摘要：现阶段电力配电系统中，使用最广泛的是10kV高压开关柜设备，该设备可以保证配电系统正常运行。为防止开关柜发生安全事故，本文对10kV高压开关柜的结构展开研究，通过有效的优化设计，比较挂钩式运转车的不同结构，探究使用时运转车结构可能受到的影响，提出关于10kV高压开关柜结构的改进建议。
关键词：10kV配电系统；高压开关柜；结构设计
引言
电力能源作为人类生产活动和日常生活的重要能源，在输送中的安全性受到人们重视。10kV配电系统高压开关柜的使用越来越普遍，已经成为常见的配电装置系统，该装置的结构设计质量将关系到电力系统发挥的效果。因此，本文以对10kV高压开关柜展开分析，探究其结构设计的合理性，确保设备能够在不同环境下安全运行。
1.10KV配电系统高压开关柜简介与主流运转车结构分析
1.1结构形式
作为成套配电装置，配电系统中10kV高压开关柜的内部组成构件包括接地开关、负荷开关、隔离开关、熔断器、断路器以及控制装置。一般情况下空气绝缘材料是10kV高压开关柜的重要绝缘介质，能够接收并分配电能。为防止其运行中发生事故，本文对开关柜结构加以优化设计与研究。大部分全10kV高压开关柜的结构主要为挂钩式结构与螺杆式结构。其中挂钩式结构如下：（1）柜体和运转车间的连接需要导向杆与挂钩。（2）手轮调节后，开关柜体和运转车导轨面能够协调一致。（3）断路器手车的运转需要人工支持，例如ABB中置柜运转车就是应用挂钩式结构。螺杆式结构如下；（1）柜体和运转车的连接需要螺杆。（2）柜体内断路器手车需要螺杆的传动作用完成进出。（3）螺杆装置运用下，断路器手车能够上升下降，例如西门子的中置柜运转车就是应用螺杆式结构[1]。
1.2性能分析
无论是挂钩式结构，还是螺杆式结构，相比之下螺杆式结构的运转车功能更加完善，能够让10kV配电系统的工作需求得到满足。当前国内对挂钩式运转车的生产能力比较低，这与其成本高、结构复杂有关。不仅如此，挂钩式运转车与其他高压开关柜之间在组装时存在不配套问题，应用后电力企业面临着维护工作，容易存在断电现象。对此，本文提出了10kV高压柜的结构优化设计建议。
2.常规挂钩式运转车结构
2.1两种挂钩式运转车常规结构分析
分析挂钩式运转车的基础结构，具体如下：（1）敷铝锌板运转车。生产过程中置柜方式需要与相应的技术结合，例如VD4系列和真空断路器手车。但是这种运转车在使用中也会影响10kV高压开关柜的正常使用，例如运转车导向杆只能导线，无法承力，只有一个连接点可以支撑10kV开关柜和运转车。设计时有缝隙，方便运转车的挂钩可以顺利插入开关柜。随着年限的增加，运转车撞击力加大，导致挂钩发生形变，导轨之间的缝隙不断扩大，严重影响设备的使用安全。（2）金属板件和型钢组装而成的中置柜。例如VS1系列与VD4系列的真空断路器手车，这种装置安装后导轨间缝隙能够消除，但是垂直高度的差会让撞击力依然存在。与此同时，垂直高度差会不断加大，与敷铝锌板运转车结构相比，金属板件和型钢中置柜的安全性能更不理想。
企业生产的KYN27-12 智能化铠装移开式交流金属封闭开关设备，能够广泛用于大中型发电厂、变电站、配电小区和高层建筑等电力用户。KYN27-12（Z）型柜体为组装式结构，断路器室、母线室、电缆室、仪表室，各室间用接地的金属钢板隔开，能有效防止故障的扩大。同时断路器室、母线室、电缆室均设有独立的泄压通道，发生内部故障电弧时，燃弧气体通过泄压通道迅速释放。开关柜前后设有防爆观察窗，能方便地观察到断路器分、合闸机械指示和手车在柜内所处位置及高压电缆的终端联接情况。柜内设有完善、可靠的接地系统和接地标志，一次元器件的金属框架均通过专用的接地铜母排接地，确保运行及检修时的安全。
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2.2使用时因运转车结构受到的影响分析
