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1、- 1 -高压成套开关设备的发展研究高压成套开关设备的发展研究摘要摘要 作者在总结了国内、外各种开关设备的基础上，根据多年的设计实践、运行经验，提出用固定柜代替手车柜的新思想。在此基础上设计出了 KGN8-12 型铠装固定式金属封闭开关设备，该产品型式试验和现场运行的情况良好。现把当初的设计原则和理念拿出来供社会同仁参考，共同切磋，共同进步。关键词关键词 开关柜 固定柜 手车柜1 1 引言引言随着真空开关免(少)维护的优点被广泛接受，过去针对少油断路器而设计的手车柜（中置柜）理应逐步退出这一领域，而用固定柜取而代之。令人遗憾的是：这一历史性的转变时至今日还没有到来。同时，由于手车柜安全性低（特
2、别是大电流柜），暴露的问题却日益明显。高压开关2005 年第 3 期“2004 年国家电网公司高压开关运行分析”充分说明开关柜存在的两大问题：绝缘事故(占所有事故的 14.3%,开关柜及断路器占其中 73.2%)。主要是柜内放电、CT 闪络和相间闪络。断路器与开关柜不匹配，绝缘尺寸不够，柜内隔板吸潮，爬距不足，老旧开关改造不彻底，未进行加强绝缘措施等原因造成。载流故障（占所有事故的 2.3%,开关柜占其中 77.8%）。主要集中在1240.5kV 中压开关设备上，触头过热，引线过热，常扩大为绝缘事故。主要是由于插头接触不良、插头偏心等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。出现上述情况的原因固然是多方
3、面的，但是最根本的原因还是国内、外没有开发出比较理想的固定柜，也就没有创造出替代手车柜的先决条件。2 2 对固定柜的要求对固定柜的要求- 2 -运行事故统计表明高压开关柜烧毁事故已呈上升的趋势,这又不得不引起我们的极大关注！这些问题国内、外有识之士并不是没有重视，这在 GB3906-20053.6kV40.5kV 交流金属封闭开关设备和控制设备中就已充分体现。首先在附录 F 中 F.1 条“与 GB3906-1991 相比，分类的变化”中明确指出：前版标准主要围绕可抽出式的空气绝缘外壳而编写的。现在的趋势朝着固定式和 GIS 方向发展，需要本标准代表这些设备。其次在 8.2 条“设计和结构选择
4、”中又次明确：固定式的总装，尤其是采用了少维护元件的总装可以提供终生低投入高收益的布置。固定柜才是未来发展的方向，这一原则性的问题虽已被广泛认可，但理想的固定柜的标准还没有一个共同的认识。本人根据多年的设计实践提出以下几点意见以供参考：在 630A5000A 范围内体积不应大于现有的各种柜型，否则小型化的趋势没有体现；各项指标不低于现有的各种柜型甚至更高，这是没有任何折扣的要求；操作要方便、省力，这是一个共性的要求；必要时检修要方便，否则就不具备代替手车柜的条件；外观的美观程度不能低于现有的各种柜型，这是现代人们的第一感觉，不容忽视；以空气做相间、和相对地绝缘，这是消除绝缘事故的最实用的方法；
5、断口可视、可测（温升），方便维护，这是预防事故发生的有效措施；4000A 以下最好不用强迫风冷，这是替代手车柜的最有利因素；- 3 -造价不高于现有的各种柜型，甚至在现有铜价的基础上，能节省20005000 元更好。没有这一条以上的所有条件都有可能被削弱其意义。成套开关设备作为一项传统技术实现一次这么大的飞跃确实困难，而且受到以下因素的影响使得固定柜没有形成市场的主导：在没有确定真空开关真正达到免维护的前提下还有必要使用可移开式结构；任何人都有惯性思维，当用真空开关取代少油开关时人们只是相应地把手车变小成为今天的中置式，容易被接受。3 3 现阶段国内、外固定柜的研发状态现阶段国内、外固定柜的研
