40.5kV空气绝缘开关柜设计

1.  温升性能          

众所周知，开关柜内部温度过高、湿度过大会加剧绝缘老化。因此40.5kV开关柜更应加强导电回路的质量，加大导体通流裕度，合理设计通风，避免温升超标。40.5kV开关柜的母线有矩形母线、管型母线和D型母线等。由于加工简单，连接方便，多数厂家采用扁形母线。根据上面分析管型母线在冲击电压下具有较低的电场强度，载流量同样由于矩形母线，矩形母线受到集肤效应、邻近效应影响，相同截面的矩形母线比管型母线承载电流要小，2000及以上大电流就需要多片矩形母线，而采用圆管型母线则只需要一根就可以满足3150A的要求，而且温升裕度较大。管形母线的连接可以采用抱箍形式或半圆接头、压扁接头等进 行 连接，通过先进制造工艺，一次触头直连等方式使圆管型母线成为40.5kV开关柜最为适合的母线形式。有些厂家主母线采用双 D型母线，分支母线采用扁母线，主母线额定电流可以做到3150A，分支母线可以做到 2500A，通过强制风冷分支母线也可达到 3150A。          

梅花触头是关键，应在设计时保证动、静触头的对中性，挂壁式导轨可减少由于安装基础不平造成的开关柜变形，使梅花触头接触良好，中置式还可以充分利用下部空间通风，压力差有利于形成烟冲效应，把断路器及触头部分发热带出去。          

2. 机械操作友好性          

随着钣金制造工艺水平提高，拼装式柜体已取代焊接式结构，拼装式具有外观漂亮、配合精度高、易于扩展、适于批量生产等优点； 40.5kV 开关设备的柜体要具有足够的强度，通过     2mm 钢板多重折弯，准确拼接可以满足强度要求。早期 40.5kV 断路器体积、重量都比较大，采用中置式结构搬运困难，需要转运手车。落地式可以方便手车进出、维修，但容易出现地平问题，故有些厂家采用两套滚轮装置，抽出后在地面采用大滚轮运动，而在柜体内部通过小滚轮在挂壁式导柜内移动实现试验、工作位置的切换，这样做既方便了进出、检修，又避免了地面不平的影响。由于技术的进步，真空灭弧室小型化、极柱固封、操动机构模块化等新技术， 40.5kV 断路器尺寸已明显减小，重量也由落地式 400kg 降到新型中置式的 250kg ，实现断路器轻松的柜内进出，和在转运手车上方便移动。             

3. 工程一次结构设计        

配电工程项目中需要进线、压变、出线、母联、所用变等一次方案，型式试验仅对标准出线柜进行试验，而有些项目客户要求指定元器件、指定系统一次方案等，设计过程种往往忽略了绝缘、通风散热等设计，产品未经过试验验证，绝缘、温升等性能可能存在问题，造成安全隐患，如所用变柜，典型设计布置如图5所示，方案①是变压器安装在手车上，方便检修、维护，变压器体积重量都比较大，需要选择小型化的变压器才能放置在手车上，变压器过小对于绝缘、温升都是巨大挑战，曾发生过梅雨季节温度高湿度大、用电负荷激增，变压器发生相间绝缘击穿，引发内部电弧故障停电的事故；变压器发热也会累积到上部高压熔断器筒型触臂，造成温度过高绝缘筒软化，导致事故；另外变压器过重，手车安装重心高，推进拉出困难，还会造成倾倒事故。 方案②采用熔断器手车、变压器固定安装方式，拉出手车后形成隔离断口可以检修变压器，变压器的高度受到后部电缆室限制；方案③采用后部隔离开关、变压器放在柜前形式，隔离开关分闸后，验电挂地线后可以维护变压器，可以选用容量达35kV 80kVA较 大的变压器，而且通风良好。 产品设计尽量减少一次元器件暴露、或非标绝缘罩板等设计，如电压互感器手车，采用带熔断器一体化电压互感器，尺寸小，重量轻，没有裸露带电元件，最大限度减少产品绝缘问题，如图6所示。40,5kV开关柜，应尽量完善标准化方案设计，母联等方案的设计需要按照型式试验标准柜的设计准则进行设计，设计方案应满足客户常规要求，同时需要安全、可靠，方案需要按照GB/T38658《交流金属封闭开关设备和控制设备型式试验有效性的延伸导则》进行主要性能指标与型式试验产品的一致性的检查。另一方面，客户也需要尽量采用标准化方案。40.5kV空气绝缘开关柜是高电压产品，不能随意按照12kV的应用习惯进行方案设计，忽略长期运行的安全性风险。          

方案 ①                    方案 ②                   方案 ③          

图5 典型40.5kV所用变柜布置        

图6 电压互感器柜        

1. 4.     结语          

2. 40.5kV空气绝缘开关柜作为一个市场广阔，质量、性能要求相对较高的产品，可靠性问题绝不单是绝缘件问题，也是整体母线、通风、结构等设计的问题。需要有充分的技术、分析作支持，优化产品设计、材料选 择、质量 控制，做到产品即小又可靠，真正满足用户要求。1200mm宽的开关柜不是一定不好，通过优化电场、均压屏蔽合理的绝缘件设计、圆管型母线、体积小重量轻中置式固封断路器、合理的通风、结构设计，工程应用方案标准化、可靠性设计，实现产品性能的一致性，小型化40.5kV空气绝缘开关柜也可以可靠长期运行，即节省了材料使用，又节省了安装空间、建筑成本。