摘要：社会生产力的提升带动了用电需求的上涨，这对于电力企业来说是一场机遇，更是一场挑战，因为每天巨大的用电负荷严重的考验着电力企业的电力系统是否安全稳定的正常运行，这关系到无数人和企业的日常生产生活。10kV高压柜是现实中我们最为常见的一类电力设备，它们广泛的分布在电力系统的运行支路上，10kV高压柜的运行质量关系到整个电力系统的运行健康与否，因此我们在设计10kV高压柜时务必需要考量很多方面的要素，确保它能够稳定工作的同时又具备一些常见故障的应急能力。本文对10kV高压柜结构设计过程中存在的问题进行了研究和分析。
关键词：10kV；高压柜；结构设计；问题分析
前言：在新经济形势下，国内用电需求的高涨不断的推动着电力企业的改革与创新，这首先需要电力企业在满足现有的稳定用电的基础上再去进行发展改革，对此，在电力系统中扮演着一个十分重要角色的设备——10KV高压柜所担负的任务就要艰巨的更多。在过去我们自己研制的高压柜从质量以及性能上来讲，都要比国外的同类型产品相差很多，在很多时候经常性发生故障，这极大的威胁着我们电力系统运行的稳定性和安全性。正值国内的电力行业深化改革和创新，针对过去在电力事故中的吸取的经验和教训，我们需要来对10KV高压柜的质量问题展开探讨，从它的结构设计和电气原理方面进行深入的分析，提升我们我国在高压柜方面的自主研发生产能力，这样才能够让我们的电力企业走出国门与其他优秀的国家进行比拼。
1高压柜的分类
就高压柜的分类来讲，它可分为移动式高压柜和固定式高压柜这两类。这两者之间最明显的区别是前者的断路器等电子元件是可以抽取、移动的，后者的断路器等电子元件只能是固定不动的。
另外再根据的实际的安放地点来讲又可以将其分为户内和户外这两种，国际上分别以N表示为户内，W表示为户外。从含义上我们不难理解，一种是作为户外设备在室外进行工作的，一种是作为室内设备在建筑物内部进行工作的，因为工作环境上的区别，所以它们在结构设计上也存在着一些差异，要综合的考虑环境因素方面的原因，这样才能够确保高压柜能够正常的运行。
再就是它还以柜体结构作为分类依据：（1）金属封闭铠装式开关柜：它将主要部件隔离在单独的区域内的一种开关设备；（2）金属封闭间隔式开关柜：它是将柜机中的每个零部件分别隔开单独存放的一种开关设备；（3）金属封闭箱式开关柜：它的整个壳体均是由全金属做成的一种开关设备；（4）敞开式开关柜：部分外壳是敞开的。
2 10kV高压柜的结构
现在国内的绝大多数高压柜普遍采用的是组装式的设计方式，它将每个部件进行模块化设计，然后根据需要将其组装在一起从而形成外观大小相同、参数不同的高压开关设备，它的最大特点就是在于它的灵活性。设计者只需要改变几个小部件，就能够达到改变方案的目的。一般来讲，10kV的高压柜它主要由这几个模块组成：电缆室、断路器室、仪表室、母线室以及小母线室。电缆室：主要用来存放某些电气元件，同时它还设计有接地开关以及避雷装置等，这个模块是必不可少的一部分；断路器室：顾名思义它是存放断路器的主要场所，断路器也是高压柜中关键的一个零部件，它负责对线路中的异常信号进行及时的相应；仪表室：它主要是用来安装二次元件，承担着高压柜上常见的控制功能；母线室：主要是用来安转一些较高压的线缆，它要求母线的大小和强度需要满足一定的动、热稳定值的要求；小母线室：它是用来安装一些低压控制线或者是照明线路的小母线。
3 10KV高压柜结构设计过程中的问题
10KV高压柜结构设计出现异常的最根本原因还是在于人员的设计工作准备的额不够充分所致，常见问题如下：
3.1安全净距
安全净距指的是电力系统中的裸露在外的所有电子元件之间应当保持一定的安全距离，防止电流信号之间的干扰，这主要是针对在高压柜结构方面的设计，它还明确的规定了裸露的电子元件对地的空气间隙。据国家电力安全方面的规定，在只以空气作为绝缘介质同时满足高压柜的低于海拔1000米时，10kV高压柜的安全净距不得低于125mm，伴随着海拔高度的增加相应的安全净距也进行调整，因此我们需要结合实际的运行情况来调整高压柜的尺寸，以解决空气绝缘的问题。
3.2爬电距离
根据相关的规定，在10kV高压柜当中的各个组件以及支持绝缘体的外绝缘爬电的比距的要求为纯瓷绝缘18mm/kV和有机绝缘20mm/kV。为了达到这个要求只能联系生产厂商进行定制，这时候受到其他条件的限制，生产厂家会采用增多或者是增高裙边的方式来确保绝缘效果符合要求。这里需要注意的是很多高压柜是在户外进行工作，为了减少环境气候对其所造成的影响，常在高压柜中增设加热器，它能够自动感受周围环境的温度变化来自动进行加热，确保系统运行的稳定性。
