中压开关设备走出去的问题和解决方案

1.     引言

随着国内产品走出去及一带一路建设的展开，越来越多的中国开关柜也在积极参加国际市场的竞争，然而由于缺乏对国外需求的理解和经验，只有一些大型企业可以真正走出去，扩大市场份额。首先产品标准、参数等要满足客户的要求，其次国外客户对产品的安全性要求更高。必须全面的理解需求，才能站稳市场走出去。

2.   参数及标准

2.1. 除北美地区，世界绝大多数国家都接受IEC 标准的产品，由于GB标准等同IEC标准，因此很多国家也接受GB标准的产品。

2.2. 参数要求

IEC 地区电压等级按照IEC622171-1 表1规定，同样拉美等地区采用表2规定4.76、8.25、15、27kV等电压等级。 表1 所列为常用电压及绝缘配合要求，标准中还有其他绝缘要求，需要核对客户技术条件。

这些电压等级额定值虽然小于GB 12KV，但雷电冲击耐受电压却高于GB 标准，因此必须提高开关柜整体绝缘水平来满足要求。 虽然IEC60071根据产品冲击耐受电压定义了裸露导体的空气静距，以及IEC60815定义了产品在不同污秽情况下绝缘子的最小爬电比距，但IEC产品更加关注的是产品的型式试验，以试验报告作为依据，而不是过分纠结于静距、爬距等要求，且热缩套管可以作为缩小相间距离的材料，根据RAYCHEM等厂家定义的指导距离即可通过试验满足产品要求。

表1  IEC常用电压及绝缘水平

额定电压 kV （有效值）	额定工频耐受电压kV（有效值）		额定雷电冲击耐受电压kV （峰值）
	通用值	隔离断口	通用值	隔离断口
4.76	19	21	60	66
8.25	36	40	95	105
12	28	32	75	85
15	36	40	95	105
17.5	38	45	95	110
24	50	60	125	145
25.8	60	66	125	138
27	60	66	125	138
36	70	80	170	195
38	95	105	200	220

拉美等国家采用60Hz, 根据IEC62271-1 及STL 导则， 50Hz 断路器不能直接用于60Hz 系统中，必须通过试验验证，温升等通过计算试验结果等可以证明在60Hz系统中可以使用 。

表2  50&60Hz断路器和开关柜试验频率要求

试验项目	试验频率要求	备注
T10,T30	50Hz 或60Hz
T60,T100s, T100a	50Hz 和 60Hz	两个频率都要做
单相接地/异相接地	50Hz 或60Hz
容性试验	60Hz
电寿命试验	50Hz 或60Hz	T100s峰值电流2.6倍
温升试验	60Hz	50Hz试验需要有5%的裕度
动热稳定试验	50Hz 或60Hz	50Hz试验时动稳定峰值电流是热稳定的2.6倍

同时对断路器开断的TRV也需要注意，有些电压额定电压低但TRV比GB标准高，需要对标准解读 。 由于国内大多数是中性点不接地系统，因此当产品用于中性点直接接地系统中时，还需要单相接地及开断试验程序中接地系统试验。

2.3. 型式试验 一般要求产品具有KEMA、IPH等国际短路联盟试验室的型式试验，随着ASTA、 TUV等试验认证机构在国内业务的扩展，一些国外客户也接受他们的试验报告。 通过在第三方试验室的试验见证，ASTA、TUV等出具符合国际标准要求的型式试验报告，可以大大的节省试验及相关物流、人员等费用。 对于非洲等国家，具有CNAS符合ISO17025标准的中国试验室型式试验报告也越来越被接受。

3.   安全要求

3.1. 安全联锁

国外客户对安全要求比较高，除常规的国内要求的五防机械联锁外，挂锁及工业安全钥匙锁具也是必须配备的。

对 于中置柜，出于安全考虑，客户要求必须关门操作断路器及接地开关，因此关门操作机械联锁必须配置。 未避免手去开启高压触头活门，必须有机械联锁保证只有通过断路器等功能手车来开启活门。

挂锁主要是断路器摇进孔盖板，接地开关操作孔盖板，高压室门等都要求可以安装锁杆直径8mm安全挂锁，以保证安装维修时加标锁定的要求。

安全联锁技术可以确保人员只能在预先设定好的程序下操作危险的机器设备。 只有在安全允许的条件下才能进行下一步操作，从而最大程度的确保人员和机器的安全。 还会采用钥匙盒用一把或几把钥匙来交换多把其他钥匙，保证了开关柜柜体本身以及柜与柜之间、开关柜高低压侧与变压器隔室门之间的所有逻辑，通过使用机械钥匙交换的方式来实现电厂安全管理的要求,正确操作电气设备，同时保证机械联锁装置的机械逻辑交换器留有可扩展空间，可以实现新增电气设备和原系统电气设备的联锁，实现整个系统的“五防”。

开关柜的接地开关和断路器钥匙锁要求如图1、表3要求。 图2是开关柜钥匙联锁系统示例，两路进线及母联断路器及相应的接地开关之间需要满足条件，并通过钥匙交换盒换取指定的钥匙，执行相应的操作。