6、发状态近年来国内、外各公司相继研发了一些固定柜，但都没达到一个理想的水平，与上述的九条要求相距甚远。这些产品虽然没有达到我们的理想，但却为后来者提供了很多可借鉴的经验。现把相对比较成熟的产品拿来进行比较、分析，并不是要否定那一型号的产品，更不是诋毁某个制造厂，而是放在一个公正的平台上进行客观的分析，讨论出一个正确的发展方向。由于作者的水平有限，对其它产品了解的深度有限，文中所述的观点与客观事实难免有些差异，还请大家批评指正。(1)XGN2-12(1)XGN2-12 箱型固定式金属封闭开关设备箱型固定式金属封闭开关设备( (见图见图 1)1)这是伴随 ZN28-12 型真空断路器替代少油式断路器
7、而相应开发的替代 GG1A型固定柜的产品，其设计理念还是 GG1A 的原形，目前市场用量很多。虽然有些厂家进行了很大的改进，但根本问题没有解决。主要问题如下：体积由 1200W*1200DX3200H 变成 1100WX1200DX2650H,占地面积没有多大变化,安装、运输同样也很困难；- 4 -图 1隔室间防护等级最高只能到 IP20（受旋转隔离限制），外观不够理想；隔离开关操作力太大，联锁机构的应变性差；不论分体式还是联体式断路器，拆、装都有一定困难；虽也有敷铝锌板柜体，但大多数还是冷轧板焊接后表面喷涂处理，预制、仓储、运输都是困难，非常不适合规模化流水作业；不论材料消耗还是工时成本都不
8、够经济，铜价上涨后这一问题更加突出。1250A 额定电流柜的分支母线用铜量达 5500 元之多；配一体式断路器时参数检测困难，配分体式断路器时因传动环节过多速度很难提高，直接影响短路电流开断能力；隔离开关因是双断口，扭距大，经常造成瓷套扭断的事故发生，发热量也很大。大电流时此问题更加突出；- 5 -不能靠墙安装，有局限性。电缆室排气通道没有考虑好，柜后(R)的通道不能保证人身安全。(2)DKG-12(2)DKG-12 型铠装固定式金属封闭开关设备型铠装固定式金属封闭开关设备( (见图见图 2)2)其设计理念还是 XGN2-12 的思想，把分立的元件想办法安装在柜内，加一外壳，与 XGN2-12
9、 相比只是更换个断路器。主要问题几乎与 XGN2 相同，而且电流互感器与断路器的安装、拆卸困难，电流互感器的检测也难。也没有考虑安装快速接地开关。图 2(3)DXG-12(3)DXG-12 型铠装固定式金属封闭开关设备型铠装固定式金属封闭开关设备( (见图见图 3)3)与 DKG-12 几乎完全相同,只是改变了一下隔离开关的型号、增加了一个泄压通道。(4)KGN6-12(4)KGN6-12 型铠装固定式金属封闭开关设备型铠装固定式金属封闭开关设备( (见图见图 4)4)因是三工位隔离开关操作力太大，联锁机构的应变性差；- 6 -断路器拆、装非常困难，参数检测也很困难；检修非常困难，更换一只互感
10、器都要把断路器拆下；不论材料消耗还是工时成本都不够经济，铜价上涨后此问题更加突出；不能靠墙安装，有局限性。大电流时不论经济上还是技术上都不具有优势。图 3- 7 -图 4(5)ZKS5-12(5)ZKS5-12 箱型固定式金属封闭开关设备箱型固定式金属封闭开关设备( (见图见图 5)5)隔离开关仍然使用 GN30-12 型和 GN19-12 型，大电流时操作力大，联锁机构的应变性差，程序锁在使用中比较烦琐；断路器拆、装非常困难，参数检测也很困难；隔室间防护等级最高只能 IP20（受旋转隔离限制）；不论材料消耗还是工时成本都不够经济，铜价上涨后问题更加突出；表面上看体积较小，但其柜后要留出 1m
11、 以上的维修空间，占用面积很大，更谈不到靠墙安装，局限性过大；大电流时柜体加大很多，小电流馈线柜也要加深否则无法并柜。工厂内装配都将困难；电缆室只能向后排气，柜后作巡视通道就无法保证人身安全，更谈不上IAC 级了。- 8 -电缆室与断路器室公用一个门,电缆有电不能进入断路器室，运行连续性只能达到 LSC2A 级；母线立放，峰值耐受电流很难保证。图 5 ZKS5-12 箱型固定式金属封闭开关设备- 9 -图 6 XGNS+-12 型小型化固定式开关设备(6)XGNS+-12(6)XGNS+-12 型小型化固定式开关设备型小型化固定式开关设备( (见图见图 6 6、图、图 7)7)功能隔室没有隔离
