摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，伴随现代社会的不断发展，电力已经成为社会发展中不可或缺的重要能源，而电力设备更是发挥着保障能源供应的重要工具。高压开关设备作为一种常见的电力设备，在实践中对其设计和应用就显得至关重要。基于此，本文以10kV高压开关柜设备为基础，对其基本的设计原理进行阐述，并对可在存在的风险进行分析，从而为电力行业的平稳有序发展奠定基础。
关键词：高压开关设备；设计原理；风险问题
引言
高压开关作为智能电网的关键设备，其健康状况一直是电站运行维护关注的焦点。与状态检修相比，定期检修存在检修量大、针对性差、维护费高等缺点。随着电力系统大容量化、高电压化和结构复杂化，传统预防性试验和定期检修已无法满足设备安全高可靠性指标要求，迫切需要实施设备状态检修。高压开关健康状态评估是其状态检修的核心技术依据，可为设备资产管理提供支撑，对保障开关设备安全可靠运行具有重要意义。
1金属铠装抽出式开关设备结构和工作原理阐述
金属铠装抽出式开关设备主要由可抽出式断路器、开关设备柜体和二次保护三大部分组成。可抽出式断路器由移动底盘车、弹簧操作机构、真空灭弧室、动触臂及动触头组成。底盘车作为可抽出式断路器的推进机构，可实现断路器在试验和工作位置之间的移动，轻便灵活；真空灭弧室和弹簧操作机构为一体式、纵向磁场触头结构，灭弧系统为杯状磁场触头结构，动静触头采用梅花式结构。真空断路器具有“防跳”功能，在一次合闸指令下只合闸一次，机械寿命大于20000次，使用寿命长，同时具有互换性，减少检修时间，有效地保证了供电的连续性。开关设备柜体采用进口敷铝锌板，表面采用预处理工艺，其板材的下料、冲孔、折弯全部使用数控设备加工而成；开关设备柜体为组装式结构，具有良好的密封性，防护等级为IP4X，开关设备柜体中额电流值和结构相同元件为标准件，具有互换性。开关设备柜体分仪表室、断路器室、母线室和电缆室四室。其中仪表室分内外两层门，门上安装保护装置等二次设备，内、外门的开启便于二次设备接线和检修维护；开关设备的断路器室为中置式结构，内装抽出式断路器；母线室内安装母排类导电体；电缆室内安装电流互感器、接地开关、避雷器、连接负荷侧的电缆等电气设备，各室之间导电体通过绝缘件固定支撑、绝缘隔离，实现各室相互独立，有各自的泄压通道，保证设备故障时产生的压力排出时不伤害现场的操作人员，同时避免发生故障时殃及其它，将故障损失降到最小。保护部分的核心是微机保护装置，装置集成保护、控制、测量、监视、通讯功能于一体，带遥测、遥控、遥信、遥调功能。其通过接入的电流互感器，电压互感器等测量元件的信号对回路的状态进行监视，控制以及保护。根据整定值进行过流、速断、差动、定时限等动作，实现对变压器、电机和线路等电气设备的保护，控制断路器迅速切除故障的电气设备，控制故障影响范围。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为满足电力行业的“五防”要求，开关设备柜体、断路器本体以及开关柜和断路器之间进行了相应的“五防”设计：（1）断路器分合闸回路中串接电气五防锁，只有插入与之对应的钥匙时，断路器才能进行分、合闸操作，即实现“五防”中的防止误分、误合断路器；（2）断路器在合闸状态，其本体摇进摇出机构被锁定，断路器不能在工作和试验位置之间移动，即实现“五防”中的防止带负荷分、合隔离开关或隔离插头；（3）开关设备内的接地开关和断路器之间机械联锁，断路器在工作位置接地开关不能合闸，实现“五防”中的防止带电合接地刀（或挂接地线）；（4 ）接地开关在合位，断路器和轨道之间机械联锁，保证断路器不能从试验位置进入工作位置，实现“五防”中的防止带接地线合闸；（5）接地开关和开关设备柜体前后下门之间机械联锁，保证在带电状态下，接地刀闸在分闸分位，前后下门不能打开，反之当前后下门打开时，接地刀不能由合闸位置转为分闸位置，实现“五防”中的防止误入带电间隔。
