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【摘 要】10kV高压开关柜在电力系统中的应用是极其广泛。本文主要对10kV高压开关柜结构分析及改进措施进行了探讨分析，可供同行参考。
【关键词】高压开关柜；结构分析；改进措施
在电力系统中，l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花八门，作为制造厂家，我们不得不针对用户的需求，为用户量身定做。这就要求我们必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。在十年的设计生涯中，對开关柜的设计有了一些体会，现在写出来与大家一探讨，以求共同进步。高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用,电压等级在3.6kV～550kV的电器产品,主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器,高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分,在整个电力工业中占有非常重要的地位。
1.柜体结构与防护等级要求
1.1关于柜体的结构要求
所有开关柜的壳体必须是金属外壳，并具有一定的机械强度，柜体内的断路器室，母线室，电缆室的上方均设有压力释放通道，二次线的敷设美观并便于检查。开关柜内所有一次电器元件的安装梁必须是金属的且应可靠接地。
1.2关于防护等级的要求
10KV,高压开关柜属于高压带电设备，为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜时，我们必须考虑柜体防护等级的要求，对于10KV固定式开关柜如GG-1A-10，XGN2-10,必须满足防护等级IP3X的要JYN和KYN系列如JYN2-10,KYN1-10,KYN11-10,KYN28-10等必须满足防护等级IP4X的要求。当然开关柜设计时，我们可以追求更高的防护等级，但存在的问题是随着防护等级的提高，生产成本相应提高，散热条件变差，所以不能一味追求高的防护等级，一般以IP3X和IP4X为宜即可。
2.主要结构型式特点及性能比较
2.1主要结构型式
经了解,中置手车式高压柜运转车,主要基本类型有两种:螺杆式结构和挂钩式结构。螺杆式结构,主要体现:(1)螺杆实现运转车与柜体连接;(2)螺杆传动,实现断路器手车从柜体内进出;(3)断路器手车运转车上升降由螺杆装置驱动。这种结构代表是西门子公司中置柜运转车。挂钩式结构,主要体现:(1)挂钩和导向杆实现运转车与柜体连接;(2)调节手轮,实现运转车导轨面与柜体内导轨面一致性调整;(3)挂钩式运转车没有提升机构,需靠人力将断路器手车放置运转车或柜内,再运转车实现断路器手车进出。这种结构代表是ABB公司中置柜运转车。
2.2优缺点对比
相挂钩式运转车,螺杆式运转车提供了比较完善使用功能。但国内生产厂家选用螺杆式运转车并不普遍,主要原因是螺杆式运转车结构比较复杂,机加工零件较多,生产成本高,同时,与开关柜配套运转车所需数量较少,许多厂家并没有运转车上投入更多设计,重视不够。挂钩式运转车功能上不及螺杆式,但因其结构简单,易于加工制造,成本低廉,到了生产厂家广泛选用。,现场实践及对挂钩式运转车设计分析,发现目前常规挂钩式运转车均存一定缺陷,这种缺陷会对断路器手车造成潜损害,增加维护工作量,会引起非正常停电时间延长。下面,对当前主流挂钩式运转车缺陷进行了初步分析,并给出了一种可行改进方法。
3.常规挂钩式运转车结构存在问题分析
3.1挂钩式运转车两种常规结构
第一种结构常见于由敷铝锌板加工组合而成中置柜,柜内生产厂家大多与某公司生产ZS系列中置柜结构相类似,可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这类运转车存下列缺点:(1)运转车上两个导向杆只起导向作用,不受力。也就是说,运转车与开关柜体间仅靠挂钩一个点连接一起。(2)使挂钩顺利插入柜体内,设计上,必须留有一定间隙,以方便操作。推拉断路器手车时,间隙反映运转车导轨与柜体导轨之间。(3)经长期使用后,撞击力作用下,柜体上与挂钩连接处,以及运转车上挂钩轴会变形,这种变形导致了两导轨间间隙进一步扩大。间隙越大,撞击力越大,两者间形成恶性循环,最后导致运转车不能使用,或严重影响运转车使用安全。
第2种结构常见于柜体由型钢与金属板件组装而成中置柜。这类柜体也可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这种结构可以消除两导轨间水平间隙,设计上却存一个垂直高度差,它导致了更大撞击力。同时,使用时如不仔细调整,会使垂直高度差变更大。从使用效果来看,这种结构同前者比,操作性及安全性更差。
