高压户内手车式金属封闭开关柜设计

国内国外现状和发展趋势

能源是经济发展和社会发展的源动力，能源的使用是提高人类生活质量的的重要元素之一，随着人类使用能源的种类越来越多，所以对能源的质量也提出了越来越高的要求，我国的电力贯穿各个领域，电力作为能源的重要载体，在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用，同时也是实现我国现代化的重点策略，电能是一种形式，它的形成是由很多种能量转化而来，是一种二次能源。电能的利用是第二次工业的重要标志，它的发送，转变，传递，输送以及到用户的用电，几乎是同时发生的，所以无论何时都要保持功率的平衡，想要提高国民的经济水平，电力工业就必须取得更大的进步，社会发展的大方向也是如此。总而言之，我国的电力发展和国外还有很大的差距，因此就必须加强国家电网的建设，在电力发展上做好规划。变电站在改变和调节用电的电压和保护用电系统等方面起着重要的作用，同时也对于着电压的变换，阻抗的变换，相位的变换起着重要作用。变电站配电柜的部分设计使我们对于变电站的功能有一个充分的了解。该设计包过，对原始资料的分析 ，壳体的强度，主接线的设计 ，铜排的设计，对于主变压器的选用，导体和电气设备的选择，防雷接地设计，配电装置设计，

1KYN28-12(Z)开关柜的总体机构

1.1开关柜主接线设计

以kYN28-12(Z)高压开关柜为列，它的结构是由柜体和手车这两大部分组成。柜体分为：仪表室、手车室、母线室、和电缆室四个单独的隔室。外壳防护为IP4X的等级相比于等级为IP2X的各个隔室外间，将架空进出线和电缆的进出线及开关柜的其它功能排列后组合成为各种形式的配电设备的装置。这种开关设备很方便可以从正面进行调试和维护工作

主接线设计要求：开关柜的电气接线也被称为电气一次接线，它是按照在电厂和变电站中直接生产电能，传输，和分配电能的工作顺序和根据绘制的一定要求组合产生的电器设备，主接线代表了变电站高压电，主体结构是大电流电器,它与开关柜的是否运行，灵活性能有很大的关系，所以开关柜的主接线设计都必须经过技术的验证与在实际用途论证过后，才能最后确定设计方案。

电气主接线设计应力求方便简单，运用灵活，经济 ，可操作性强应在电气设备的各种运行状态下都能适应，要求不仅在正常运行时能保证供电的可靠性，而且无冗杂的设备为了在系统出故障或着在设备检修时，也可以及时作出适当的调整，能快速的调换运行的方式，保证停电的时间缩短，把影响降低到最小。电气主接线在满足上述要求的前提下，最重要的是应做到减少设备运行成本和降低运送费用，并且减少占地面积。经济合理才能长久的吸引更多的客户。为国内国外提供更优质的服务。

我国对开关柜设计有如下规定：在满足运行要求时，开关柜高压侧应尽量采用断路器较少的或不用断路器的接线，在开关柜中，如果出现2回变压器，采用桥型接线，小于等于4回时，就可以采用单母线分段接线，

1.2开关柜的设计步骤

开关柜主接线的设计会根据发电厂或变电所的整体设计而作出调整，即实际环境情况建设的不同，在柜体的结构程度会有所改变，但总的设计思路，方法和步骤是相同。

对原始资料进行分析

变电所的实际情况，包过变电所的类型，在当地电力系统中发挥的作用和地位

负荷情况，包括负荷性质及其他地理位置，输电电压等级，

环境条件，包括当地的气温，湿度，地质，海拔高度，及地震等因素

设备情况，为使所设计的开关柜可行，必须对各主要电器性能进行检查，保证设计完能正常验证。

一、 总则

1.1  

    本设计书设计的高压开关柜为户内手车式金属封闭开关柜(KYN28A-12),本次设计中对该装置的技术参数、特性、元器件、结构等规定的技术要求。

二、使用环境条件

2.1  环境条件

2.1.1  安装场所            户内

2.1.2  海拔高度            1000米以下

2.1.3  环境温度

      最高温度             +40℃

      最低温度             -15℃

      最大日温差           25℃

2.1.4环境湿度:日平均相对湿度≤95%    (在25℃时)

