真空開關櫃

在實際使用中多將真空斷路器裝入金屬櫃內，構成高壓開關櫃。開關櫃中除了斷路器之外，還要安裝起隔離電路作用的隔離開關、起安全保障作用的接地開關、起測量或保護作用的電流互感器和電壓互感器、起過電壓保護作用的避雷器或RC吸收器，而且還要安裝繼電保護用的二次迴路元件和線路，引接電纜或架空線都可以進入櫃內，使開關櫃成為一個有相對獨立組合功能的配電裝置。

基本介紹

• 中文名：真空開關櫃
• 電壓：GB3906-91 3～35kV
• 作用：保護作用的避雷器或RC吸收器
• 實質：真空斷路器裝入金屬櫃

產品概述

在發電廠的開關站、輸電線路的變電站、接受電能的用戶終端變電所中，都大量採用各種開關櫃。

大約在10年之前，裝有少油斷路器的開關櫃在全國幾乎占居壟斷地位，但隨著真空斷路器的興起，少油開關拒逐步退居其次。自1993年提出"無油化改造"要求以來，更助長了這一趨勢，有的省市甚至明令禁止在城市電網及重要用戶的所、站建設中繼續使用少油開關拒，而舊站則逐步用真空開關櫃來取代少油開關櫃。

真空開關櫃

目前我國真空開關櫃方面的技術標準有：

GB3906-91 3～35kV交流金屬封閉開關設備

DL404-91 戶內交流高壓開關櫃訂貨技術條件

開關拒的技術參數與斷路器技術參數相仿，根據所裝斷路器的參數而定，唯一不同的是，開關拒額定電流根據主迴路中各電器元件（例如隔離開關，或電流互感器）的最小額定電流取值。

產品類型

高壓真空開關櫃，可有三種分類方式，每一類又有若干個基本類型，它們各有自己的特點。詳見表1。

分類方式 基本類型 結構特點 優缺點

按斷路器安裝方式 固定式 ①斷路器固定安裝

②櫃內裝有隔離開關 ①櫃內空間較寬敞，檢修容易

②易於製造，成本較低

③安全性差

移開式 斷路器可隨移開部件(手車)移出櫃外 ①斷路器移出櫃外，更換、維修方便

②省卻隔離開關

③結構緊湊

④加工精度較高，價格貴些

按櫃內隔室的構成 半封閉式 櫃體正面、側面封閉，櫃體背面和母線不封閉 ①結構簡單，造價低

②安全性差

箱式 隔室數目較少，或隔板防護等級低於IP1X ①母線也被封閉，安全性好些

②結構複雜一些，價格稍高

間隔式 ①斷路器及其兩端相連的元件均有隔室

②隔板由非金後板製成 ①安全性更好些

②結構複雜，價格貴些

鎧裝式 結構與間隔式相同，但隔板由接地金屬板製成 ①安全性最好

②結構更複雜，價格更高

按櫃內絕緣介質 空氣絕緣 極間和極對地的絕緣靠空氣間隙保證 ①絕緣性能穩定②造價低

③櫃體體積大些

複合絕緣 極間和極對地絕緣靠較小的空氣間隙加固體絕緣材料來保證 ①櫃體體積小，但防凝性能不夠可靠

②造價高一些

SF6氣體絕緣 全部迴路元件置於密閉以容器中，充入SF6氣體 ①技術複雜②加工精度要求高

①價格高

半封閉型開關櫃(如GG-1A(F)Z)(見圖一)和箱式開關拒(如XGN和GGXZ) (見圖二)都屬於固定式，而間隔式(如JYN型)和鎧裝式開關拒(KYN型)都屬於移開式的(JYN型、KYN型等其他相關開關櫃的外型圖請參閱我公司產品樣本和網站上的具體說明)。在移開式開關櫃中，近年來從國外引進一種稱作中置櫃的，其移開部件（俗稱手車）更加小巧，高度降低，幾乎是將真空斷路器的底座添些部件就作為手車。

