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电气设计 | 高压开关柜详细培训,全方位阐述!
2023-08-07 14:45  浏览:26

导 读

高压开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。


高压开关柜

高压开关柜广泛应用于配电系统，作接受与分配电能之用。既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网中快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行，以及设备和运行维修人员的安全。因此，高压开关柜是非常重要的配电设备，其安全、可靠运行对电力系统具有十分重要的意义。 

01
高压开关柜的分类


02
KYN高压开关柜的组成结构

开关柜由固定的柜体和可抽出部件（简称手车）两大部分组成。


一、柜体

开关柜的外壳和隔板采用敷铝锌钢板，整个柜体不仅具有精度高、抗腐蚀与氧化作用，且机械强度高、外形美观，柜体采用组装结构，用拉铆螺母和高强度螺栓联结而成，因此装配好的开关柜能保持尺寸上的统一性。

开关柜被隔板分成手车室、母线室、电缆室和继电器仪表室，每一单元均良好接地。
A-母线室

母线室布置在开关柜的背面上部，作安装布置三相高压交流母线及通过支路母线实现与静触头连接之用。全部母线用绝缘套管塑封。在母线穿越开关柜隔板时，用母线套管固定。如果出现内部故障电弧，能限制事故蔓延到邻柜，并能保障母线的机械强度。


B-手车（断路器）室

在断路器室内安装了特定的导轨，供断路器手车在内滑行与工作。手车能在工作位置、试验位置之间移动。静触头的隔板（活门）安装在手车室的后壁上。手车从试验位置移动到工作位置过程中，隔板自动打开，反方向移动手车则完全复合，从而保障了操作人员不触及带电体。



断路器按灭弧介质可分为:
•油断路器。又分为多油断路器和少油断路器。它们都是触头在油中开断、接通，用变压器油作为灭弧介质。
•压缩空气断路器。利用高压力压缩空气来吹灭电弧的断路器。
•SF6断路器。利用SF6气体来吹灭电弧的断路器。
•真空断路器。触头在真空中开断、接通，在真空条件下灭弧的断路器。
•固体产气断路器。利用固体产气材料，在电弧高温作用下分解出的气体来熄灭电弧的断路器。
•磁吹断路器。在空气中由磁场将电弧吹入灭弧栅中，使之拉长、冷却而熄灭电弧的断路器。


按操动机构所用操作能源的能量形式不同，操动机构可分为以下几种：
1、手动机构（CS）：指用人力合闸的操动机构。
2、电磁机构（CD）：指用电磁铁合闸的操动机构。
3、弹簧机构（CT）：指事先用人力或电动机使弹簧储能实现合闸的弹簧合闸操动机构。
4、电动机机构（CJ）：指用电动机合闸与分闸的操动机构。
5、液压机构（CY）：指以高压油推动活塞实现合闸与分闸的操动机构。
6、气动机构（CQ）：指用压缩空气推活塞实现合闸与分闸的操动机构。
7、永磁机构：利用永久磁铁进行断路器位置保持，是一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操作机构。
C-电缆室

电缆室内可安装电流互感器、接地开关、避雷器（过电压保护器）以及电缆等附属设备，并在其底部配制开缝的可卸铝板，以确保现场施工的方便。


D-继电器仪表室

继电器室的面板上，安装有微机保护装置、操作把手、保护出口压板、仪表、状态指示灯（或状态显示器）等；继电器室内，安装有端子排、微机保护控制回路直流电源开关、微机保护工作直流电源、储能电机工作电源开关（直流或交流），以及特殊要求的二次设备。 


开关柜手车的三个位置


二、开关柜联锁装置

开关柜具有可靠的联锁装置，满足五防的要求，切实保障了操作人员及设备的安全。

a、仪表室门上装有提示性的按钮或者转换开关，以防止误合、误分断路器。

b、断路器手车在试验位置或工作位置时，断路器才能进行合分操作，而在断路器合闸后，手车无法移动、防止了带负荷误推拉手车。

c 、仅当接地开关处在分闸位置时，断路器手车才能从试验/检修位置移至工作位置。仅当断路器手车处于试验/检修位置时，接地开关才能进行合闸操作。这样实现了防止带电误合接地开关，以及防止接地开关处在闭合位置时分合断路器。