               月平均相对湿度≤90%   （在25℃时）

2.1.5地震烈度：不超过8度

2.1.6防护等级：外壳IP4X

2.2系统条件

2.2.1  额定电压             10kV

       最高工作电压         12kV

2.2.2  额定频率             50HZ

2.2.3  中性点连接           不接地

三、设备名称、

图5.7　开关柜安装标准化接口图

2开关柜设备说明介绍

4.1尺寸要求

1)    开关柜宽度：柜宽均为1000mm。

2)    开关柜进深：馈线开关柜的进深为1800mm，架空进线开关柜的进深为2200mm。

3)    开关柜高度：2400mm。

4.2安装要求

1)    开关柜应安放在户内屋顶净高不小于4000mm的地平面上。

2)    背面应与墙的距离不小于800mm，离墙安装。在单列布置时检修维护通道的宽度不小于单手车长外加1200mm。双列布置时的宽度应不小于双手车长外加900mm。

3)    开关柜在进行基础施工时，应合理预埋槽钢，槽钢规格为10号，基础槽钢的安装垂直度，水平都可以有偏差，偏差在符合规定要求以内，并且基础的接地点不能少于两处。

4)    基础槽钢上放置开关柜的底部框架，可用裸铜线将其与基础槽钢相连接或其他行之有效的方法以保证柜体的牢固。

5)    主变开关柜主要由主变压器与母线筒和电缆或绝缘母线连接。出线开关柜传统采用的是400 mm2及以下的电缆连接，电缆夹层或着电缆沟应在出线开关的下方设立，电缆夹层和电缆沟的深度应根据电缆转弯时半径的要求来设定。

4.3接地要求

1)    接地母线必须为相应规格的扁铜排，横截面积为最小为240mm2，并且带有各柜间的铜排连接板。在扁铜排上应该接入所需要的接入设备。应具备两个横截面积为120mm2铜电缆端末连接器，以此作为接地母线连入接地系统中。

2)    开关柜的外壳设置专门的接地点为了接地的可靠性，接地回路应能经受短路电流热稳定、动的试验。不属主回路或辅助回路任意回路中的并且需要接地的所有金属都应该接地。外壳、框架等应该保证紧固联接，来确保电气上的连通，在接地点标有相应的接地符号。

3)    开关柜分为若干个隔离室，隔室的划分必须要满足正常的工作运行条件，又要使隔室内部的电弧效应得到各功能单元。

4)    接地的紧固螺栓的直径必须大于12mm。

5) 为了确保维修工作的安全性，主回路应当设立可靠完善的接地设备。

4.4电气二次接口总的要求

1)    开关柜应具有足够的空间安置类似于电容器或者线路等的保护测控装置和分段备自投装置。分段开关柜内应当配备分段保护测控装置，这种装置具有备自投的功能。分段隔离柜或含有母线测控装置和交换机的母线PT柜内配置电压并列装置。

2)    开关柜上安装计量表。

3)    开关柜上应安装继电器、仪表、等电器操作按钮和把手的安装的位置也应当直观，便于操作和维修。

4)    开关柜继电器室和电缆室配备照明装置，以便于晚间操作。开关柜内应设置干燥的环境下，湿润的条件会加快电器的老化，还应配备加热装置。

5)    控制仪表室设有专用的接地铜排，它的横截面积大于100mm2，为了接入变电站等接地系统中铜排两端安装足够的螺栓。

6)测控保护装置、智能电度表及控制开关等二次设备安装于开关柜内仪表室(测控保护装置、智能电度表，由监控厂家提供，由开关柜厂家安装配线)。

4.5回路要求

1)    远方操作时断路器要设置远方操作的切换把手或者发出遥信。(如果是充气柜，还应设置三工位隔离开关远方操作切换把手)

2)    应有对控制电源的监视回路，当断路器的控制电源消失时应及时提示值班人员处理。

3)    应有防止断路器跳跃的电气闭锁装置。防跳回路的设计在断路器出现跳跃时能将断路器闭锁到跳闸的位置。

4)    应对断路器配备一个跳闸和合闸线圈。

5)    断路器中除了对控制正常要求的几个辅助触点，还要每个断路器须提供给用户使用的八动合、八动断的辅助触点，并且应当引到端子排上连接。并且其他的的辅助开关的接点全部引至端子排上。

4.6电源配置

1)    开关柜的交流或者直流电源应当采用环型供电网络的方式，并且设立开环点。

2)    开关柜顶设置交流或直流电源的小母线，各开关柜内根据对交流、直流和对于保护、联锁等不同要求设置低压断电器，空开上口与柜顶的小母线相连接。

4.7端子排及接线要求

1)    端子排可以按照功能划分成不同的型号，根据各插件的位置安排布置端子排的位置，目的是避免接线之间的交叉。

2)    端子排列应符合日常使用的标准，直流配电柜内正、负极之间接线铜排之间距离很小。直流(+)电源和断路器的跳合闸回路不能接在一个端子排的相邻端子上，并且应该留下一定数量的备用端子，并对端子进行排序编号处理。

