浅谈高压开关柜的设计

袁耀辉

（珠海经济特区广达电器设备有限公司，广东 珠海 519000）

1 高压开关柜的结构设计

高压开关柜主要采用组装式结构，柜体内一般设断路器隔间、母线隔间、电缆隔间、仪表隔间以及小母线隔间共5个隔间，每个隔间既相互独立又有密切的联系[1]。

1.1 电气元件的安装要求

电气元件的安装要同时兼顾安装的结构强度和其所能承受的动、热稳定值，此外还要满足工频耐压以及绝缘距离的要求，见表1所示。

表1 高压开关柜工频耐压及绝缘距离要求

1.2 连锁装置设计

高压开关柜的联锁装置设计是对设备以及操作人员安全的保障，因此必须实现表2所示的五防连锁功能。

表2 五防连锁功能要求

2 开关柜一次部分的设计

2.1 开关柜主母线及分支母线

进行开关柜主母线的设计时，最为关键的控制条件就是主母线的额定电流。在设计院所提供的设计图纸中有两种情况，一种情况是给出主母线额定电流的值，另一种情况是直接将主母线的规格给出来。此外，在同业主所签订的技术协议中也会对主母线额定电流的值或主母线规格进行相应的约定。无论是以何种方式对主母线的设计提出要求，在主母线设计过程中都要认真对主母线额定电流的值或主母线规格进行细致的校核，并注意留有一定的裕度。

馈线柜分支母线的设计除了要考虑断路器的额定电流外，同时还要考虑电流互感器的变比。而进线柜、联络柜以及分段柜分支母线在设计时一般都取与主母线相一致的规格，在情况特殊时能够对其规格进行相应改变，但同样要满足额定电流的要求。

2.2 高压真空断路器

断路器本质上是一个开关器件。在正常工作情况下，高压开关柜的断路器负责接通以及断开电气回路中的负荷电流；而在故障条件下，断路器则要与继保装置相配合，做到可靠迅速的切断故障电流，避免事故扩大，有效保证电力系统的安全。断路器具有“防跳”功能，其是通过将防跳继电器加入断路器控制回路中实现的。

2.3 电流互感器及电压互感器

高压开关柜中的电流互感器二次绕组必须有一点接地，这样在一、二次绕组间绝缘破坏被击穿时，可以将高压引入大地，保持二次绕组处于低电位，确保二次设备及操作人员的安全。此外，电流互感器的二次绕组不允许开路，如果运行过程中电流互感器的二次绕组处于开路状态，但一次电流却保持不变，就会全部变成励磁电流，导致电流互感器的铁芯马上饱和，其二次侧将有数千伏的高压产生，造成铁芯严重发热，严重时会造成铁芯烧毁。电流互感器具有支柱式、母线式、贯穿式等多种形式，要根据母线的连接形式以及电气元件的布置情况进行选择。

2.4 零序电流互感器

在正常工作状态下，零序互感器中流过的三相电流相量之和等于零，二次绕组将不会有感应电流产生。而当被保护线路出现单相接地故障时，三相电流的相量之和将不再等于零，而是等于三倍的零序电流，从而在零序互感器的二次绕组中产生感应电流，使继保装置动作。要注意的是选用的一次电缆必须能够穿过零序电流互感器，而如果有多根电缆，则必须按照零序电流互感器的孔径大小对其进行控制。

3 开关柜二次部分的设计

3.1 仪表隔间的面板设计

3.1.1 高压开关柜仪表隔间面板设计的原则是：方便观察、监视、调试与操作，保证安全可靠运行，外观美观而整齐。而面板上设备与设备的间距要满足安装和接线的要求，应在满足试验、运行、监视以及检修便利的前提下，将其设计得尽量紧凑。

3.1.2 在设计面板开孔位置时，还要考虑到面板上所布置的元件是否会碰撞到内部的端子排或其他元件，要进行相应的干涉检查。

3.1.3 在布置面板上的元件时，面板的上部一般是用来布置测量仪表和较少调节与检查工作的元件，而把调试工作量较大的元件集中布置在面板的中部。为了整齐、美观，每个间隔的面板布置要尽可能保持一致。

3.2 二次端子排的设计

要按照电流回路→电压回路→控制回路→信号回路→辅助回路→照明回路的排列顺序来布置二次端子排。端子排上接线的设计依据则是设计院所提供的二次原理图以及高压开关柜中各种元件的布置，除了满足柜内各种元件的需求外，还要根据二次原理图预留好外引接线的端子。

3.3 控制回路的设计

高压开关柜一般有储能回路、合闸回路以及跳闸回路等三个控制回路，而其余的回路则都是围绕这三个回路进行展开的。其中，储能回路主要用于满足断路器合闸时所需的能量；合闸回路既可以用手动合闸，也可以用电动合闸；跳闸回路同样可以手动分闸，也可以电动分闸。此外还有在断路器故障状态下防止其再次合闸的防跳回路，可以采用综合保护装置的防跳、采用断路器的防跳以及采用防跳继电器等三种方式中的一种来实现防跳。

结语

安全问题是电力生产的重中之重，而保证安全的关键就在于预防。高压开关柜作为电力系统中极其重要的成套设备，其能否安全、可靠、经济和高效运行将会对配电网的供电可靠性造成最为直接的影响。因此，在高压开关柜的设计过程中，必须总结经验，依靠科学的设计手段，重视开关柜结构设计以及各电气元件的选型，特别要注意元件载流量以及绝缘距离的校核，只有这样才能设计制造出优质的高压开关柜产品。

[1]应丽华.10kV高压开关柜设计研究[J].机电信息，2012，30:137-138.

[2]李小松.浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会[J].电气开关，2003，5:11-13.

[3]李萍.KYN28高压开关柜设计问题探讨[J].电气制造，2010，8:31-33.

[4]朱国谦.浅谈高压开关柜的设计[J].电气传动自动化，2009，5:31-34.