通常要求采用国际知名工业锁具如FORTRESS, CASTELL等品牌锁具。

表3 开关柜断路器和接地开关钥匙锁要求                  

钥匙锁系统描述	钥匙状态
功能手车在工作位置的闭锁	只有当手车在试验位置钥匙才可以拔出
	手车在工作位置时钥匙不能转动到拔出位
功能手车在工作位置的闭锁	只有当手车在工作位置钥匙才可以拔出
	手车在试验位置时钥匙不能转动到拔出位
接地开关合闸位置闭锁	只有当接地开关在分闸位置钥匙才可以拔出
	接地开关在合闸位置时钥匙不能转动到拔出位
接地开关分闸位置闭锁	只有当接地开关在合闸位置钥匙才可以拔出
	接地开关在分闸位置时钥匙不能转动到拔出位

 

图1  开关柜钥匙联锁

 

       图2  系统钥匙联锁示意图

3.2. 内部故障防护等级

开关柜必须具有防内部故障等级，一般要求是A FLR ,与产品开断电流一致，时间是1s。 同时有些项目受开关室高度等影响，需要避免由于火焰到达屋顶后反弹造成人员伤害，有些客户要求无火灾或带火物体喷出来，需要通过专用的压力释放通道，将内部故障产生的压力、电弧等释放到户外，图3所示带有压力释放通道的开关柜； 或者采用大量陶瓷填充物制作的电弧吸收器，过滤火灾及气流，最大限度减少对人员的伤害。

图3  装有压力释放通道的开关设备

出于安全考虑，弧光保护装置也是很多客户的要求，需要将光传感器安装于三个高压隔室，弧光保护继电器通过逻辑控制对应的断路器实现当内部故障发生时，可以快速地切断电源，减少损失。 典型的弧光保护继电器如UTU-Falcon等。

3.3. 使用环境要求

对于中东地区由于环境温度较高，开关柜有时需要满足环境温度50度的要求，这种使用环境下，不是简单的降容使用就可以，过高的温度对机构弹簧、润滑油、橡胶密封件等都会有影响，需要进行必要的试验保证使用。

对于拉美等地震频繁的国家，抗地震等级要求较高，需要比较我国地震标准与客户要求地震标准等级要求，必要时需要试验验证。

图4  典型地震反应频谱

 

4.   使用习惯

对于一次系统设计，国外产品要求更加紧凑，典型方案如图5所示，进线柜05/09需要接地开关和电压互感器用于电缆接地及输入电压测量或提供操作电源，而每段母线都需要接地开关和电压互感器用于母线检修接地和母线电压测量，图中左边一段母线接地开关和电压互感器安装于提升柜06中，另外一段则单独设置电压互感器接地开关柜09。也有更加紧凑的设计要求即母线接地开关或电压互感器安装在出线柜顶部，如图6所示，这样可以减少一台开关柜。

图5  国外典型项目一次方案图

图6  带母线接地开关柜布置图

国外很多项目是预装式变电站 (E-House) 项目，开关柜安装于独立的户外箱内，开关柜的紧凑十分重要，对于操作维护的空间也很小，有些需要柜前安装、更换元器件，因此需要考虑柜前安装方便。

国外客户操作力量都比较大，机械联锁设计必须要有足够的强度，否则很容易被破坏造成联锁失效。例如中置式断路器手车的摇进，如果在合闸状态，断路器在工作位置不能被摇出，通过顶板锁住摇进丝杠实现，但如果操作力矩大于50甚至60N.m就很有可能破坏顶板，摇出断路器。

采用主动、可视化、程序化联锁可以有效避免误操作，造成联锁破坏。即如挡住接地开关的操作孔，即操作手柄不能与操作轴咬合，就无法造成误操作。

5.    标识及标志

开关柜需要有明显的标识保证客户安全及正确操作，一般分危险、警告、注意、说明等标识。 标志须按照客户要求或相关的ISO 3864等标准规定制作，如高压危险等。

图7  高压危险标识示例

应减少过多的操作说明类标识，内容言简意赅，强调特别需要注意的内容，如上面断路器手车摇进操作力过大破坏，可以在摇孔处加上“操作力矩≤25N.m”的标识。

6.结语

中国正成为世界输配电产品的领先者，很多跨国公司也把中国作为配电产品的全球研发中心，不断地为世界各地满足不同标准的地区设计产品。而本土企业完全可以借鉴这些跨国公司产品研发的经验，真正理解客户的需求，设计出口满足，本文只是对一次系统及结构进行介绍，同样具体工程还有很多关于控制、保护及二次接线等方面的具体要求，需要仔细阅读客户技术条件等资料，做出正确的产品。也可参考一些跨国公司国外产品的样本资料作为设计参考。

参考文献：

【1】. IEC62271-1:2017 The common specification for high voltage switchgear and control gear standards

【2】. IEC62271-200: 2011 AC Metal enclosed switchgear and control gear for rated voltages above 1kV and up to 52kV

【3】. IEC62271-100: 2017 High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Alternating-current circuit-breakers

【4】. GUIDE TO THE INTERPRETATION OF IEC 62271–100: Edition 2.1 2012-09 & Corrigendum 1 2012-12 HIGH-VOLTAGE SWITCHGEAR AND CONTROLGEAR Part 100: HIGH-VOLTAGE ALTERNATING-CURRENT CIRCUIT-BREAKERS