d、接地开关处于分闸位置时，开关柜下门及后门都无法打开，防止了误入带电间隔。

开关柜盘后门与接地开关联锁示意图

e、断路器手车在试验或工作位置，没有控制电压时， 可实现仅能手动分闸不能合闸。

f、断路器手车在工作位置时，二次插头被锁定不能拔出。

开关柜二次插头被锁定示意图

g、各柜体间可实现电气联锁。

h、开关设备上的二次线与断路器手车上的二次线的联络是通过手动二次插头来实现的，二次插头的动触头通过一个尼龙波纹收缩管与断路器手车相连，二次静触头座装设在开关柜手车室的右上方。断路器手车只有在试验、断开位置时，才能插上和解除二次插头，断路器手车处于工作位置时由于机械联锁作用，二次插头被锁定，不能被解除。

03
高压开关柜操作程序

虽然开关柜设计已保证开关设备各部分操作顺序正确的联锁，但是操作人员对开关设备进行操作时，仍应严格按操作规程和相关要求进行，不应随意操作，更不应在操作受阻时不加分析强行操作，否则容易造成设备损坏，甚至引起事故。

高压开关柜送电操作程序

（1）关闭所有柜门及后封板，并锁好。

（2）将接地开关操作手柄插入中门右下侧六角孔内，逆时针旋转约90°，使接地开关处于分闸位置，取出操作手柄，操作孔处联锁板自动弹回，遮住操作孔，开关柜后门闭锁。

（3）观察上柜门各仪表、信号指示是否正常。正常时微机保护装置电源灯亮，手车试验位置灯、断路器分闸指示灯和储能指示灯亮，如所有指示灯均不亮，则打开上柜门，确认各母线电源开关是否合上，如已合上各指示灯仍不亮，则需检查控制回路。

（4）将断路器手车摇柄插入摇柄插口并用力压下，顺时针转动摇柄，6KV开关柜约转动20圈，在摇柄明显受阻并伴有“咔嗒”声时取下摇柄，此时手车处于工作位置，二次插头被锁定，断路器手车主回路接通，查看相关信号（此时手车工作位置灯亮，同时手车试验位置灯灭），同时应注意手车在工作位置时，地刀操作孔处联锁板被闭锁不能按下，如下图所示。

手车位置与地刀操作孔闭锁示意图

（5）操作仪表门上合、分转换开关使断路器合闸送电，同时仪表门上红色合闸指示灯亮，绿色分闸指示灯灭，查看带电显示装置、断路器机械分合位置及其它相关信号，一切正常，送电成功（操作合、分转换开关时，把操作手柄顺时针旋转至面板指示合位置，松开手后操作手柄应自动复位至预合位置）。

（6）如断路器合闸后自动分闸或运行中自动分闸，则需判断故障原因并排除后方可按上述程序重新送电。

04
断路器操动机构

1、电磁操作机构

电磁操作机构是技术比较成熟，使用较早的一种断路器操作机构，其结构比较简单，机械组成部件数量约120个，它是利用通过合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁芯，撞击合闸连杆机构进行合闸的，其合闸能量的大小完全取决于合闸电流的大小，因此需要很大的合闸电流。

电磁操作机构的优点主要有：
  • 结构比较简单，工作比较可靠，加工要求不是很高，制造容易，生产成本较低；
  • 可实现遥控操作和自动重合闸；
  • 有较好的合、分闸速度特性。

电磁操作机构的缺点主要有：
  • 合闸电流大，合闸线圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作电源；
  • 合闸电流大，一般的辅助开关、继电器触点不能满足要求，必须配专门的直流接触器，利用直流接   触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流，从而控制合、分闸线圈动作；
  • 操作机构动作速度低，触头的压力小，容易引起触头跳动，合闸时间长，电源电压变动对合闸速度影响大；
  • 耗费材料多，机构笨重；
  • 户外变电所断路器的本体和操作机构一般都组装在一起，这种一体式的断路器一般只具备电动合、电动分和手动分的功能，而不具备手动合的功能，当操作机构箱出现故障而使断路器拒绝电动时，就必须停电进行处理。

2、弹簧操作机构

弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成，零部件数量较多，约200个，利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现，而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制，因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量而与电磁力的大小无关，不需太大的合、分闸电流。

