中北大学
摘要：开关柜在电气工程的应用非常广泛，并且在之中存在的重要作用。其具有占地面积小，结构简单等特点。这些特性使得高压开关柜在电网中的使用占相当大的比例，这是电力系统中非常重要的功率控制装置。我国对高低压开关柜电气结构设计探索以及研究起步较晚，在这方面的经验也乏善可陈。这一现状说明为保证电力系统输电配电的稳定运行，必须进一步加强对开关柜的绝缘性能问题研究。
关键词：开关柜设计； 微机保护；发展前景
1 引言
1.1 研究意义与背景
高压开关柜由于将各种器件（如断路器、隔离开关等）、电缆集成安装在金属封闭设备内，所以它的运行状态对电力系统的可靠运行具有决定性的影响。由于高压开关柜在电网设备中占有比较大的比例，加之国网电科院运行经验表明在役的开关柜运行事故中由绝缘问题引起的故障比例最大，此类问题极易导致停电范围进一步扩大，所以必须对其绝缘结构进行研究并加以改进。
1.2 开关柜发展介绍与未来方向
1.2.1 我国开关柜设计的发展历程
在变电站发展早期，建设者根据设计方案要求与其他电气设备生产厂家进行交流，然后购买各种电气设备。在变电站将买回来的设备进行组装测试，使得调试后的设备满足设计方案要求。在后来的发展中，人们感到这种买入设备再运输回来实地组装测试需要耗费大量人力财力，并且可能会有调试不合要求的情况出现，这就拖慢了电力系统的建设运行。
1.2.3 35kv开关柜设计的未来发展
在电力系统的配电侧，具有配电和能量转换功能的高压开关柜的安全运行过程非常重要，其稳定性可直接影响电力系统稳定性。国网电科院的数据表明，相当程度的开关柜事故都属于绝缘事故，当开关柜周围机械、电气、温湿度环境恶劣时，开关柜内部便会发生局部放电，极有可能导致绝缘事故发生，所以未来对开关柜内部局部放电检测技术还需加强。
1.3 开关柜的具体介绍
35kV开关柜是一种比较成熟完善的集防误闭锁功能为一体的用于接收电能与分配电能的配电装置[17]。当系统发生故障时，该装置可以配合继电保护装置迅速对故障位置做出可靠动作，切除故障电流。
根据开关柜结构的不同，可分为间隔式，铠装式和箱式开关柜。铠装式开关柜指把柜内主要部件如电缆接线、电源母线布置在金属隔板隔开的小室中；间隔类型类似于铠装类型，不同之处在于该分区具有一个或多个非金属分区。
2 35kv开关柜具体性能分析
2.1 外部环境导致的故障分析
(1)环境湿度影响
在空气湿度大的地区（比如沿海地区），开关柜的绝缘性能下降非常明显，这是由于湿度大导致绝缘材料老化加快及湿度大导致表面电阻降低导致的。
(2)粉尘、小颗粒、烟雾影响
细小颗粒污秽物质长期在开关柜内部绝缘材料及金属隔板附着，对其有着非常严重的侵害。可能生成导电物，构成绝缘缺陷，甚至发生放电闪络；
2.2 内部因素导致的故障分析
开关柜内部结构设计不完善也会导致绝缘故障发生，目前，实际运行中常存在该因素导致的故障具体有以下几条：
(1)绝缘距离不标准
高压开关柜所采用的复合绝缘结构在爬电比距、耐受电压、最小空气绝缘距离等方面有着严格要求。
柜体内部带电体空气绝缘净距离设置不均匀，从而导致设备运行时内部产生不均匀的电场，降低了气体间隙绝缘强度[18];
(2)绝缘触头盒内部母排倒角不合标准
母排倒角不标准极易引起尖端放电，长期运行会加速结缘材料老化，导致绝缘事故发生；
(3)如果触头盒的屏蔽结构设计有缺陷、穿墙套管无屏蔽设计等，则不能实现存在均匀的电场、消除安装面及绝缘件内部放电现象的功能;
高压开关柜内必须装有加热器，用来排除湿气。若加热器及通风设计不合理，底部的热气向上流动，无法散发，会造成凝露，使得运行环境更加潮湿；
2.3 针对外部环境导致的绝缘问题改进措施
(1)在污秽较大地区，开关设备经常被灰尘，烟雾，湿气和其他物质侵蚀，这些物质腐蚀绝缘层的表面，形成导电物体，从而导致绝缘不良，绝缘等级降低和放电闪络。比较简便的防护措施是加强室内开关柜运行时的设备内防污处理，定期清除设备表面积聚的污垢并恢复原始绝缘水平。 另外，清洁通常在维护电气设备的同时进行。
(2)在湿度较大地区，开关设备运行环境湿度过大且温度波动速度快、幅度大，户内又未采取干燥措施，则湿气容易在设备表面造成凝结，引起爬电和闪络事故。较简单的解决措施是:户内加装除湿设备，湿度超标时开始运行;注意开关设备内部的加热器应全天候投入;在设备新投运或停运后再启动前，先把加热器和除湿设备投运-定时间，待设备内部干净、干燥后再投运设备。
3 35kv开关柜一次接线总体设计
以JYN1-35高压开关柜为例，其结构可分为手车和柜体两部分：
该手车是断路器手车。主要电气组件是断路器（安装在小车上），接地开关和隔离静态触点座。有时，断路器会造成严重的故障或损坏。可以使用特殊的托架将断路器手推车从机柜中拉出以进行维护，也可以用备用断路器手车将其更换，然后将其推入机柜以继续维护。
接地的钢板将机柜分成四个独立的隔室：母线室，手推车室，中继仪表室和电缆室。机柜的下部背面成为电缆隔室，并且已安装电缆和电流互感器。它的上方是主母线室。隔室由隔板隔开，以确保维护期间的安全。机柜前面是中继室和手车室，它们按此顺序工作。带推进器的手车，装有断路器等，在导轨上来回移动。
4 高压开关柜微机保护装置
4.1微机测量与保护
在高压开关柜结构中，都会加装保护装置来确保电力系统的稳定运行。以往的保护结构是由许多电子器件构成，比如定时限过流保护装置就是由时间继电器、信号继电器、电流继电器构成。采用这种组装方式的特点是遭遇故障时动作时间短，动作迅速，稳定可靠。
4.2 微机保护软件与硬件设计
针对进出线的开关保护采用的是大众通用型的线路保护，用于对进线柜和出线柜进行保护和测量。一般的进线微机保护需要有速断保护、过流保护功能。此外还应根据特定的现场情况考虑逆功率保护功能。变压器开关柜，配电所里一般情况下变压器高压侧挂在母线上，普通的变压器开关柜除了涉及到过流速断保护，还会有高低压侧零序保护、瓦斯温度等保护。
参考文献
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[3]骆洁艺. 基于暂态地电压和超声波测试的10kV开关柜绝缘状态评估技术的研究[D].华南理工大学,2010.
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