12、,检修不便外，最低级的运行的连续性都无法保证;没有排气通道，更谈不上 IAC 级了;用负荷开关代替隔离开关（见图 7），没有可见断口，经济和技术上都没有可取的价值。- 10 -图 7 XGNS+-12 型小型化固定式开关设备(装负荷开关)(7)XGN28-12(7)XGN28-12 箱型户内真空开关柜箱型户内真空开关柜( (见图见图 8)8)此型号柜供电单元和功能隔室都没有隔板隔离，按 GB3906-2005 标准衡量运行的连续性 LSC1 都不够。这只能在特定的场合使用，没有广泛推广的意义。- 11 -图 8 XGN28-12 箱型户内真空开关柜(8)ISOVAC-M-12kV(8)ISOV
13、AC-M-12kV 系列真空断路器系列真空断路器( (见图见图 9)9)该产品设计时吸纳了组合化的理念，但没考虑到以下问题：GB1985-2003 中 5.102 条规定：“为了安全，隔离开关的设计应使得从一侧的端子到另一侧的任意端子不会流过危险的泄漏电流”。使用的绝缘材料并不能绝对有效的防止污秽，安全也就没有保障；- 12 -LSC1 级的供电连续性都无法保证；安装、拆卸都要母线停电；没有设计滚动装置，安装、拆卸困难。图 9 ISOVAC-M-12kV 系列真空断路器(9)ASC-12(9)ASC-12 型铠装固定式金属封闭开关设备型铠装固定式金属封闭开关设备( (见图见图 10)10)-
14、13 -图 10 ASC-12 型铠装固定式金属封闭开关设备该型号产品这是我们最新收集到的固定柜信息。其基本思路与我们已很相近：元件侧装，相距统一，导电回路近似于直线，这都是可取之处。但其也存在以下问题：- 14 -受元件和柜体结构的限制，现只能达 1600A(未见报告)。此柜用 GN38-12D与 KGN6-12 柜用的隔离十分相似，后者 1250A 温升都比较难通过(动热稳定也困难)，3150A 就无法实现了。即使能实现变化也太大，与现有柜型也无法并柜使用，也就没法体现出固定柜的大电流优势；下隔离与接地开关没有组合，不能同时使用。方案选择时受到很大限制(下隔离与接地开关同时使用的情况最多)
15、；上隔离动、静触头全部在母线室，损坏(尤其动触头)后更换困难，而且不便观察；断路器完全固定式安装，上、下出线全部固定连接，又没设计滚球，安装和拆卸都不方便，没有从根本上解决固定柜的缺点；受上隔离开关的限制，母线室与断路器室间是绝缘板隔离，不能屏蔽电场，按新标准衡量是 PI 级；断路器更换灭弧室、参数检测不够便利；上、下隔离开关、接地开关的操作机构不在一处，其与断路器的联锁必然复杂。(10)KYN97-12(10)KYN97-12 型铠装移开式金属封闭开关设备型铠装移开式金属封闭开关设备( (见图见图 11)11)此柜为参考阿尔斯通(GECAlsthom)VISAX 柜的设计，其存在的问题如下：
16、断路器与两个隔离开关（断口）设计成一体，虽然导电回路只有 1200mm左右,但因导体太短，没有散热面积，热源又过于集中，温升就很难降低。此柜型只能作到 2500A 而且还要加风冷，这就不能形成全范围的系列化；隔离断口运行时不可见、不可视，安全性不够；- 15 -隔离断口一但熔焊，前、后方向都无法维修、更换，只能把相邻一侧的柜子全部移开才能检修。这一问题在西安某公司开发初期就已被同行提出，隐患较大；虽然主回路缩短一些，但因结构复杂，造价不但没降低还比常规产品高很多；具有短路关合能力的快速接地开关还没见设计出来；外形尺寸：650(800)W1410D2150H，优势不够明显(800 为 2500A)。此型号柜已通过试验几年，因上述问题至今没有推广成功。图 11 KYN97-12 型铠装移开式金属封闭开关设备(11)KYN67-12(11)KYN67-12 型铠装移开式金属封闭开关设备型铠装移开式金属封闭开关设备( (见