3.2运转车结构对实际使用影响
通过现场调查和分析对比,发现运转车结构对中置柜操作性能影响是渐进,影响巨大。其主要表现两个方面:(1)对操作性和使用安全性影响:这种影响产品交付前期影响并不显著,时间推移,影响越来越明显,运转车操作性和使用安全性大大降低。(2)对断路器手车影响:这种影响主撞击力造成,撞击力导致断路器手车车轮变形。安装及现场调试阶段,对断路器手车推拉操作次数最多,车轮变形往往是这一阶段出现。车轮变形导致手车推拉困难,会将断路器手车卡死运转车或柜体导轨内。是例行停电维修时出现此种故障,必然会延长停电时间,形成不能按时供电事故。统计发现,产品投运前,约有10%～20%手车轮存不同程度变形,每个工程中约有一、二台变形较大影响正常操作,需维修处理。
4.对10KV配电系统高压开关柜结构设计改进的措施
针对上文所述运转车存问题,我们设计了一种改进方案,这种方案着重解决了上文所述挂钩式运转车存各种缺陷,主要表现以下几个方面:
(1)消除柜体导轨与运转车导轨之间间隙,避免产生撞击力,结构上,确保当运转车靠紧柜体时,运转车导轨与柜体导轨可靠接触,基本无间隙。
(2)特别设计了锁定装置:利用磨擦自锁原理,一个特别设计凸轮装置,可以实现运转车锁定。其工作方式为:凸轮未锁定前,弹簧作用下挂钩与柜体接触面间有一定操作间隙,可以使运转车挂钩顺利插入并钩住柜体。逆时针转动凸轮,消除操作间隙,将运转车与柜体可靠锁定,推拉断路器手车时,无需再靠人力顶住运转车,操作可靠性以提升。同时,为保证挂钩转轴不因受力变形,将挂钩转轴处改为腰形孔,锁定前,弹簧将挂钩向前拉,保证了挂钩与柜体正常操作间隙。
(3)操作间隙调整:一段时间使用后,挂钩及凸轮会磨损,间隙增大,会降低锁紧力,针对可能出现这种情况,凸轮与运转车之间,增设了调整垫。调整垫可以作为配件,由用户需要自行添加。
通过试验和使用综合评价是:(1)改进成本:如上所述,与原结构相比,改进后并没有增加太多零件,新增成本相开关柜而言,可以忽略不计。另外,还可对已出厂运转车进行改造,提高运转车操作可靠性。(2)改进效果及用户反映:将改进后运转车交用户试用后,到了用户肯定,他们认为,操作可靠性、安全性、操作简便程度以及对断路器手车保护等各方面,均比原结构有较大提升。
5.结束语
随着我国电力事业的发展，开关柜的设计永无止境，我们需要不断学习国家标准，借鉴国外大公司先进经验，为我国电力事业的发展做出贡献。
【关键词】高压开关柜；结构分析；改进措施
在电力系统中，l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花八门，作为制造厂家，我们不得不针对用户的需求，为用户量身定做。这就要求我们必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。在十年的设计生涯中，對开关柜的设计有了一些体会，现在写出来与大家一探讨，以求共同进步。高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用,电压等级在3.6kV～550kV的电器产品,主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器,高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分,在整个电力工业中占有非常重要的地位。
1.柜体结构与防护等级要求
1.1关于柜体的结构要求
所有开关柜的壳体必须是金属外壳，并具有一定的机械强度，柜体内的断路器室，母线室，电缆室的上方均设有压力释放通道，二次线的敷设美观并便于检查。开关柜内所有一次电器元件的安装梁必须是金属的且应可靠接地。
1.2关于防护等级的要求
10KV,高压开关柜属于高压带电设备，为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜时，我们必须考虑柜体防护等级的要求，对于10KV固定式开关柜如GG-1A-10，XGN2-10,必须满足防护等级IP3X的要JYN和KYN系列如JYN2-10,KYN1-10,KYN11-10,KYN28-10等必须满足防护等级IP4X的要求。当然开关柜设计时，我们可以追求更高的防护等级，但存在的问题是随着防护等级的提高，生产成本相应提高，散热条件变差，所以不能一味追求高的防护等级，一般以IP3X和IP4X为宜即可。
2.主要结构型式特点及性能比较
2.1主要结构型式
