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電工電氣論壇

2021年11月11日 11:58

導讀

高壓開關柜是金屬封閉開關設備的俗稱，是按一定的電路方案將有關電氣設備組裝在一個封閉的金屬外殼內的成套配電裝置。

高壓開關柜

高壓開關柜廣泛應用于配電系統，作接受與分配電能之用。既可根據電網運行需要將一部分電力設備或線路投入或退出運行，也可在電力設備或線路發生故障時將故障部分從電網中快速切除，從而保證電網中無故障部分的正常運行，以及設備和運行維修人員的安全。因此，高壓開關柜是非常重要的配電設備，其安全、可靠運行對電力系統具有十分重要的意義。

高壓開關柜的分類

KYN高壓開關柜的組成結構

開關柜由固定的柜體和可抽出部件（簡稱手車）兩大部分組成。

一、柜體

開關柜的外殼和隔板采用敷鋁鋅鋼板，整個柜體不僅具有精度高、抗腐蝕與氧化作用，且機械強度高、外形美觀，柜體采用組裝結構，用拉鉚螺母和高強度螺栓聯結而成，因此裝配好的開關柜能保持尺寸上的統一性。

開關柜被隔板分成手車室、母線室、電纜室和繼電器儀表室，每一單元均良好接地。

A-母線室

母線室布置在開關柜的背面上部，作安裝布置三相高壓交流母線及通過支路母線實現與靜觸頭連接之用。全部母線用絕緣套管塑封。在母線穿越開關柜隔板時，用母線套管固定。如果出現內部故障電弧，能限制事故蔓延到鄰柜，并能保障母線的機械強度。

B-手車（斷路器）室

在斷路器室內安裝了特定的導軌，供斷路器手車在內滑行與工作。手車能在工作位置、試驗位置之間移動。靜觸頭的隔板（活門）安裝在手車室的后壁上。手車從試驗位置移動到工作位置過程中，隔板自動打開，反方向移動手車則完全復合，從而保障了操作人員不觸及帶電體。

斷路器按滅弧介質可分為:

?油斷路器。 又分為多油斷路器和少油斷路器。它們都是觸頭在油中開斷、接通，用變壓器油作為滅弧介質。

?壓縮空氣斷路器。 利用高壓力壓縮空氣來吹滅電弧的斷路器。

?SF6斷路器。 利用SF6氣體來吹滅電弧的斷路器。

?真空斷路器。 觸頭在真空中開斷、接通，在真空條件下滅弧的斷路器。

?固體產氣斷路器。 利用固體產氣材料，在電弧高溫作用下分解出的氣體來熄滅電弧的斷路器。

?磁吹斷路器。 在空氣中由磁場將電弧吹入滅弧柵中，使之拉長、冷卻而熄滅電弧的斷路器。

按操動機構所用操作能源的能量形式不同，操動機構可分為以下幾種：

1、手動機構（CS）： 指用人力合閘的操動機構。

2、電磁機構（CD）： 指用電磁鐵合閘的操動機構。

3、彈簧機構（CT）： 指事先用人力或電動機使彈簧儲能實現合閘的彈簧合閘操動機構。

4、電動機機構（CJ）： 指用電動機合閘與分閘的操動機構。

5、液壓機構（CY）： 指以高壓油推動活塞實現合閘與分閘的操動機構。

6、氣動機構（CQ）： 指用壓縮空氣推活塞實現合閘與分閘的操動機構。

7、永磁機構： 利用永久磁鐵進行斷路器位置保持，是一種電磁操動、永磁保持、電子控制的操作機構。

C-電纜室

電纜室內可安裝電流互感器、接地開關、避雷器（過電壓保護器）以及電纜等附屬設備，并在其底部配制開縫的可卸鋁板，以確保現場施工的方便。

D-繼電器儀表室

繼電器室的面板上，安裝有微機保護裝置、操作把手、保護出口壓板、儀表、狀態指示燈（或狀態顯示器）等；繼電器室內，安裝有端子排、微機保護控制回路直流電源開關、微機保護工作直流電源、儲能電機工作電源開關（直流或交流），以及特殊要求的二次設備。