目前國內開關拒，大都採用空氣絕緣形式，雖然拒體大些，但由於絕緣性能可靠、維護方便、造價較低等優點，它仍為主流。至於複合絕緣，雖在真空斷路器本體中有的型號採用了，但在開關櫃中沒有大量採用，最多在櫃體主母線加套固體絕緣材料以增加它的絕緣可靠性。此外，對於櫃內個別部位絕緣水平略顯不足的，往往加入玻璃纖維絕緣板或者加套絕緣熱縮套管，作為輔助的措施。

除了空氣絕緣和複合絕緣之外，國外還有採用SF氣體絕緣的開關拒。這種開關櫃將整個導電迴路，包括母線、隔離開關、真空斷路器、電流、電壓互感器、避雷器，甚至電線頭等元件全部包容在一個密閉的櫃體中，內充稍高於大氣壓力的SF氣體，由SF作為絕緣介質，稱為充氣櫃。其優點是體積縮小，與外部環境條件(如濕度、海拔高度、灰塵、霧、污穢等)完全沒有關係，缺點是技術複雜、精度高、電器元件本身的可靠性要求極高，價格異常高昂。我國尚未有此類產品投放市場。

技術要求

在我國高壓開關櫃的GB3906和DL404標準中，對開關櫃的技術要求已有詳細規定，請參閱相關專業書籍，較為重要和實用的幾個項為：

1) 對相間及相對地的絕緣距離的要求

2) 對防凝露的爬電距離的要求

3) 對防護等級的要求：

為防止人體接近高壓開關櫃的高壓帶電部分或觸及運動部分，以及防止固體異物進入殼內，IEC標準統一了IP防護代碼，防護等級的第四位字母表示電器設備對雨水的防護能力；由於戶內櫃體無防雨要求，也無須分級，故統用"X"表示。外表面通常可以做到IP3X級，有必要時也可做到IP4X級。內隔板防護要求可稍低，從IP0X到IP3X都有。

4) 對五防聯鎖功能的要求

五防聯鎖對防止誤操作，減少人為事故，提高運行可靠性起到很大的作用。五防功能，指的是可以防止五種類型的電氣誤操作，這五種防誤操作功能是：

a) 防止誤分、誤合斷路器。

b) 防止帶負荷合上或分斷隔離開關(或隔離插頭)。

c) 防止帶電操合接地開關或掛接地線--此功能涉及系統人為短路接地或人身生命安全，故定為強制性聯鎖。它要求：①當斷路器或上下隔離開關處於合鬧時，接地開關絕不能被操合；②只有當接地開關合閘之後，櫃體的後門和下前門才能被打開，才可能掛夾臨時性接地線。這通常採用機械聯鎖方式，使得a．隔離開關處於打開位置接地開關才能操台；b．隨之前、後門才能開啟掛接臨時接地線。作為輔助措施，可在前、後門上加設高壓帶電顯示裝置作警示。

d) 防止帶有臨時接地線或接地開關合鬧時送電--此項也是強制性的，目的是保證系統和人身的安全。

e) 防止誤入帶電間隔--亦是強制性的，以保人身安全。

歸納起來，實施五防功能方面，有非強制性的(a項)和強制性的(b、c、d、e項)；有主動性防禦和被動性防禦。被動防禦指採用高壓帶電顯示裝置，只是提示性的，不夠可靠。主動防禦大致可分三類：①採用機械聯鎖裝置，用機械零部件來傳動並產生約束，可靠性最高(除非零件損壞、斷裂)，宜優先推薦使用；②採用翻牌(插頭)和機械程式銷，可靠性稍遜，因鎖與匙之間並非絕對-一對應；③採用電氣聯鎖，可靠性又差一些，因為電磁鎖和導線都有損壞的可能，而且也需電源供電(須與繼保迴路電源分開)，但優點是可以長距離傳送。