分析中置柜受运转车的机构影响，具体影响方面如下：（1）影响10kV高压柜的运行安全性，随着时间的推移，这种影响带来的程度将会加大，运转车操作性能下降。（2）影响断路器手车，这与主撞击力关系密切。撞击力的加大使断路器手车的车轮处发生形变。应车轮形变，手车难以推拉，10kV开关柜柜体导轨和运转车内部出现卡住现象。工作人员断电维修时，如果维修时间过程将会引导地区性供电不及时问题[2]。
3.10KV配电系统高压开关柜结构设计改进措施
首先，缩小运转车导轨与10kV开关柜导轨之间的缝隙。这种缝隙经常在运转车工作时出现，强大的冲击力下会让缝隙扩大，为了避免冲击力发生，建议将运转车与开关柜导轨在接触时保持无缝隙操作。
其次，做好锁定装置的科学设计。为了消除运转车和10kV开关柜之间的缝隙，建议基于摩擦自锁原理，实现运转车的锁定。同时可以设计出一种凸轮装置，该装置应用下，10kV开关柜柜体与挂钩的接触面没有锁定凸轮的时候，会因为弹簧的作用而产生间隙，这种间隙可以让挂钩插入，并勾住10kV开关柜。随后，为了消除间隙，将开关柜与运转车相互锁定，同时逆时针转动凸轮，推拉断路器手车的时候，不需要人力顶住运转车。为了防止挂钩的转轴再次出现受力变形问题，建议将转轴设置为腰型孔，同时没有锁定之前让弹簧前拉挂钩，确保10kV开关柜和挂钩能够出现正常操作状态下的间隙。
最后，运转车应用了一段时间后，凸轮和挂钩处会有不同程度的磨损。随着磨损的严重性加深，凸轮与挂钩间的缝隙也会扩大，导致锁紧力降低。对此，建议工作人员安装调整垫，按照设备的实际运行情况，及时调整配件，保证凸轮与挂钩不会发生严重磨损。
某电力企业生产的KYN28-12型户内金属铠装抽出式开关设备，系3-10千伏三相交流50HZ单母线及单母线分段系统的成套配电装置。该设备可以用在发电厂和中小型发电机的送电，也可以用在企业用电和大型高压电动机用电等，能够对电力设备进行实时监测与控制保护。该金属铠装抽出式开关柜能够满足DL/T404、IEC298、CB3906等标准要求，可以有效防止带负荷推拉断路器手车，能够与VS1真空断路器相互配合应用，也能够和ABB公司的VD4真空断路器向适应，是一种现代化优质配电装置。这种开关柜装置继电器上也安装了微机型继电保护装置，能够实现对开关柜与电力系统的自动化、智能化实时控制。有着遥控和遥测的功能。通过CAN总线进行用电现场网络控制，避免断路器发生错误操作，也防止带负荷推拉手车和带电接地开会错误运行。
但是，该10kV开关柜在应用时对周围环境也有着严格的要求，具体如下：（1）周围空气温度不能超过40摄氏度，不能低于10摄氏度。（2）周围环境海拔高度不能超过1000米。当海拔超过1000米时，使用该设备应按照相应技术要求处理；当海拔不超过2000米时，低压辅助设备在应用时无需采取有关措施，同时开关柜用户应时刻与制造商保持联系。（3）湿度方面，相对湿度日平均值不能超过95％，月平均值不能超过90％；水蒸气压力，日平均值和月平均值分别不能超过2.2KPa和1.8KPa。温度骤降时在开关柜四周会有凝露出现，同时空气中的灰尘与凝露相混合会有污秽存在，该KYN28-12型10kV开关柜设备能够在凝露不频繁情况下正常工作，设备在没有火灾、没有爆炸危险、没有严重污秽时正常工作。
4.结语
总而言之，设计人员对10kV高压开关柜进行设计时，应严格按照我国电力行业标准，综合用户对开关柜的具体使用要求展开优化与设计，确保设备在使用中的稳定性、安全性与合理性。本文从运转车内部结构加以分析，根据结构性能情况，了解到运转车类型的不同将会导致设备使用效果不同，通过相对的优化改进，从而丰富运转车功能。
参考文献：
[1]沈霞.10kV配电系统高压开关柜结构设计改进[J].科技展望，2016，26（27）：91.
[2]王树强.10KV配电系统高压开关柜结构设计改进[J].装备制造，2018（04）：225.
论文作者:蔡创伟
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
标签：开关柜论文; 结构论文; 高压论文; 手车论文; 断路器论文; 缝隙论文; 系统论文; 《防护工程》2019年12期论文;