開關柜手車的三個位置

二、開關柜聯鎖裝置

開關柜具有可靠的聯鎖裝置，滿足五防的要求，切實保障了操作人員及設備的安全。

a、儀表室門上裝有提示性的按鈕或者轉換開關，以防止誤合、誤分斷路器。

b、斷路器手車在試驗位置或工作位置時，斷路器才能進行合分操作，而在斷路器合閘后，手車無法移動、防止了帶負荷誤推拉手車。

c 、僅當接地開關處在分閘位置時，斷路器手車才能從試驗/檢修位置移至工作位置。僅當斷路器手車處于試驗/檢修位置時，接地開關才能進行合閘操作。這樣實現了防止帶電誤合接地開關，以及防止接地開關處在閉合位置時分合斷路器。

d、接地開關處于分閘位置時，開關柜下門及后門都無法打開，防止了誤入帶電間隔。

開關柜盤后門與接地開關聯鎖示意圖

e、斷路器手車在試驗或工作位置，沒有控制電壓時，可實現僅能手動分閘不能合閘。

f、斷路器手車在工作位置時，二次插頭被鎖定不能拔出。

開關柜二次插頭被鎖定示意圖

g、各柜體間可實現電氣聯鎖。

h、開關設備上的二次線與斷路器手車上的二次線的聯絡是通過手動二次插頭來實現的，二次插頭的動觸頭通過一個尼龍波紋收縮管與斷路器手車相連，二次靜觸頭座裝設在開關柜手車室的右上方。斷路器手車只有在試驗、斷開位置時，才能插上和解除二次插頭，斷路器手車處于工作位置時由于機械聯鎖作用，二次插頭被鎖定，不能被解除。

高壓開關柜操作程序

雖然開關柜設計已保證開關設備各部分操作順序正確的聯鎖，但是操作人員對開關設備進行操作時，仍應嚴格按操作規程和相關要求進行，不應隨意操作，更不應在操作受阻時不加分析強行操作，否則容易造成設備損壞，甚至引起事故。

高壓開關柜送電操作程序

（1）關閉所有柜門及后封板，并鎖好。

（2）將接地開關操作手柄插入中門右下側六角孔內，逆時針旋轉約90°，使接地開關處于分閘位置，取出操作手柄，操作孔處聯鎖板自動彈回，遮住操作孔，開關柜后門閉鎖。

（3）觀察上柜門各儀表、信號指示是否正常。正常時微機保護裝置電源燈亮，手車試驗位置燈、斷路器分閘指示燈和儲能指示燈亮，如所有指示燈均不亮，則打開上柜門，確認各母線電源開關是否合上，如已合上各指示燈仍不亮，則需檢查控制回路。

（4）將斷路器手車搖柄插入搖柄插口并用力壓下，順時針轉動搖柄，6KV開關柜約轉動20圈，在搖柄明顯受阻并伴有“咔嗒”聲時取下搖柄，此時手車處于工作位置，二次插頭被鎖定，斷路器手車主回路接通，查看相關信號（此時手車工作位置燈亮，同時手車試驗位置燈滅），同時應注意手車在工作位置時，地刀操作孔處聯鎖板被閉鎖不能按下，如下圖所示。

手車位置與地刀操作孔閉鎖示意圖

（5）操作儀表門上合、分轉換開關使斷路器合閘送電，同時儀表門上紅色合閘指示燈亮，綠色分閘指示燈滅，查看帶電顯示裝置、斷路器機械分合位置及其它相關信號，一切正常，送電成功（操作合、分轉換開關時，把操作手柄順時針旋轉至面板指示合位置，松開手后操作手柄應自動復位至預合位置）。

（6）如斷路器合閘后自動分閘或運行中自動分閘，則需判斷故障原因并排除后方可按上述程序重新送電。

斷路器操動機構

1、電磁操作機構

電磁操作機構是技術比較成熟，使用較早的一種斷路器操作機構，其結構比較簡單，機械組成部件數量約120個，它是利用通過合閘線圈中的電流產生的電磁力驅動合閘鐵芯，撞擊合閘連桿機構進行合閘的，其合閘能量的大小完全取決于合閘電流的大小，因此需要很大的合閘電流。

電磁操作機構的優點主要有：

結構比較簡單，工作比較可靠，加工要求不是很高，制造容易，生產成本較低；
可實現遙控操作和自動重合閘；
有較好的合、分閘速度特性。

電磁操作機構的缺點主要有：

合閘電流大，合閘線圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作電源；
合閘電流大，一般的輔助開關、繼電器觸點不能滿足要求，必須配專門的直流接觸器，利用直流接觸器帶消弧線圈的觸點來控制合閘電流，從而控制合、分閘線圈動作；
操作機構動作速度低，觸頭的壓力小，容易引起觸頭跳動，合閘時間長，電源電壓變動對合閘速度影響大；
耗費材料多，機構笨重；
戶外變電所斷路器的本體和操作機構一般都組裝在一起，這種一體式的斷路器一般只具備電動合、電動分和手動分的功能，而不具備手動合的功能，當操作機構箱出現故障而使斷路器拒絕電動時，就必須停電進行處理。