5) 高壓帶電顯示裝置

在各類型開關櫃中，經常使用高壓帶電顯示裝置。當主迴路帶有高壓電時，它經過電容分壓原理輸出低壓電壓訊號，點燃氖燈，以燈光信號發出提示(也可以將低壓訊號變換一下去控制電磁鎖，構成強制性閉鎖)。帶電顯示的感應元件多內藏於絕緣子或瓷瓶當中，後者還可起到支承作用。運行人員觀察指示燈就可了解哪一段主迴路在帶電運行。在維護或測試櫃內元件時，該提示信號更顯得重要。高壓帶電顯示裝置本身價格不算高，約六七百元一套(三相)，占整櫃價格比例很少，而對人身安全保障的作用是不小的。雖然氖泡有時會損壞，但三相同時損壞的可能性極小。因此建議設計院設計的主迴路結線時，適當地多繪過高壓帶電顯示裝置，如果主結線圖末繪出，生產廠家一般不會主動加過去，因為工程計價時沒有計入，必然減少生產利潤。

開關櫃櫃後面上一般都應有帶電顯示裝置。

另外，對於進線櫃主迴路中從下隔離開關的上端到斷路器下接線端之間的母線，有可能的話最好加裝帶電顯示器。因為此段母線①是裝設電流互感器的位置。電流互感器可能會損壞，造成接地。③直接反映下隔離開關的隔離狀態。如果隔離開關傳動件失靈，就可能出現操縱手柄打到分閘位置，而隔離開關的刀閘並沒有斷開的情況。③當檢修或測試斷路器或電流互感器而竭掛接臨時地線時，往往是在此段母線上實施接地。多一組帶電顯示就多一個監測手段。

6) 主進線不允許停電的情況

曾經遇到過配電房電源主進線不允許停電的情況，原因是該變電站的變壓器是三繞組的，一個高壓電源進線(帶斷路器)，一個供配電房，另一個供變電站用電，即使配電房出了故障，站用電也不能停，即高壓側斷路器不能跳閘。對於這種特殊情況，配電房的開關櫃訂貨時需預先向生產廠家聲明，否則生產廠家按常規設備製作，則會在主進錢櫃斷路器或電流互感器的維修、測試時就會帶來相當大的危險。

解決的辦法是將下隔離開關整個獨立出來加以封隔。如果是下部電纜進線的方式，則應另增一櫃，此櫃僅裝入下隔離開關(即進線隔離開關)，其出線則可用母排或高壓電纜引向主進線斷路器櫃，當然還需要解決兩櫃的聯鎖以滿足防誤的功能(可考慮採用程式鎖)。如果是架空線從後櫃進線的話，則可將進線(下)隔離開關整個移置於後櫃內，由主櫃後鐵板起封隔離作用，但此時後拒的深度必須加深。

7) 長期發熱載流能力

由於一次迴路各電器元件處於密封的櫃內空(半封閉櫃除外)同時運行，各自發出熱量，櫃內空氣溫度必然比櫃外環境溫度高些，導致電器元件散熱困難，溫升增高。而且根據DL404--91標準的要求，開關櫃應通得過110%額定電流值的溫升試驗。因此，櫃內電器元件，除電流互感器因測量、保護之需要外，其他如斷路器、隔離開關(或隔離插頭)、套管等元件，均應選取比長期額定電流規格大一個檔次的產品，比如櫃體為630A時選用800A的、800A的選用1000A、1000A的選用1250A的電器元件等。

8) 母線接觸面處理

開關櫃中有許多導電聯接面，有電器元件出線端對母排的聯接，也有母排對母排的聯接。有電流時導電聯接面會發熱，發熱量多少與電流密度有關，還與接觸面的物理狀態密切有關。

從微觀角度來看，即使經過精細加工的接觸面也是凸凹不平的，導電作用是通過若干個尖端碰觸而實現的，非尖端部分則留有空氣隙。潮濕空氣中的水分，以及大氣中的塵埃會滲入空氣隙中，在發熱和水分作用下接觸表面會氧化和污穢，接觸狀態變差，接觸電阻上升，發熱量也就隨之增加。所以電氣聯接面須有保護措施，最簡易的辦法是塗抹中性凡士林或導電膏，它們占據接頭間的間隙，不讓空氣。水分和塵埃進入，減輕氧化程度。較好的辦法是接觸面鍍錫。錫層質地軟，在螺栓壓力下產生延展，增加實際的電接觸面積，而且錫不易被氧化。另外，在錫層保護下，接頭的允許發熱溫度由90℃提高到105℃，頗有好處。

