張養(yǎng)庫(kù)，古王榮，孫曉丁，屈文剛

一種新型12 kV交流固體絕緣開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張養(yǎng)庫(kù)，古王榮，孫曉丁，屈文剛

（西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710018）

12 kV交流開關(guān)柜設(shè)備在中國(guó)中壓配網(wǎng)領(lǐng)域中被大量應(yīng)用，廣泛分布于各個(gè)街道和小區(qū)，產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性和千家萬(wàn)戶的生活密切相關(guān)。為此，開發(fā)了一種固體絕緣型的開關(guān)柜，不僅使產(chǎn)品可靠性大幅提高，并且應(yīng)用場(chǎng)合更加廣泛。

開關(guān)柜；斷路器；三工位；固體絕緣

1 引言

KGNG1-12型固體絕緣開關(guān)柜作為一種新型的12 kV高端智能配網(wǎng)產(chǎn)品，具有非常高的可靠性，該產(chǎn)品不僅可以滿足常規(guī)使用條件，并且適用于各種嚴(yán)酷環(huán)境。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該智能緊湊金屬封閉開關(guān)設(shè)備屬于小型化鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備，可以有效節(jié)省占地面積及空間，從而降低用戶的綜合土建成本。產(chǎn)品規(guī)格系列齊全，電氣參數(shù)可達(dá)4 000 A/40 kA，完全滿足用戶的各種需求。開關(guān)柜采用全金屬全絕緣結(jié)構(gòu)，內(nèi)部配置集成一體化開關(guān)和全絕緣母線，三相獨(dú)立結(jié)構(gòu)，整柜無(wú)外露導(dǎo)體，且所有絕緣表面均屏蔽接地，適合復(fù)雜工況的運(yùn)行環(huán)境。KGNG1-12開關(guān)柜外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

A—低壓室；B—斷路器室；C—電纜室；D—母線室；1—母線轉(zhuǎn)接頭；2—斷口觀察窗；3—斷路器/三工位；4—下分支母線；5—電流互感器；6—電纜；7—電壓互感器；8—泄壓板；9—隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)；10—斷路器機(jī)構(gòu)；11—避雷器。

3 主要參數(shù)

KGNG1-12固體絕緣型開關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 KGNG1-12開關(guān)柜的主要技術(shù)參數(shù)

額定頻率fr/Hz50 額定電壓Ur/kV12 額定電流Ir /A1 250、1 600、2 000、2 500、3 150、4 000 額定1 min短時(shí)工頻耐受電壓斷口/對(duì)地/kV42/48 額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）斷口/對(duì)地/kV95/110 局部放電水平1.1×Ur/pC< 10 額定短路開斷電流Isc/kA25 31.5 40 額定峰值耐受電流Ip/kA63 80 100 額定短時(shí)耐受電流Ik/（kA·4 s）25 31.5 40 開關(guān)柜寬度1 250 A/31.5 kA 500 mm 1 600～4 000 A/31.5～40 kA 700 mm

4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在斷路器、三工位及導(dǎo)體表面涂覆一層環(huán)氧樹脂材料，其中填充改性納米級(jí)絕緣材料，不僅提高了絕緣性能，并且具有高熱傳導(dǎo)性能，可循環(huán)利用。澆注完成后表面噴涂一層新型高散熱、高導(dǎo)電新型石墨烯納米材料并接地，使電場(chǎng)分布更加均勻合理。不僅解決了導(dǎo)體絕緣和快速散熱問(wèn)題，也使絕緣表面具有良好的接地性能，杜絕了相間短路故障的可能性。斷路器表面接地結(jié)構(gòu)如圖2所示。

全絕緣母線采用優(yōu)質(zhì)銅材管型母線，在所有搭接處均有防止電場(chǎng)集中和局部放電的措施，且絕緣母線表面也均勻接地，有效防止了因環(huán)境因素造成相間放電或相間短路故障。

主要部件和連接導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，合理地配置元件，使開關(guān)柜的整體構(gòu)布置合理化。加工時(shí)，分別澆注成型，進(jìn)行密封連接，從而實(shí)現(xiàn)了固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜整體結(jié)構(gòu)的小型化。