210kV高压开关设备的设计
2.1外壳设计
10kV高压开关设备的外壳是整体设计的基础，通常高压开关设备的外壳均需要采用金属结构，使其具备一定的使用强度，并且杜绝以网络编织物及不耐火材料进行制造。在金属封闭式的高压开关设备的主回路设计中，所有组件都应当安装于金属外壳内部，以达到安全的防护设计标准。由于10kV高压开关本身的高压特点，对于其安全防护等级要求极为严苛，因此在外壳的设计中，必须要满足相关的设计标准，才能够真正发挥安全防护的作用。
2.2高压开关柜内部故障及压力释放设计
由于金属封闭开关设备柜内元器件的缺陷，或由于工作场所的环境特别恶劣引起的绝缘事故，可能导致柜体隔室内出现电弧，称为内部故障。出现内部故障时，首先要保证人身的安全，其次还要使内部电弧限制在尽可能小的范围内不致波及附近的其他部分；当然，最重要的是避免内部故障的发生。当金属封闭开关设备内的母线短路时，电弧释放的能量加热气体，使气体压力升高；其次，电弧在回路电动力的作用下从母线的电源侧向负荷侧运动。如果隔室或柜体间密封不严，被加热和游离的气体还会扩散到其他部分，使事故范围不断扩大，严重时还会波及到整组的金属封闭开关设备。金属封闭开关设备的内部故障问题日益受到重视，１０ｋＶ开关柜的手车室、母线室、电缆室均需设计与外壳相同的防护等级的压力释放盖，压力释放盖通常采用一边铰链和一边尼龙螺栓的方式固定，同时压力释放盖的释放压力口要求朝向柜后和柜顶方向（即防止人身受到燃弧释放压力的危害），压力释放盖在正常情况下为关闭状态，当突发燃弧的情况下释放盖能迅速打开，以便尽快释放压力，将事故降低到最小，所以一般要求压力释放装置能尽快地实现抑制故障，快速、安全地排出高温气体及燃烧微粒，并把电弧故障的内部效应限制在本隔室内，不致因燃弧或其他效应在外壳上造成穿孔和破坏接地系统。
2.3接地设计
接地设计是10kV高压开关设备中不可或缺的必要环节，通过科学的设计以保证电力维修人员及相关设备的安全，保障电力的安全持续供应。在设计中应当对除能够从高压开关设备中，分开后能触及的部件以外的接近回路中的所有部件实现接地，以实现完整的接地方案。与此同时，对于10kV高压开关设备的整体延伸方面，实施专用接地导体的设计，以铜质材料为例，其在出现接地故障时，电流的密度不得超过200A/mm2，最小截面不小于30mm2。此外，在接地设计中还应设置相应的接地标识。
结语
近年来，特高压电网带来的强电气连接和智能电网带来的智能化交互，电网结构、运行特性和物理形态都发生了深刻变化，未来电网逐渐呈现智能化运维发展趋势。高压设备健康评估技术是一项综合性强、跨多学科的新技术，需要融合大数据、云计算技术，打造智慧开关云，为用户提供设备在线监测、健康评估、故障预警、故障诊断等多种增值服务。推动远程监测诊断与电站运维相结合，建立前台应答、后台专家系统分析服务的模式，实现设备全寿命周期管理。
参考文献：
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[2]朱国谦.浅谈高压开关柜的设计[J].电气传动自动化，2015，5（9）.
[3]黄晓波.浅谈10kV高压开关柜结构设计问题探讨[J].科技创新导报，2013（20）.
论文作者:朱利剑1,白明2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/18
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