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3.3五防连锁过程存在问题
所谓的五防，具体指以下几点：
第一，在高压柜内的这种防护，防止真空断路器在合闸之后，断路器小车无法走回工作的位置，这是五防中为了“防止带负荷合闸”。它能够有效的预防闸口因为负荷电流大于极限电弧的承受范围而对高压柜造成损害，因此必须要按照相关要求来设置空载合闸对其加以预防。
第二，在高压柜内，接地刀合位时，断路器无法用于合闸，这是为了“防止带接地线合闸”。这时我们在对机器维修完毕后需要检查地线是否断开，确保设备能够正常运行。
第三，在高压柜内，真空断路器合闸之后，盘柜的后门用接地刀上的急切和柜门－进行关闭，这是“防止误入带电间隔”。通常我们将每个部件叫做是一个“间隔”，有时为了工作需要必须对某个间隔进行检查，这时我们要确保这个间隔的电源是处于断开状态，否则将会伤害维修人员。
第四，防护等级。10kV高压柜的防护等级设计一般选用IP3X以及IP4X，防护等级过低在特殊情况时起不到很好的防护效果，防护等级过高又会增加投入，因此需要结合实际情况来设定防护等级。防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，第一个数字代表的是设备的防尘范围，第二个数字表示的是设备的防水范围。
第五，柜内的真空断路器在运行合闸时，断路器无法退出工作位置，这就是“防止带负荷拉刀闸”。刀闸就是我们常说的隔离开关，它的开合可以控制电流电压的通断，一般来说在正常情况下流经刀闸的电流很小，它不会对刀闸造成损害，但是在切断电流的瞬间它会产生一个电弧，这时电弧会伴随着很大的一个电流值，同时产生高温。这个瞬时电流超过刀闸的承受范围时就会导致刀闸被击毁，同时产生的电弧也会伤人，因此我们要切结禁止带电操作隔离开关，即我们常说的刀闸。
3.4稳定性
当电力系统发生故障时，这时高压柜机可能要承受很高的开路电流，其值通常为 20kA，最高是可能会达到50kA，这是其他的用电设备承载不了的极限电流。当电路中存在如此巨大的瞬时电流时，同相母线之间就会产生一个相互的吸引力，一旦他们接触在一起就会发生严重的短路事故，这时需要支撑绝缘子来进行保护，确保母线的位置不会发生较大的位移而突发事故。根据规定，两个绝缘子之间的距离不应该超过800mm，并且它们应该并列摆放。
3.5电元件之间的距离存在问题
相邻的电元件如果靠的太近就会因为电压过大时产生电弧造成短路，这时就需要确保电元件之间存在一个安全距离，具体的安全距离值应该大于125mm。按照电力部门的规定，1000米以内的相邻电元件之间的安全距离应大于125毫米；超过1000米的相邻电元件之间的安全距离需要结合具体的情况来进行规划设计，具体的解决方法是将10kV高压柜的尺寸尽可能的设计的很小。然后再采用团装模塑料或超级镀膜绝缘板来增加相间和相对地的绝缘距离，它就起到很好的空气绝缘的目的，即便是周围环境变得湿润也不会导致相与相或者是相与地之间形成一个通路。
3.6相邻导体之间的距离存在问题
沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间距离称为爬电距离，我国电力规定中对单位电压下绝缘子表面的爬电距离有明确的要求，要求纯瓷绝缘材质的爬电比距为20mm/kV，有机绝缘材质的爬电比距为18mm/kV，这是一个相对的理论值，在10kV高压柜结构设计中由于条件的限制使得很多时候难以到达这个规定值，这就会损耗更多的材料同时也将会消耗大量的人财物力，为此聪明的生产厂家经过试验发现可以通过增高和增多裙边来提升爬电距离的目的，因此现在的很多高压柜均是采用这种设计。
结语：综上所述，本文简单的就10kV高压柜结构设计提供了一些意见和建议，并就存在的问题进行了简单的梳理，同时还提供了必要的解决方案，以推动10kV高压柜的创新性设计，确保我们国家的电力系统运行稳定，同时也有助于提升我们国家的高压柜的科研水平。
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论文作者:狄威,李大甫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：高压论文; 结构设计论文; 断路器论文; 母线论文; 距离论文; 电流论文; 电力系统论文; 《基层建设》2018年第1期论文;