9) 動穩定性

開關櫃內的主母線和引下線，在有故障電流流過時產生較大的電動力，電動力大小與短路電流的平方成正比。電動力有兩種：一種發生於三相母線之間，該作用力力圖擴大和縮小三相母線間距離，方向交變，頻率為工額的2倍；另一種產生於同相母線上，只要母線不在一條直線上，每一段彼此都有作用力，力的方向是力圖使母線"板直"。

為了抗禦電動力，母線需有足夠的動穩定能力，這須藉助支持絕緣子的支撐。一般來說，隔離開關的接線端板不要當作主要支撐力點，只可作輔助，當它參數較低時尤應如此。兩個絕緣子之間的距離通常不應超過800mm。支持絕緣子有時可用高壓帶電顯示絕緣子兼任。

10) 開關櫃櫃體之間應有封隔

在變電所或開關站中，往往將許多面開關櫃並列成為一排用主母線將各櫃聯結起來，構成配電網路。過去舊型開關櫃母線室直接聯通，中間無任何分隔或阻擋。這樣當其中一台開關櫃出現閃絡故障時，電弧在將該拒燒毀的同時還要沿著聯通的母線通道燃燒過去，接連燒毀一串開關櫃，造成全站癱瘓停電，損失慘重，這種現象俗稱"火燒連營"。

為了防止"火燒連營"，90年代之後除半封閉式(GG-1A(F))型固定櫃之外，其餘各型箱式、間隔式和鎧裝式開關櫃都採取櫃與櫃之間分隔的措施，用接地金屬板將每櫃封隔，主母線則通過穿牆套管再聯接起來。當某櫃出現櫃內故障，事故電弧移到母線室後不能隨意縱向擴散，基本上局限於本櫃內，對鄰櫃影響大大降低，更不會一連串地燒下去，減少了損失。當用母線槽連線兩櫃時，切記加裝隔板和套管，

11) 電纜頭安裝的高度

從底面進入櫃內的電纜，多數穿越底板後再分岔，加上分相後外沿面也有絕緣要求，因此電纜頭的安裝點須有一定高度，通常以大於500mm為好。過低時，會給電纜頭製作和施工安裝帶來困難，如須套裝零序電流互感器時更感高度不夠。

當兩根及以上電纜並接時，分相電纜芯不能互相交錯，須注意不同相電纜芯之間的絕緣距離，

12) 開關櫃應考慮或有降低內部故障措施

開關櫃常見內部故障、產生原因和防止措施見下表：

容易產生內部故障的部位 內部故障可能產生的原因 措施舉例

斷路器 維護不良、機構螺釘鬆動、絕緣裕度不足 定期按規定進行維護，制訂規程、增加絕緣隔板

隔離開關、負荷開關、接地開關 誤操作、接觸不良或發熱嚴重 加聯鎖，制訂規程；精心研磨觸頭，細心調整，敷導電膏

互感器 鐵磁諧振 採用合適的電路設計，避免該類電效應

電纜室 設計不當 選擇合適的尺寸

布置不當 避免電纜交叉連線，安裝質量檢查

固體或液體絕緣的損壞(缺陷或流失) 現場質量檢查，進行絕緣耐壓實驗

螺釘連線面和觸頭接觸面 電化腐蝕、裝配不當 使用防腐蝕被鎮層或導電膏，檢查裝配質量

五防聯鎖 失靈、位置鬆動，零件損壞 維護、例行檢查時試操作，分析原因，更換零件

所有的部位 工作人員的錯誤 用遮欄限制人員接近，帶電部分以絕緣包裹，制訂規程，張掛警示牌

在電場作用下老化 例討試驗檢查

污染、潮氣、灰塵和小動物的進入等 採取措施改進運行環境條件

過電壓 防雷保護，現場絕緣耐壓試驗，加邂雷器或RC吸收裝置

閃絡放電 櫃體開設壓力釋放視窗

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