3)    根据“功能分段”的这一原则，开关柜的设置应遵循以下几点要求：TA回路，TV回路，交\直流电源回路，断路器和三工位隔离开关的控制、操作、信号回路。其中，“五防”各厂家按照“五防”中相关要求完成闭锁回路，同时还应注意预留在开关柜外闭锁条件的接口。

CT的二次侧引到端子的线用最小截面大于4平方毫米的铜线连接。

四、技术参数

4. 10kV开关柜技术要求

4.2 10kV  KYN28A开关柜基本技术参数：

4.2.1开关柜 

4.2.1.1 型号： KYN28A-12 

4.2.1.2外形尺寸：2300（高）×800（宽）×1500(1660)（深） 

4.2.1.3 柜体参数 

额定电压： 12kV 

额定频率： 50Hz 

主母线流： 主母线采用优质铜母线TMY-80×8 

一分钟工频耐压(有效值): ≥42kV 

雷电冲击耐压(峰值): ≥75kV 

热稳定电流： ≥31.5kA,4s 

额定峰值耐受电流： ≥80kA 

额定短路开断电流： ≥31.5kA 

额定短路关合电流： ≥80kA(峰值) 

接地回路额定短时耐受电流： ≥31.5kA,4s 

接地回路额定峰值耐受电流： ≥80kA 

手车与柜体的接地连接热稳定电流： ≥25kA,2s 

手车与柜体的接地连接动稳定电流： ≥40kA 

加热，照明电压: AC 220V 

辅助回路的额定工频交流耐受电压：2kV 

防护等级：≥IP4X 

开关柜颜色：浅驼灰色（正泰B）

4.2.2 主要设备:开关柜至少由如下几种相互隔离的设备组成. 

4.2.2.1 真空断路器 

4.2.2.2 主母线 

4.2.2.3 接地开关 

4.2.2.4 分支母线 

4.2.2.5 电流互感器及电压互感器 

4.2.2.6 过电压保护器 

4.2.2.7电缆出线小室  

4.2.3真空断路器  

额定电压： 12kV 

额定电流： 630/1250A 

额定频率： 50Hz 

额定开断电流： ≥31.5kA(有效值) 

额定关合电流： ≥80kA（峰值）  

额定开断电流直流分量： ≥45% 

热稳定电流： ≥31.5kA（有效值）4S 

额定短路开断次数： ≥50次 

机械寿命： ≮30000次 

合闸时间： 不大于65ms 

分闸时间： 不大于45ms 

合闸电压： DC 220V 

控制电压： DC 220V 

辅助节点： 不少于6常开，6常闭（-220V，10A） 

手车辅助节点： 4常开，4常闭（-220V，10A） 

雷电冲击耐受电压： ≮75kV（峰值） 

操作方式：运用弹簧储能操动机构，操作机构的电源用直流电压220V，保证在额定电压下的（85-110）%范围内正常运行。

10kV断路器选用正泰ZN63A-12；

4.2.4电流互感器 

电流互感器是户内绝缘全封闭环氧树脂浇注的形式，它的详细配置见设计院图纸。 

额定电压： 10kV 

额定频率 50Hz 

具体参数见订货图，要求电流互感器的动热稳定性能和其绝缘水平应与开关柜保持一致. 

额定容量：保护级不小于30VA，测量级不小于20VA 

所有10kV配电间隔应大概配置三只电流互感器，电流互感器宜选用正泰的LZZBJ9-10系列；

并且所有电缆出线间隔配备一只零序电流互感器 。 

4.2.5.接地开关 

额定电压: 12kV 

额定频率： 50Hz 

热稳定电流（1s）: ≥31.5kA(有效值) 

动稳定电流: ≥80kA (峰值) 

一分钟工频耐压: 42kV(有效值) 

雷电冲击耐压: 75kV(峰值) 