经了解,中置手车式高压柜运转车,主要基本类型有两种:螺杆式结构和挂钩式结构。螺杆式结构,主要体现:(1)螺杆实现运转车与柜体连接;(2)螺杆传动,实现断路器手车从柜体内进出;(3)断路器手车运转车上升降由螺杆装置驱动。这种结构代表是西门子公司中置柜运转车。挂钩式结构,主要体现:(1)挂钩和导向杆实现运转车与柜体连接;(2)调节手轮,实现运转车导轨面与柜体内导轨面一致性调整;(3)挂钩式运转车没有提升机构,需靠人力将断路器手车放置运转车或柜内,再运转车实现断路器手车进出。这种结构代表是ABB公司中置柜运转车。
2.2优缺点对比
相挂钩式运转车,螺杆式运转车提供了比较完善使用功能。但国内生产厂家选用螺杆式运转车并不普遍,主要原因是螺杆式运转车结构比较复杂,机加工零件较多,生产成本高,同时,与开关柜配套运转车所需数量较少,许多厂家并没有运转车上投入更多设计,重视不够。挂钩式运转车功能上不及螺杆式,但因其结构简单,易于加工制造,成本低廉,到了生产厂家广泛选用。,现场实践及对挂钩式运转车设计分析,发现目前常规挂钩式运转车均存一定缺陷,这种缺陷会对断路器手车造成潜损害,增加维护工作量,会引起非正常停电时间延长。下面,对当前主流挂钩式运转车缺陷进行了初步分析,并给出了一种可行改进方法。
3.常规挂钩式运转车结构存在问题分析
3.1挂钩式运转车两种常规结构
第一种结构常见于由敷铝锌板加工组合而成中置柜,柜内生产厂家大多与某公司生产ZS系列中置柜结构相类似,可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这类运转车存下列缺点:(1)运转车上两个导向杆只起导向作用,不受力。也就是说,运转车与开关柜体间仅靠挂钩一个点连接一起。(2)使挂钩顺利插入柜体内,设计上,必须留有一定间隙,以方便操作。推拉断路器手车时,间隙反映运转车导轨与柜体导轨之间。(3)经长期使用后,撞击力作用下,柜体上与挂钩连接处,以及运转车上挂钩轴会变形,这种变形导致了两导轨间间隙进一步扩大。间隙越大,撞击力越大,两者间形成恶性循环,最后导致运转车不能使用,或严重影响运转车使用安全。
第2种结构常见于柜体由型钢与金属板件组装而成中置柜。这类柜体也可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这种结构可以消除两导轨间水平间隙,设计上却存一个垂直高度差,它导致了更大撞击力。同时,使用时如不仔细调整,会使垂直高度差变更大。从使用效果来看,这种结构同前者比,操作性及安全性更差。
3.2运转车结构对实际使用影响
通过现场调查和分析对比,发现运转车结构对中置柜操作性能影响是渐进,影响巨大。其主要表现两个方面:(1)对操作性和使用安全性影响:这种影响产品交付前期影响并不显著,时间推移,影响越来越明显,运转车操作性和使用安全性大大降低。(2)对断路器手车影响:这种影响主撞击力造成,撞击力导致断路器手车车轮变形。安装及现场调试阶段,对断路器手车推拉操作次数最多,车轮变形往往是这一阶段出现。车轮变形导致手车推拉困难,会将断路器手车卡死运转车或柜体导轨内。是例行停电维修时出现此种故障,必然会延长停电时间,形成不能按时供电事故。统计发现,产品投运前,约有10%～20%手车轮存不同程度变形,每个工程中约有一、二台变形较大影响正常操作,需维修处理。
4.对10KV配电系统高压开关柜结构设计改进的措施
针对上文所述运转车存问题,我们设计了一种改进方案,这种方案着重解决了上文所述挂钩式运转车存各种缺陷,主要表现以下几个方面:
(1)消除柜体导轨与运转车导轨之间间隙,避免产生撞击力,结构上,确保当运转车靠紧柜体时,运转车导轨与柜体导轨可靠接触,基本无间隙。
(2)特别设计了锁定装置:利用磨擦自锁原理,一个特别设计凸轮装置,可以实现运转车锁定。其工作方式为:凸轮未锁定前,弹簧作用下挂钩与柜体接触面间有一定操作间隙,可以使运转车挂钩顺利插入并钩住柜体。逆时针转动凸轮,消除操作间隙,将运转车与柜体可靠锁定,推拉断路器手车时,无需再靠人力顶住运转车,操作可靠性以提升。同时,为保证挂钩转轴不因受力变形,将挂钩转轴处改为腰形孔,锁定前,弹簧将挂钩向前拉,保证了挂钩与柜体正常操作间隙。
(3)操作间隙调整:一段时间使用后,挂钩及凸轮会磨损,间隙增大,会降低锁紧力,针对可能出现这种情况,凸轮与运转车之间,增设了调整垫。调整垫可以作为配件,由用户需要自行添加。
通过试验和使用综合评价是:(1)改进成本:如上所述,与原结构相比,改进后并没有增加太多零件,新增成本相开关柜而言,可以忽略不计。另外,还可对已出厂运转车进行改造,提高运转车操作可靠性。(2)改进效果及用户反映:将改进后运转车交用户试用后,到了用户肯定,他们认为,操作可靠性、安全性、操作简便程度以及对断路器手车保护等各方面,均比原结构有较大提升。
5.结束语
随着我国电力事业的发展，开关柜的设计永无止境，我们需要不断学习国家标准，借鉴国外大公司先进经验，为我国电力事业的发展做出贡献。