唐梅生 莫紹肆 李賀支 盧勝 郭鵬

（廣西貫鼎電氣有限公司，廣西北海 536000）

0.引言

由熱繼電器、熔斷器、接觸器等部件組成的傳統(tǒng)開關(guān)柜主要應(yīng)用于配電網(wǎng)電氣控制中，由于結(jié)構(gòu)存在弊端，統(tǒng)開關(guān)柜存在操作、維修及安全保障等方面問題。隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)開關(guān)柜逐漸無法滿足現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的需求。當前的新型智能開關(guān)柜設(shè)備融合了多種新技術(shù)，其將數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于電力控制領(lǐng)域中，使配電開關(guān)柜變得智能化、操作簡潔化，同時具備了自我保護功能。從配電開關(guān)柜配置安裝至后期使用與維修，減少了人力工作量，并在減少人工操作故障可能性的同時，提高了電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性及安全性。

1.10kV配電開關(guān)柜概述

10kV配電開關(guān)柜結(jié)構(gòu)主要由接觸器、高壓斷路器、互感器、隔離開關(guān)等裝置組成，形成相對應(yīng)的調(diào)節(jié)、測量控制及保護功能，此部分為高壓開關(guān)柜調(diào)節(jié)裝置；有支持件、輔件以及連接件組成的部分則為高壓開關(guān)柜的配電裝置。根據(jù)我國電網(wǎng)分配及接收電能的標準，10kV高壓開關(guān)柜通常采用復(fù)合絕緣材料作為絕緣介質(zhì)。若不嚴格按照國家相關(guān)標準及客戶需求滿足高壓開關(guān)柜絕緣性能，在后期生產(chǎn)使用中設(shè)備將會產(chǎn)生嚴重運行事故，進而導(dǎo)致危及相關(guān)工作人員人身安全的重大安全問題[1]。

高壓開關(guān)柜的主要作用是將用戶終端與發(fā)電站連接為一個整體，還包括與配電線及變電站的連接。較之于發(fā)電站或者變電站中其他精密儀器，高壓開關(guān)柜系統(tǒng)的復(fù)雜程度并不高。與絕緣性能設(shè)計同理，在高壓開關(guān)柜走線設(shè)計中同樣需要嚴格遵循國家相關(guān)法律規(guī)定進行設(shè)計和配置，目前常見的走線方式有旁路母線法及單雙電源兩種方式，需要保障運行可靠性、經(jīng)濟性等。在設(shè)計方案中電力系統(tǒng)運行可靠性及穩(wěn)定性是需要考慮的首要問題，系統(tǒng)運行穩(wěn)定是電力配給供給的主要保障之一；其次，需要考慮電力系統(tǒng)運行相對應(yīng)的經(jīng)濟效益，在當下大力踐行環(huán)保理念的環(huán)境下，電力系統(tǒng)及高壓開關(guān)柜的設(shè)計也應(yīng)響應(yīng)時代主題，以節(jié)約能源為主要目的，盡可能使電力系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生較高的經(jīng)濟效益。

2.10kV配電開關(guān)柜設(shè)計

使用復(fù)合固體絕緣材料制作的配電開關(guān)柜具備了全密封性能和全絕緣性能，從而提高了電力系統(tǒng)運行的可靠性及能效；同時采用了嵌入式系統(tǒng)作為核心控制設(shè)備，使智能開關(guān)柜在硬件條件有限的情況下，實現(xiàn)本地控制、遠程控制及其他智能功能[2]。10kV智能開關(guān)柜控制單元如圖1所示。

圖1 智能控制單元功能

2.1 饋線斷路器開關(guān)柜

在饋線斷路器開關(guān)柜設(shè)計中，筆者將以典型饋線斷路器開關(guān)柜為例進行分析。此類型開關(guān)柜主要配置監(jiān)測單元及智能保護控制配件，因此具備自我診斷、恢復(fù)以及自我監(jiān)控等智能功能。其系統(tǒng)核心為智能控制裝置及繼電保護裝置兩部分，其內(nèi)部測量元器件和故障檢測元器件等智能電子設(shè)備，可通過RS485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心連接，達到本地控制以及遠程控制的目的?？刂浦噶羁捎身椖勘O(jiān)控中心發(fā)出，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端設(shè)備，進行遠程協(xié)調(diào)工作，同時也可通過終端控制裝置對設(shè)備進行手動控制。