机械寿命(不须任何机械调整): 3000次 

操作机构: 手动 

闭锁方式： 机械闭锁 

辅助接点： 2开2闭 

4.2.6 过电压保护器 

额定电压: 10.5kV 

持续运行电压: 12.7kV 

标称放电电流： 5 kA 

直流1mA参考电压: 24kV(配电变压器)18.6kV（电动机） 

雷电冲击残压 : 配电变压器小于45kV ，电动机最大为31kV 

2mS方波冲击电流: 大于600A 

安装方式: 固定式 

附件：每台保护器上安置一台放电计数器；  

过电压保护器具体要求：过电压保护应具有如下装置功能：为防止电压过高，开关柜内所有过电压保护器都采用三相组合式的过电压保护器。过电压保护器将电网中各类过电压到较低的水平，并能有效地保护线路之间的绝缘。过电压保护装置保护倍数不大于3.2倍，通流量2ms方波电流为600A，带计数功能。同时该保护器要具有防爆功能和在特殊环境下使用的功能（如沙漠地带），并且具有防污、抗寒、防潮功能。并且要带故障自动脱离功能，应有良好地密封防湿性能。所有10KV开关柜需配备三相组合式的过电压保护器，过电压保护器选用正泰的带计数器N-TBP-B-12.7。

4.3 母线PT综合过电压抑制柜性能要求：

1.装置中的核心元件——DSP处理器的控制器，装置配备有RS485接口，配有标准MODBUSRTU通讯规约确保装置与整个监控系统兼容.具有选线功能。

2.内部电压互感器放在单独的间隔内，并配有一次熔断器，当允许检查和进入开关柜内更换一次熔断器时，隔离开关应当处于打开状态并与系统隔离形成明显的断开点。便于用户更换熔断器。目的是防止铁磁谐振过电压，应设置带消谐功能抑制柜控制器；具有系统过电压、低电压、接地报警保护功能、谐振消除功能, 具有新型消谐保护功能，能有效抑制吸收系统中各种过电压；

3.整台装置出厂时，生产厂家需具有1:1动态模拟试验的能力；同时要具备金属接地、以及弧光接地和PT断线报警功能，当系统发生单相接地故障时，该柜控制器要及时发出该相接地的信号，可以清楚地看到故障相。需配备通讯接口：配备有有RS485通讯接口的装置控制器，可以进行远程的数据传递。另要具备过电压吸收功能。

4.要求装置具有智能抗谐保护装置，采用抗谐保护技术，将一次消谐与二次消谐相互配合，形成了更完善的PT保护方案和具有权威机构颁发的型式试验报告。 母线PT消谐装置柜选用安徽恒凯的产品XHG-10KV。

4.4智能操控装置（含6点测温）：一次接线配置图。

        真空开关柜应装设智能操控装置，该装置是一种新型的、多功能、智能化的模拟动态指示装置。能显示温湿度，并能自动加热除湿，带电显示及闭锁、断路器的上下触头控制实时温度、等功能。还可以测量三相电压、三相电流、有功功率的测量等参数的测量。并可在其操作面板上就可以完成对远方的操作和能控制断路器的合分闸，美化了面板布局，简化面板设计，安装能储存能量的电源开关。 智能操控装置推荐选用正泰NZK6L-12011（含6点测温）产品.

4.5微机综合保护装置：

1 保护功能：　　

（1）三段低电压方向定时限或反时限过流保护；　　

（2）的加速段过流保护；　　

（3）线路故障保护跳闸后自动再重合一次（可在检同期、检无压或不检定选择）；　　

（4）中性点不接地，发生单相故障，小电流接地选线；　　

（5）过负荷保护（跳闸或告警可选择）；　　

（6）低周和低压都要减载；　　

（7）TV断线检测、控制回路断线检测；　　

（8）母线绝缘监察功能；　

2 辅助功能：　　

（1） 事件记录　　

人机界面能记录最少条的保护动作事件、和装置自检、装置操作事件，和SOE 事件，能具体说明时间、类型，还具备掉电数据保护的功能。　　

（2） TV断线告警功能　　

具有TV断线自动检查的功能，控制字投退，发出警示警告人们电压互感器断线。　　

（3） 接地告警功能　　

可检测出线路是否接地。可通过控制电容器的投退，使零序电压保持定值。　　

3． 装置自检功能　　

自检功能中装置芯片和逻辑回路，并能自动的发出告警信号。

进出线柜内的微机综保装置应合理选用正泰NZB65系列产品。

4.6零序电流互感器这种互感器(具体参数详见一次接线配置图：

具有灵敏度高、线性度好、可操作性高、安装方便、外形美观等特点， 用于电力系统产生零序接地电流时与继电保护装置或信号装置配合使用，使装置元件动作起到保护或监控的作用。零序电流互感器规格多，可以满足很多种保护装置的需要，并且在电力系统中保护各种运行方式起到很大的作用。