2、彈簧操作機構

彈簧操作機構由彈簧貯能、合閘維持、分閘維持、分閘4個部分組成，零部件數量較多，約200個，利用機構內彈簧拉伸和收縮所儲存的能量進行斷路器合、分閘控制操作。彈簧能量的儲存由儲能電機減速機構的運行來實現，而斷路器的合、分閘動作靠合、分閘線圈來控制，因此斷路器合、分閘操作的能量取決于彈簧儲存的能量而與電磁力的大小無關，不需太大的合、分閘電流。

彈簧操作機構的優點主要有：

合、分閘電流不大，不需要大功率的操作電源；
既可遠方電動儲能，電動合、分閘，也可就地手動儲能，手動合、分閘，因此在操作電源消失或出現操作機構拒絕電動的情況下也可以進行手動合、分閘操作；合、分閘動作速度快，不受電源電壓變動的影響，且能快速自動重合閘；
儲能電機功率小，可交直流兩用；
彈簧操作機構可使能量傳遞獲得最佳匹配，并使各種開斷電流規格的斷路器通用同一種操作機構，選用不同的儲能彈簧即可，性價比優。

彈簧操作機構的缺點主要有：

結構比較復雜，制造工藝復雜，加工精度要求高，制造成本比較高；
操作沖力大，對構件強度要求高；
容易發生機械故障而使操作機構拒動，燒毀合閘線圈或行程開關；
存在誤跳現象，有時誤跳后分閘不到位，無法判斷其合分位置；
分閘速度特性較差。

3、永磁操作機構

永磁操作機構采用了一種全新的工作原理和結構，由永久磁鐵、合閘線圈和分閘線圈組成，取消了彈簧操作機構和電磁操作機構中的運動連桿、脫、鎖扣裝置，結構簡單，零部件很少，約50個，工作時主要運動部件只有一個，具有很高的可靠性。它利用永久磁鐵進行斷路器位置保持，是一種電磁操動、永磁保持、電子控制的操作機構。

永磁操作機構的工作原理：當合閘線圈通電后，它在磁路上部產生與永久磁鐵相反方向的磁通，兩磁場疊加產生的磁場力使動鐵心向下運動，當運動到約一半行程后，由于磁路下部氣隙減小，永久磁鐵磁力線轉移到下部，此時合閘線圈磁場與永磁磁場同方向，從而使動鐵芯加速向下運動，最終達到合位，這時合閘電流消失，永久磁鐵利用動、靜鐵芯提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在合閘的穩態位置；當分閘線圈通電后，它在磁路下部產生與永久磁鐵相反方向的磁通，兩磁場疊加產生的磁場力使動鐵心向上運動，當運動到約一半行程后，由于磁路上部氣隙減小，永久磁鐵磁力線轉移到上部，此時分閘線圈磁場與永磁磁場同方向，從而使動鐵芯加速向上運動，最終達到分位，這時分閘電流消失，永久磁鐵利用動、靜鐵芯提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在分閘的穩態位置。

永磁操作機構的優點主要有：

采用雙穩態、雙線圈機構。永磁操作機構的分合閘操作通過分合閘線圈來實現，永久磁鐵與分合閘線圈相配合，較好地解決了分合閘時需要大功率能量的問題，因為永久磁鐵提供的磁場能量，可以作為分合閘操作用，分合閘線圈所需提供的能量便可以減少，這樣就不需要太大的分合閘操作電流。

由動鐵芯的上下運動，通過拐臂桿，絕緣拉桿作用于斷路器真空滅弧室的動觸頭，實現斷路器的分閘或合閘，取代了傳統的機械鎖扣方式，機械結構大為簡化，使耗材減少，成本變低，故障點減少，大大提高了機械動作的可靠性，能夠實現免維護，節省維修費用。

永磁操作機構永磁力幾乎不會消失，壽命高達10萬次，以電磁力進行分合閘操作，以永磁力進行雙穩態位置保持，簡化了傳動機構，降低了操作機構的能耗和噪音，比電磁操作機構和彈簧操作機構壽命長3倍以上。

采用無觸點、無可動元件、無磨損、無彈跳的電子接近開關作為輔助開關，不存在接觸不良問題，動作可靠，運行不受外界環境影響，壽命長，可靠性高，解決觸頭彈跳問題。

采用同步過零開關技術。斷路器的動、靜觸頭在電子控制系統的控制下，可在系統電壓波形過零時關合，在電流波形過零時分斷，產生幅值很小的涌流和過電壓，減少操作對電網和設備的沖擊，而電磁操作機構和彈簧操作機構的操作是隨機的，會產生幅值很高的涌流和過電壓，對電網和設備沖擊較大。

永磁操作機構可實現就地/遠方分合閘操作，也可實現保護合閘和重合閘功能，可手動分閘。因為操作所需電源容量小，采用電容器作跳合閘的直接電源，電容器充電時間短，充電電流小，抗沖擊能力強，停電后仍能對斷路器進行分合閘操作。

永磁操作機構的缺點主要有：