12kV双层开关柜的设计

当前，由于随着经济的快速发展，土地已显得日益重要，在寸土万金的城市中，如果使变电设备的体积变小，则可以节省大量建筑投资，双层柜的使用等于一台柜包含两个回路，原来需要两台柜的面积，在保证供电要求的情况下，可以节省将近一半的土地和建筑面积，相比采用气体绝缘开关设备（C-GIS），其设备成本并没有增加，故使用双层柜的经济效益是可观的。国外双层柜的使用比较普遍，如欧美及日本等地区，甚至有些甚至一个柜体达到三个回路，进一步降低了成本。

       近年来，由于国内开关制造业迅速发展，部分厂家已开始生产双层柜，但由于柜体大小有限，结构设计和使用上还存在不足。双层柜的设计要求合理的布置元器件，以满足一次方案、满足绝缘的要求，同时要求方便安装、维修、具有较好的人机关系，但从保障人身安全来说，满足内部故障是最为主要的，国家标准规定，由于金属封闭开关设备本身的缺陷或异常的工作条件或误操作等原因造成外壳内部的故障，可能引燃内部电弧，当引燃内部电弧时，不应伤及人，同时，也不应影响相邻的金属封闭开关设备的运行，要采取必要的保护措施，保证人身安全。设置必要的泄压通道有利于保障人身安全，同时，在出现故障时，能够限制电弧的持续时间，减少损失。一般需要满足1s,25kA的内部故障要求。

国内产品主要结构形式见图一，是在国内技术比较成熟的中置式开关柜基础上设计的，采用小型化断路器手车，元器件与中置柜通用，该柜型采用手车分别布置在柜体前部的中下层，这样采用中置柜的转运手车，较为方便手车的进出、维修操作，两个回路仪表室一体，也可左右分割成两个仪表室，但相对来说，体积较小，元器件布置、接线显得拥挤。主母线也未能与同类型的其它柜体一致，如并柜还需要转接柜。为了实现双回路布置，该柜型并没有对下部结构及母线室进行防内部故障方面的设计，未设置任何压力释放通道，这样是很不安全的，万一下部手车室或下部电缆室出现内部故障燃弧，必然造成巨大破坏影响柜体其它部分导致事故进一步扩大。

图二是某公司产品，其主母线同其它开关柜位置一致，可以方便的和大电流开关柜、F-C柜等并柜，不需要其它转接柜，由于其主母线采用环氧树脂硫化涂敷工艺绝缘，故其相间及距地距离相当小，母线室也较国产柜型要小，同时，其手车采用最上、最下部布置，仪表室位于柜体中部，上下两个回路仪表室单独布置，不易造成接线错误，各功能隔室均采设有压力释放通道，压力释放通道位于柜体右侧，与接地开关操作机构在一侧，该柜型是按照0.1s 25kA内部故障要求设计，在柜宽840mm的开关柜里，压力释放通道横截面积一般在100mmX200mm左右，柜顶部压力释放板是采用不完全固定方式，一边通过螺栓固定，另一边螺栓固定在开有缺口的槽孔上，螺栓固定端开有一排长腰孔形成薄弱点，便于压力迅速上升时开启。而一般来说，0.1s是远远不够的，当出现故障时，能量在很短时间迅速聚集，一般在10ms时达到最大压力，在设备内部、后面、上面以及各面上造成大量热气的聚集，这些气体对操作者构成了主要威胁，同时，热量会烧穿钢制外壳。所以设备承受内部故障的持续时间应足够长，满足1s的试验是必要的。

该柜型的另一个不足之处是上部手车高度过高，必须通过升降车实现推进、拉出维修的操作，不是十分方便，同时手车过高，手车摇进摇出操作不方便，人机关系差。

图三是日本东芝公司设计的一款双层柜，上部手车室和电缆室均可通过顶盖板泄压，

下部手车室通过手车室下部连通于整排柜体的通道并最终通过边柜侧面泄压通道释放压力，母线室泄压通过一排柜体连接并通过边柜侧面泄压通道释放压力，该柜体可以满足0.2s 40kA的内部燃弧故障要求，但该柜体有以下几点不满足国内用户的要求：

首先， 国家对高压开关柜间（或隔式间）的隔离有如下规定，金属封闭式高压开关柜必须有防止因本柜组件故障殃及相邻高压开关柜的措施；也就是说， 母线室必须通过隔板分隔，避免由于本柜故障影响相邻柜体，造成火烧联营的事故。

其次，上下两个回路的电缆室应该分隔，作为两个回路，要满足分别检修的要求，而不分隔，不利于检修；

第三，仪表及二次接线布置于柜体两侧，手车室设有下翻式门，即可使一次回路完全分离，又可作为手车进出的导轨，但手车进出会对仪表造成不便，国内用户难以接受。

第四，接地开关装于电流互感器之前，从计量保护的角度来说，不能满足当前较多使用的微机保护要求。

图四是综合考虑以上因素设计的双层柜，该柜的一大特点就是保证了每个隔室均有独立的压力释放通道，即在一排柜的情况下，手车室下部、电缆室下部、母线室后部均相连通为压力释放通道，在边柜通过两侧泄压盖板释放能量，但设计时，应保证不要在底板上布置过多的元件，同时手车的前部底板也需留有空间泄压。该柜上部手车相对位置并不高，仅为1200mm左右，方便操作及现场观察、维护，同时，上部接地开关通过拐臂形式操作，操作位置也较低。主母线位置与其它柜型基本一致，可以保证不需要转接柜实现主母排连接，仪表室分别位于两个手车室的上部，保证了元件布置布线的相对独立性。该柜型的不足有几点：

1.   设计一次方案时应考虑保证

相同柜型柜体相邻并在一边，保证下部泄压通道连续并通过边柜侧板泄压。

2.下部泄压通道，进一步减少了柜体其它元件的空间，同时仪表室也进一步减少，如二次元件较多，需要加高柜体来满足要求。

 

以上只是对双层柜设计的简单分析，需要根据所配断路器大小、母线结构等具体设计，但重要一点是必须保证满足内部故障要求、保障人身安全。