5为配ZN28A-12真空断路器的方案，图3-6为配VS1真空断路器的方案。

图3-5结构简图                    图3-4外形图

 1、GN30-12上隔离开关 2、ZN28A-12真空断路器 3、LZZJ-12电流互感器  4、CD10操作机构 5、GN30-12下隔离开关 6、JS操作机构

 图3-6结构简图   

1、JS操作机构 2、母线室 3、GN30-12上隔离开关4、VS1真空断路器 5、LZZJ-12电流互感器  6、GN30-12下隔离开关

本开关柜为金属封闭箱型结构，柜体骨架由型钢和优质冷轧钢板焊接而成，柜内分为断路器室、主母线室、电缆室、继电器室，室与室之间用钢板隔开。

断路器室在柜体下部，ZN28A-12真空断路器的传动拉杆与操动机构连接，真空断路器下接线端子与电流互感器连接，电流互感器与下隔离开关的接线端子连接，真空断路器上接线端子与上隔离开关的接线端子连接。

母线室在柜体后上部，电缆室在柜体的后下部，电缆室内支持绝缘子设有监视装置，继电器室在柜体上部前方，顶部可装二次小母线。

满足“五防”要求，开关柜采用了相应的机械联锁，机械联锁的动作原理如下：

停电操作（运行—检修）

开关柜处于工作位置，即上、下隔离开关、断路器处于合闸状态，前后门锁上，并处于带电运行之中，这时JS操作机构上的小手柄处于“工作”位置。

断路器分断——将小手柄扳到“分断闭锁”位置——将专用操作手柄插入JS操作机构上的隔离开关操作孔内——从上往下拉分隔离开关（如是馈线柜，则先分下隔离开关，后分上隔离开关）——将专用操作手柄插入JS操作机构上的接地开关操作孔内——从下往上推，合接地开关——将小手柄扳到“检修”位置——打开前门，取出钥匙——打开后门。

送电操作（检修—运行）

 后门关好锁定——钥匙取出后关好前门——小手柄从“检修”位置扳到“分断闭锁”位置——将专用操作手柄插入JS操作机构上的接地开关操作孔内——从上往下拉，分接地开关——将专用操作手柄插入J