应选择正泰LXK-120作为零序电流互感器。

4.7多功能电力仪表的相关具体参数详见附图：一次接线配置图。

是具有电能脉冲变送输出、数字通讯、显示和可编程测量等多功能智能仪表。安装极为方便，现场就可编程设置输入参数，可取代常规的测量指示、电能计量仪表及其他相关辅助单元。它的可编程测量、显示、数字通讯功能，不仅能够完成电量测量数据显示，还具有采集及传输功能。

多功能电力数显仪表选用正泰PD7777-3S4产品。

五、应遵循的主要现行最新标准

     下列标准中所包含的条文，是在本设计中引用而构成本规范书的基本条文。在本规范书出版时，所示版本都是有效的。并且所有标准都会被修订，下列标准均为有效，如果有新标准颁布，则执行新的标准。 

    DL/T 402-2007     《高压交流断路器的订货条件》

    DL/T 404-2007     《3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》

    DL/T 486-2000     《交流高压隔离开关和接地开关》

    GB 1207-2006      《电压互感器》

    GB 1208-2006      《电流互感器》

    GB 1984-2003      《高压交流断路器》

    GB 3804-2004      《3.6kV~40.5kV高压交流负荷开关》

    GB/T 11022-1999   《高压开关设备与控制设备共用技术相关要求》

    GB 11032-2000     《交流无间隙金属氧化物避雷器》

    GB 16926-2009     《高压交流负荷开关和熔断器等组合电器》

    GB 1985-2004    《高压交流的隔离开关和控制设备的标准技术要求》

    GB/T 15166.2-2008    《高压交流熔断器 第2部分：限流熔断器》

    GB 50150-2006        《电气装置安装以及电气设备的交接试验标准》

    SD 318-19          《高压开关柜的闭锁装置所需技术条件》

    IEC 62271-100        《高压交流断路器》

    IEC60298           《1kV-52kV的交流金属封闭开关和控制设备》

    IEC60694             《高压开关设备标准的共用条款》

    IEC600060            《高压测试技术》 

    GB11022              《高压开关设备通用技术条件》 

    GB3906               《3~35kV交流金属封闭开关设备》  

GB763                《交流高压的电器在长期工作条件下的发热状况》

GB2900               《电工名词术语》

GB156                《标准电压》

GB191                《包装贮运标志》

GB50229              《火力发电厂与变电所防火规范》

GB5027               《电力设备典型消防规程》

GB7354               《局部放电测量》

GB/T16927.1～2-1997  《高电压试验技术》

GB 50150-91          《电气装置安装工程以及电气设备交换试验的标准》

DL/T 596-1996        《电力设备预防性试验规程》

所有螺栓、螺纹、螺栓夹和螺母均应在国际化标准化组织(ISO)和国际位制(SI)标准误差范围内。

六·开关柜其余技术要求。

6.1开关柜采用2.0mm厚度的敷铝锌板，门板要进行喷塑处理。

6.2 母线、绝缘子的技术参数要与开关柜保持一致，开关柜内的母排均套热缩绝缘套管，以免维修过程中造成烫伤事故。

七·二次设备配置要求

7.1二次小母线采用15回Φ6铜棒。

7.2柜内设置加热器和照明灯。

7.3接地开关和断路器手车之间应配备联锁装置。

7.4端子采用正泰端子，预留10%空端子。

7.5其余二次元件包括信号灯，按钮，旋钮按常规选型。

7.6电流回路的导线直径大于2.5mm2，其它的回路导线直径大于1.5mm2，以及确保通过的持续电流大于10A。

八·本次设计开关柜成品应具备以下资料：

8.1  开关柜出厂试验报告

8.2  开关柜端子排图、内部电气连接原理图、内部元气件明细表。

8.3  提供开关柜的产品合格证书，出厂试验记录。

九·备品备件

9.1  标配;

9.2  检修工具1套.

十．试验

10.1型式实验

按合同供应的10kV真空手车柜，应已通过鉴定。

10.2出厂试验

供货方向必须向买方提供出厂检验报告

10.2.1  主回路的工频耐压试验

10.2.2  辅助电路与控制电路的工频耐压法的试验

10.2.3  有机绝缘组件或嵌入固体绝缘体内的带电元件，应进行局部放电试验。

10.2.4  准确测量主回路的电阻（包括隔离插头）

10.2.5  机械性能（总行程，压缩行程，分合时间，周期性，弹跳时间），机械操作及机械防误操作或电气连锁功能的试验。

10.2.6  仪表，继电器等元件的校验和接线准确性的检验。

10.2.7  检验具有同样额定值结构组件的互换性。

10.2.8  分合闸动作电压