2.2 10kV智能開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

母線室、電纜室、低壓室以及核心單元等模塊是10kV智能開關(guān)柜的主要組成部分。核心單元包括傳動系統(tǒng)、操作機構(gòu)和傳感器等部件對電纜室配對的電纜測試模塊則需要選配。與傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)中開關(guān)柜不同的是，新型開關(guān)柜中可使用3種操作機構(gòu)。首先，智能開關(guān)柜操作機構(gòu)具備快速分閘能力，可用于保護斷路器，因此主要使用于變壓器中，使其在電氣系統(tǒng)于發(fā)生接地故障以及相間故障時，無須輔助電源便可解決此類故障；其次則是具備可配電動操作特性的操作機構(gòu)，不具備快速分閘能力，但可使用于負荷開關(guān)中；再者為具備重合閘功能的操作機構(gòu)，多數(shù)用于保護重載斷路器以及電氣線路當中。

論及智能開關(guān)柜主母線設(shè)計，則需要將設(shè)計重點至放在于額定電流的控制上。主母線規(guī)格參數(shù)屬于設(shè)計前必要確認的數(shù)值。主母線額定電流的設(shè)計中，還需要在設(shè)計中注意主母線規(guī)格與分支母線規(guī)格的一致性，在通常情況下要確保分段柜、進線柜以及聯(lián)絡(luò)柜分支母線的規(guī)格以及其是否達到額定電流設(shè)計要求。

在高壓真空斷路器設(shè)計中，需要考慮電流故障發(fā)生時如何防止事故危害擴大，在通常情況下斷路器主要在斷開與接通回路電流中起作用。為防止事故危害進一步擴大，智能開關(guān)柜中斷路器應(yīng)配備繼電保護裝置，使其在故障發(fā)生時可迅速切斷故障電流，協(xié)調(diào)配合保障電力可靠安全[3]。

2.3 10kV智能開關(guān)柜的電氣設(shè)計

智能開關(guān)柜具有通信、遠程控制，計量以及自我保護等功能，設(shè)計人員對其二次接線進行了優(yōu)化設(shè)計，使傳統(tǒng)開關(guān)柜接線工作簡潔化，開關(guān)柜一次元件端子可直接與電流信號、斷路器狀態(tài)信號、電壓以及出口控制信號進行連接。此類優(yōu)化設(shè)計，大量減少了相應(yīng)工作人員的工作量，提高了工作效率。

智能化開關(guān)柜電氣設(shè)計使其具備了智能數(shù)據(jù)處理功能，與傳統(tǒng)開關(guān)柜處理數(shù)據(jù)模式截然不同，設(shè)備采集的電流信號、接地故障、電壓及斷路器狀態(tài)信號等數(shù)據(jù)可由智能化測控設(shè)備自動處理。在實現(xiàn)自主數(shù)據(jù)處理功能的同時，智能化裝置還具備了智能限時、自主保護以及實時控制等功能，通過通信接口將相關(guān)數(shù)據(jù)實時上傳至遠程監(jiān)控中心[4]。

3.10kV智能化開關(guān)柜的應(yīng)用

在實際應(yīng)用中，若開閉所內(nèi)部發(fā)生故障，智能開關(guān)柜能夠迅速切斷進線開關(guān)，而當開閉所的下游發(fā)生故障時，本級開關(guān)柜可與上級智能開關(guān)柜協(xié)調(diào)配合，選擇性切斷出線開關(guān)，最大限度減小開閉所故障對整個配電網(wǎng)造成的危害。

另外，當用戶配電所內(nèi)部出現(xiàn)故障時，智能開關(guān)柜能夠?qū)崿F(xiàn)對進線開關(guān)的快速切斷，而當配電所的下游有故障發(fā)生時（包含單相接地故障），智能開關(guān)柜可以選擇性切斷出線開關(guān)，有利于及時保護配電網(wǎng)的安全運行，同時避免用戶側(cè)故障造成的危害波及正常區(qū)域。

4.結(jié)語

采用了智能化電氣設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及饋線斷路器設(shè)計的配電開關(guān)柜具備優(yōu)秀的全絕緣和全密封性能，并且嵌入式操作機構(gòu)的應(yīng)用使配電開關(guān)柜具備了本地操作和遠程監(jiān)視操控等功能，使配電開關(guān)柜可實時傳輸重要信息數(shù)據(jù)，保障了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。開關(guān)柜中通過優(yōu)化設(shè)計操作機構(gòu)及高壓真空斷路器，進一步提高系統(tǒng)運行的安全性，最大程度減少故障危害的擴大。開關(guān)柜設(shè)計人員應(yīng)多總結(jié)經(jīng)驗，科學(xué)運用設(shè)計手段，提升產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造水平，提高開關(guān)柜的運行效率和經(jīng)濟效益，不斷制造出性能優(yōu)質(zhì)的高壓開關(guān)柜。