高低压成套开关柜电气设计现状及发展

曹乃鹏 张雷

摘要：目前，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，使得工业发展得到了很大的提高。与此同时，在工业生产当中，对电气设备的使用也日益增多。对于工业生产而言，高低压成套开关柜在实际应用中发挥了巨大的作用。所以，需要对高低压成套开关柜设备进行相关的分析，以此才能够更好的促进电气水平的提升。基于此，文章就高低压成套开关柜电气设计现状分析及智能化发展方向进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴。

关键词：高低压成套开关柜；电气设计；智能化

引言

国家标准GB/T11022、GB7251.1等明确规定了高低压开关柜电气性能的检验项目，包括例行检验项目和全面型式检验。其中，例行检验主要是检验开关柜在制造过程中材料、元器件、结构以及工艺等是否符合设计要求，是否会对产品的可靠性与性能产生影响；型式检验主要是检验开关柜的性能与额定值是否达到国家标准，是否符合设计要求，但部分型式检验会对产品的可靠性与性能产生影响。高低压开关柜的电气性能直接影响着其正常运行，因此，国家标准不断对电气性能要求进行完善，本文将探讨高低压开关柜的绝缘性能、短路性能以及温升等检验项目。

1绝缘性能检验

无论高压还是低压开关设备的技术标准，都将介电性能（绝缘水平）作为电气性能要求的首要指标，是产品型式检验和例行检验必做项目。为了验证产品不仅能够长期在规定的正常工作条件下承载额定电压正常工作，还要能够在一定时间内承受在非正常工况下施加在产品上的过电压并保持绝缘水平不被破坏。国家标准规定的工频耐压试验电压值及施加电压时间可以考核验证被试产品相间和相对地间及断口间的绝缘水平，同时还等效考核验证在实际运行时承受例如操作过电压、长期通电发热导致的绝缘下降、绝缘件表面被水汽和尘埃侵蚀导致的绝缘下降等情况下所具备的绝缘性能水平，是型式检验和例行检验必做项目。国家標准中规定的冲击耐压试验主要是考核验证产品处于规定的安装类别条件下应能够承受的由于雷击或操作过电压产生的脉冲型高电压，冲击耐压试验因试验设备、试验条件等因素制约只被列为型式检验项目。从国家标准修订变化的结果可以看出，考核绝缘水平的耐受电压值越来越高，例如在GB/T11022—1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中对于额定电压7.2kV产品绝缘水平的规定，额定短时工频耐受电压为：通用值23kV、隔离断口28kV；额定雷电冲击耐受电压为：通用值40kV或60kV可选、隔离断口46kV或70kV可选。而GB/T11022—2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中将额定短时工频耐受电压提高至：通用值30kV、隔离断口34kV；并且删除了额定雷电冲击耐受电压的较低值，不再考虑受快波前和缓波前过电压作用的程度、系统中性点接地的方式和过电压限制装置的型式等因素，统一采用通用值60kV、隔离断口70kV考核。这是因为电力系统中除操作过电压外，谐振过电压的影响日益严重，过电压幅值越来越高，类型也较为复杂，通常有线性谐振过电压、铁磁谐振过电压、参数谐振过电压等，同时还需考虑中性点接地方式。综合目前常用的各类高低压开关柜在保障绝缘水平方面采取的措施可以看出，无论是哪种型号类型的高低压开关柜，都通过结构设计来加大电气间隙、增加爬电距离、提高绝缘水平来满足工频耐压试验和雷电冲击耐压试验的要求。有些高压开关柜还运用了绝缘固封技术达到提高绝缘水平，满足工频耐压试验和雷电冲击耐压试验要求的目的。此外在试验前还需注意要将高低压开关柜内部的过电压保护装置接线端子拆除断开过电压保护线路，才能够升至标准规定的试验电压值。因为高低压开关柜内部的过电压保护装置大多是通过压敏电阻的原理来实现的，在试验电压尚未达到规定值就会动作。