弹簧操作机构的优点主要有：
  • 合、分闸电流不大，不需要大功率的操作电源；
  • 既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此 在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作；    合、分闸动作速度快，不受电源电压变动的影响，且能快速自动重合闸；
  • 储能电机功率小，可交直流两用；
  • 弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配，并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构，选用不同的储能弹簧即可，性价比优。

弹簧操作机构的缺点主要有：
  • 结构比较复杂，制造工艺复杂，加工精度要求高，制造成本比较高；
  • 操作冲力大，对构件强度要求高；
  • 容易发生机械故障而使操作机构拒动，烧毁合闸线圈或行程开关； 
  • 存在误跳现象，有时误跳后分闸不到位，无法判断其合分位置；
  • 分闸速度特性较差。

3、永磁操作机构

永磁操作机构采用了一种全新的工作原理和结构，由永久磁铁、合闸线圈和分闸线圈组成，取消了弹簧操作机构和电磁操作机构中的运动连杆、脱、锁扣装置，结构简单，零部件很少，约50个，工作时主要运动部件只有一个，具有很高的可靠性。它利用永久磁铁进行断路器位置保持，是一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操作机构。

永磁操作机构的工作原理：当合闸线圈通电后，它在磁路上部产生与永久磁铁相反方向的磁通，两磁场叠加产生的磁场力使动铁心向下运动，当运动到约一半行程后，由于磁路下部气隙减小，永久磁铁磁力线转移到下部，此时合闸线圈磁场与永磁磁场同方向，从而使动铁芯加速向下运动，最终达到合位，这时合闸电流消失，永久磁铁利用动、静铁芯提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在合闸的稳态位置；当分闸线圈通电后，它在磁路下部产生与永久磁铁相反方向的磁通，两磁场叠加产生的磁场力使动铁心向上运动，当运动到约一半行程后，由于磁路上部气隙减小，永久磁铁磁力线转移到上部，此时分闸线圈磁场与永磁磁场同方向，从而使动铁芯加速向上运动，最终达到分位，这时分闸电流消失，永久磁铁利用动、静铁芯提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在分闸的稳态位置。

永磁操作机构的优点主要有：

采用双稳态、双线圈机构。永磁操作机构的分合闸操作通过分合闸线圈来实现，永久磁铁与分合闸线圈相配合，较好地解决了分合闸时需要大功率能量的问题，因为永久磁铁提供的磁场能量，可以作为分合闸操作用，分合闸线圈所需提供的能量便可以减少，这样就不需要太大的分合闸操作电流。

由动铁芯的上下运动，通过拐臂杆，绝缘拉杆作用于断路器真空灭弧室的动触头，实现断路器的分闸或合闸，取代了传统的机械锁扣方式，机械结构大为简化，使耗材减少，成本变低，故障点减少，大大提高了机械动作的可靠性，能够实现免维护，节省维修费用。

永磁操作机构永磁力几乎不会消失，寿命高达10万次，以电磁力进行分合闸操作，以永磁力进行双稳态位置保持，简化了传动机构，降低了操作机构的能耗和噪音，比电磁操作机构和弹簧操作机构寿命长3倍以上。

采用无触点、无可动元件、无磨损、无弹跳的电子接近开关作为辅助开关，不存在接触不良问题，动作可靠，运行不受外界环境影响，寿命长，可靠性高，解决触头弹跳问题。

采用同步过零开关技术。断路器的动、静触头在电子控制系统的控制下，可在系统电压波形过零时关合，在电流波形过零时分断，产生幅值很小的涌流和过电压，减少操作对电网和设备的冲击，而电磁操作机构和弹簧操作机构的操作是随机的，会产生幅值很高的涌流和过电压，对电网和设备冲击较大。

永磁操作机构可实现就地/远方分合闸操作，也可实现保护合闸和重合闸功能，可手动分闸。因为操作所需电源容量小，采用电容器作跳合闸的直接电源，电容器充电时间短，充电电流小，抗冲击能力强，停电后仍能对断路器进行分合闸操作。

永磁操作机构的缺点主要有：
  • 不能手动合闸，在操作电源消失、电容器电量耗尽以后，若不能对电容器进行充电，则无法再进行合闸操作；
  • 手动分闸时，初分速度要足够大，因此需要很大的力，否则无法进行分闸操作；
  • 储能电容器质量参差不齐、难以保证；
  • 难以获得理想的分闸速度特性；
  • 难以提高永磁操动机构的分闸输出功。

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