圖2 斷路器表面接地結(jié)構(gòu)示意圖

5 主要元件

5.1 斷路器/三工位

斷路器和三工位集成一體化設(shè)計(jì)，滅弧室采用真空斷路器，三工位隔離開關(guān)和真空斷路器一次澆注而成，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP67。斷路器/三工位結(jié)構(gòu)如圖3所示。電場(chǎng)仿真結(jié)果如圖4所示。

圖3 斷路器/三工位結(jié)構(gòu)圖

圖4 電場(chǎng)仿真結(jié)果

三工位的隔離、接地開關(guān)一體設(shè)計(jì)，操作主軸采用絲桿結(jié)構(gòu)，操作位置精準(zhǔn)可靠，壽命長(zhǎng)，隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭聯(lián)接安全可靠，動(dòng)靜觸頭開距長(zhǎng)，保證開關(guān)的絕緣性能高。產(chǎn)品具有三個(gè)工作狀態(tài)，相互機(jī)械閉鎖，不會(huì)造成誤操作。為保證檢修維護(hù)人員安全，可通過(guò)觀察窗觀察隔室內(nèi)隔離接地開關(guān)所處位置。三工位開關(guān)位置指示如圖5所示。

5.2 連接母線

開關(guān)柜可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行并柜，柜體之間采用全屏蔽管型母線進(jìn)行連接，上端母線通過(guò)母線室連接，提升柜轉(zhuǎn)接母線通過(guò)電纜室進(jìn)行轉(zhuǎn)接。上部母線連接如圖6所示。下部母線連接如圖7所示。

圖7 下部母線連接示意圖

5.3 模塊防水

模塊間采用可靠的密封搭接防水設(shè)計(jì)，即使把斷路器/三工位模塊放置在水中，仍可通過(guò)48 kV工頻耐壓試驗(yàn)。斷路器/三工位浸水試驗(yàn)如圖8所示。

圖8 斷路器/三工位浸水試驗(yàn)

采用全屏蔽型電纜接頭，阻止空氣中的水分進(jìn)入導(dǎo)體，提高產(chǎn)品可靠性。

全屏蔽型電纜頭結(jié)構(gòu)如圖9所示。

導(dǎo)電回路采用絕緣介質(zhì)包裹，加上可靠的密封搭接設(shè)計(jì)，使得設(shè)備主要元件和連接件具有很高的防水性能，產(chǎn)品可在沿海、海上風(fēng)電等潮濕環(huán)境中可靠運(yùn)行。

導(dǎo)體不和空氣直接接觸，并且表面屏蔽接地，所以外絕緣不受空氣密度影響，產(chǎn)品運(yùn)行就不會(huì)受高海拔高度影響，能在高海拔地區(qū)可靠運(yùn)行。

5.4 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

如圖10所示，通過(guò)裝配特定傳感器，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部模塊的溫度、局部放電量、機(jī)械特性等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并可在如圖11所示的手機(jī)APP或運(yùn)行平臺(tái)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專家診斷，實(shí)時(shí)掌握開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)把發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題消滅在初始狀態(tài)，保證產(chǎn)品生命周期內(nèi)的可靠性。

①—630 A接頭；②—導(dǎo)電桿；③—雙頭螺栓；④—屏蔽型避雷器；⑤—螺母；⑥—平墊；⑦—彈墊；⑧—后堵蓋；⑨—后護(hù)帽；⑩—接地線。

圖10 物聯(lián)網(wǎng)智能開關(guān)設(shè)備

圖11 平臺(tái)監(jiān)控

6 綜述

綜上所述，該新型開關(guān)柜的開發(fā)與應(yīng)用，有利于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)建設(shè)和改造。該產(chǎn)品有比較高的性價(jià)比，為中國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)提供了方便。

［1］徐國(guó)政，張節(jié)容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000.

［2］林辛.現(xiàn)代高壓電器技術(shù)［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］西安高壓電器研究院有限責(zé)任公司，上海天靈開關(guān)廠有限公司，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，等.GB/T 3906—2020 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

［4］IEC/SC17C.IEC 62271—200—2003 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第200部分：額定電壓1 kV以上52 kV以下交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］.出版社不詳，2003.

TM643

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.020

2095－6835（2021）08－0057－03

古王榮（1975—），男，碩士，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦邏弘娖髟O(shè)計(jì)。

〔編輯：丁琳〕