2.开关柜电气设计现状分析

2.1高低压开关柜的母线

对于高低压开关柜来说，母线的设计是非常重要的。在设计母线的过程之中，对电压与电流的限定控制是重要的条件。一般情况下，在设计图纸当中，会有两种方式存在：一是对主线的限定电流值与电压值进行明确；二是对母线的格式进行直接检测，并依据相关协议对用户进行额定值以及格式的沟通，依据用户的实际需求来做好母线的设计，对设计方案应当严格执行，从而使得母线的电流值、电压值以及格式裕度充足。

2.2高低压开关柜中真空断路器的设计

在高低压成套开关柜当中，断路器的作用相当于开关器件。并且在高低压开关柜正常运行的过程当中，断路器可以对断开回路的负荷电流做好接收。如果有问题出现的话，断路器就能够与继电保护装置之间形成一种协作，及时将电流断开，以免造成更大的故障，从而对电气回路加以控制。

2.3高低压开关柜中控制回路的设计

对高低压开关柜的设计当中，一般有合闸、储能以及跳闸三种常见的控制回路，其余的则都是在这些回路当中进行的。在储能回路当中，与断路器合闸时所需要的电力能源相符合是其重要的作用；在合闸回路当中，不仅可以手动来进行合闸，还能够采用电动的方式来进行合闸。

3.开关柜智能化的未来发展趋势

3.1温升检验

温升检验也是必不可少的检验项目，该试验主要是考核并验证在长期承受额定电流工作情况下，产品规定部位的温升情况，是否满足标准规定的温升极限，同时检验产品铁磁与载流部件损耗产生的发热是否损坏载流部件或相邻部件、是否会使产品绝缘水平降低、是否会对产品性能产生影响。高低压开关柜长时间进行额定电流工作会出现温升，在温升过程中会产生一定的热量，虽然这是一个相对较缓慢的影响过程，然而若开关柜的温升超出了允许值，则会加快绝缘件的老化速度，导致产品的绝缘水平快速下降，提前降至正常耐受值之下，存在重大隐患。开关柜的结构、载流部件连接以及主电路界面等是温升的主要影响因素，基于开关柜结构、主电路载流界面定型，以及内部元部件的温升达到标准规定，只需要通过型式试验对开关柜整机的温升进行检验，判断其是否达到标准规定。

3.2智能化开关柜的模块化发展

在智能化开关柜当中，其模块化发展趋势，不仅能够使得高低压开关柜的生产组织模式得到改进，还能够对现代化的流水作业方式进行优化，从而使得生产成本大大降低，促进企业生产效率的提升，使得各种资源能够得到优化配置。而所谓的模块化，即就是与实际的智能化开关柜应用情况与性能需求相结合，从而实现其模块的优化设计，使得不同用户的需求都能够得到满足。这一发展趋势，对于智能化开关柜的生产来说，具有非常大的推动作用。

3.3短路性能检验

短路性能检验包括额定短路接通开断能力和额定短时耐受电流能力试验，目的在于验证当电力系统中出现短路或较大过载等非正常情况时，高低压开关柜能够接通，在规定时间内承载和断开故障电流的能力。其中接通和断开操作主要由断路器等内部元件执行并完成，文中仅分析直接影响高低压开关柜整体性能的额定短时耐受电流能力指标，即开关柜应能够耐受不超过额定值的短路电流所产生的焦耳热以及由此产生的热应力和电动应力。

结语：

总而言之，在当前我国的电力行业当中，用户对于高低压开关柜的要求在不断的提高。所以，在实际的设计过程中，需要立足于实际情况，落实每一环节的设计工作，并进行优化设计，从而使得开关柜得到更好地发展。

参考文献：

[1]杨红菊.智能化高压开关柜技术研究[J].通讯世界，2016，01：148.

[2]成洋.智能化变电站高压开关柜在线监测技术研究[J].自动化与仪器仪表，2016，09：108-109.

[3]李快社，董青青.开关柜的智能化技术研究[J].自动化与仪器仪表，2016，10：54-55+58.