10kV配电工程开关柜设计要点分析

唐梅生 莫绍肆 李贺支 卢胜 郭鹏

（广西贯鼎电气有限公司，广西北海 536000）

0.引言

由热继电器、熔断器、接触器等部件组成的传统开关柜主要应用于配电网电气控制中，由于结构存在弊端，统开关柜存在操作、维修及安全保障等方面问题。随着科技的飞速发展，传统开关柜逐渐无法满足现代电气系统的需求。当前的新型智能开关柜设备融合了多种新技术，其将数据传输和网络通讯等技术相结合应用于电力控制领域中，使配电开关柜变得智能化、操作简洁化，同时具备了自我保护功能。从配电开关柜配置安装至后期使用与维修，减少了人力工作量，并在减少人工操作故障可能性的同时，提高了电气系统运行的稳定性及安全性。

1.10kV配电开关柜概述

10kV配电开关柜结构主要由接触器、高压断路器、互感器、隔离开关等装置组成，形成相对应的调节、测量控制及保护功能，此部分为高压开关柜调节装置；有支持件、辅件以及连接件组成的部分则为高压开关柜的配电装置。根据我国电网分配及接收电能的标准，10kV高压开关柜通常采用复合绝缘材料作为绝缘介质。若不严格按照国家相关标准及客户需求满足高压开关柜绝缘性能，在后期生产使用中设备将会产生严重运行事故，进而导致危及相关工作人员人身安全的重大安全问题[1]。

高压开关柜的主要作用是将用户终端与发电站连接为一个整体，还包括与配电线及变电站的连接。较之于发电站或者变电站中其他精密仪器，高压开关柜系统的复杂程度并不高。与绝缘性能设计同理，在高压开关柜走线设计中同样需要严格遵循国家相关法律规定进行设计和配置，目前常见的走线方式有旁路母线法及单双电源两种方式，需要保障运行可靠性、经济性等。在设计方案中电力系统运行可靠性及稳定性是需要考虑的首要问题，系统运行稳定是电力配给供给的主要保障之一；其次，需要考虑电力系统运行相对应的经济效益，在当下大力践行环保理念的环境下，电力系统及高压开关柜的设计也应响应时代主题，以节约能源为主要目的，尽可能使电力系统在运行中产生较高的经济效益。

2.10kV配电开关柜设计

使用复合固体绝缘材料制作的配电开关柜具备了全密封性能和全绝缘性能，从而提高了电力系统运行的可靠性及能效；同时采用了嵌入式系统作为核心控制设备，使智能开关柜在硬件条件有限的情况下，实现本地控制、远程控制及其他智能功能[2]。10kV智能开关柜控制单元如图1所示。

图1 智能控制单元功能

2.1 馈线断路器开关柜

在馈线断路器开关柜设计中，笔者将以典型馈线断路器开关柜为例进行分析。此类型开关柜主要配置监测单元及智能保护控制配件，因此具备自我诊断、恢复以及自我监控等智能功能。其系统核心为智能控制装置及继电保护装置两部分，其内部测量元器件和故障检测元器件等智能电子设备，可通过RS485网络构成主要网络与监控中心连接，达到本地控制以及远程控制的目的。控制指令可由项目监控中心发出，通过网络传输至终端设备，进行远程协调工作，同时也可通过终端控制装置对设备进行手动控制。

2.2 10kV智能开关柜的结构设计

母线室、电缆室、低压室以及核心单元等模块是10kV智能开关柜的主要组成部分。核心单元包括传动系统、操作机构和传感器等部件对电缆室配对的电缆测试模块则需要选配。与传统电气系统中开关柜不同的是，新型开关柜中可使用3种操作机构。首先，智能开关柜操作机构具备快速分闸能力，可用于保护断路器，因此主要使用于变压器中，使其在电气系统于发生接地故障以及相间故障时，无须辅助电源便可解决此类故障；其次则是具备可配电动操作特性的操作机构，不具备快速分闸能力，但可使用于负荷开关中；再者为具备重合闸功能的操作机构，多数用于保护重载断路器以及电气线路当中。

论及智能开关柜主母线设计，则需要将设计重点至放在于额定电流的控制上。主母线规格参数属于设计前必要确认的数值。主母线额定电流的设计中，还需要在设计中注意主母线规格与分支母线规格的一致性，在通常情况下要确保分段柜、进线柜以及联络柜分支母线的规格以及其是否达到额定电流设计要求。

在高压真空断路器设计中，需要考虑电流故障发生时如何防止事故危害扩大，在通常情况下断路器主要在断开与接通回路电流中起作用。为防止事故危害进一步扩大，智能开关柜中断路器应配备继电保护装置，使其在故障发生时可迅速切断故障电流，协调配合保障电力可靠安全[3]。

2.3 10kV智能开关柜的电气设计

智能开关柜具有通信、远程控制，计量以及自我保护等功能，设计人员对其二次接线进行了优化设计，使传统开关柜接线工作简洁化，开关柜一次元件端子可直接与电流信号、断路器状态信号、电压以及出口控制信号进行连接。此类优化设计，大量减少了相应工作人员的工作量，提高了工作效率。

智能化开关柜电气设计使其具备了智能数据处理功能，与传统开关柜处理数据模式截然不同，设备采集的电流信号、接地故障、电压及断路器状态信号等数据可由智能化测控设备自动处理。在实现自主数据处理功能的同时，智能化装置还具备了智能限时、自主保护以及实时控制等功能，通过通信接口将相关数据实时上传至远程监控中心[4]。

3.10kV智能化开关柜的应用

在实际应用中，若开闭所内部发生故障，智能开关柜能够迅速切断进线开关，而当开闭所的下游发生故障时，本级开关柜可与上级智能开关柜协调配合，选择性切断出线开关，最大限度减小开闭所故障对整个配电网造成的危害。

另外，当用户配电所内部出现故障时，智能开关柜能够实现对进线开关的快速切断，而当配电所的下游有故障发生时（包含单相接地故障），智能开关柜可以选择性切断出线开关，有利于及时保护配电网的安全运行，同时避免用户侧故障造成的危害波及正常区域。

4.结语

采用了智能化电气设计、结构设计及馈线断路器设计的配电开关柜具备优秀的全绝缘和全密封性能，并且嵌入式操作机构的应用使配电开关柜具备了本地操作和远程监视操控等功能，使配电开关柜可实时传输重要信息数据，保障了系统运行稳定性。开关柜中通过优化设计操作机构及高压真空断路器，进一步提高系统运行的安全性，最大程度减少故障危害的扩大。开关柜设计人员应多总结经验，科学运用设计手段，提升产品的结构设计与制造水平，提高开关柜的运行效率和经济效益，不断制造出性能优质的高压开关柜。