电力水利高压成套开关设备的发展研究.doc

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1、高压成套开关设备的发展研究摘要：作者在总结了国内、外各种高压成套开关设备的基础上，根据多年的设计实践、运行经验，提出用固定柜代替手车柜的新思想 按此原理试制出的样机通过了各项型式试验，并成功挂网运行两年。关键词：开关柜、固定柜、手车柜 1、引言随着真空开关免(少)维护的优点被广泛接受，过去针对少油断路器而设计的手车柜(中置柜)理应逐步退出这一领域，而用固定柜取而代之。令人遗憾的是：这一历史性的转变时至今日还没有到来。同时，由于手车柜安全性低(特别是大电流柜)，暴露的问题却日益明显。高压开关2006年第3期“2005年国家电网公司高压开关运行分析”一文中充分说明了开关柜存在的两大问题：(1)绝缘

2、事故(占所有事故的14.3，开关柜及断路器占其中73.2)。主要是柜内放电、CT网络和相间闪络。断路器与开关柜不匹配，绝缘尺寸不够，柜内隔板吸潮，爬距不足，老旧开关改造不彻底，未进行加强绝缘措施等原因造成。 (2)载流故障(占所有事故的2.3，开关柜占其中77.8)-主要集中在1240.5kV中压开关设备上，触头过热，引线过热，常扩大为绝缘事故。主要是由于插头接触不良、插头偏心等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。 出现上述状况的原因固然是多方面的，但是最根本的原因还是国内、外没有开发出比较理想的固定柜，也就没有创造出替代手车柜的先决条件。 2对固定柜的要求 运行事故统计表明高压开关柜烧毁事故已呈

3、上升趋势，这不能不引起我们的极大关注!这些问题，国内、外有识之士并不是没有重视，这在GB390620063.6kV40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备中就已充分体现。首先在附录F中F.1条“与GB39061991相比，分类的变化”中明确指出：前版标准主要围绕可抽出式的空气绝缘外壳而编写的。现在的趋势朝着固定式和GIS方向发展，需要本标准代表这些设备。其次在8.2条“设计和结构选择”中又次明确：固定式的总装，尤其是采用了少维护元件的总装可以提供终生低投入高收益的布置。 固定柜才是未来发展的方向，这一原则性的问题虽已被广泛认可，但理想的固定柜的标准还没有一个共同的认识。本人根据多年的设计实践

4、提出以下几点意见以供参考： (l)在6305000A范围内体积不应大于现有的各种柜型，否则小型化的趋势没有体现。 (2)各项指标不低于现有的各种柜型，而且个别指标应该高于现有标准。这是必须满足的要求。 (3)操作要方便、省力，这是一个共性的要求。 (4)必要时检修要方便，否则就不具备代替手车柜的条件。 (5)外观的美观程度必须加强，这是现代人们的第一感觉，不容忽视。 (6)以空气做相间、和相对地绝缘，这是消除绝缘事故的最实用的方法。 (7)隔离断口可视、可测(温升)，真空灭弧室可视、更换方便，这是预防事故发生的有效措施。 (8)4000A以下最好不用强迫风冷，这是替代手车柜的最有利因素。 (9

5、)造价不能高于现有的各种柜型，甚至在现有铜价(80000元吨)的基础上，能节省20005000元更好。没有这一条以上的所有条件都有可能失去其意义。成套开关设备作为一项传统技术实现一次大的飞跃确实困难，而且受到以下因素的影响使得固定柜没有形成市场的主导： (1)在没有确定真空开关真正达到免维护的前提下还有必要使用可移开式结构： (2)任何人都有惯性思维，当用真空开关取代少油开关时人们只是相应地把手车变小成为今天的中置式，容易被接受。 3、现阶段国内、外成套开关设备的研发状态 近年来国内、外各公司相继研发了一些固定柜，但都没达到一个理想的水平，与上述的九条要求相距甚远。这些产品虽然没有达到我们的理

6、想，但却为后来者提供了很多可借鉴的经验。现在把相对比较成熟的产品拿来进行比较、分析，并不是要否定那一型号的产品，更不是诋毁某个制造厂，而是放在一个公正的平台上进行客观的分析，讨论出一个正确的发展方向。由于作者的水平有限，对其它产品了解的深度有限，文中所述的观点与客观事实难免有些差异，还请大家批评指正。 3.1、XGN212箱型固定式金属封闭开关设备 这是伴随ZN28-12型真空断路器替代少油式断路器而相应开发的替代GGlA型固定柜的产品，其设计理念还是GGlA的思想，目前市场用量很多，如图1所示。虽然有些厂家进行了很大的改进，但根本问题没有解决。主要问题如下： (1)体积由1200W1200D

7、3200H变成1100W1200D2650H，占地面积没有多大变化，安装、运输同样也很困难。 (2)隔室间防护等级最高只能到IP20(受旋转隔离限制)，外观不够理想。 (3)隔离开关操作力太大，联锁机构的应变性差。(4)不论分体式还是一体式断路器，拆、装都有一定困难。(5)虽然也有敷铝锌板柜体，但大多数还是冷轧板焊接后表面喷涂处理，预制、仓储、运输都是困难，非常不适合规模化流水作业。 (6)材料消耗和工时成本都不够经济，铜价上涨后这一问题更加突出。1250A额定电流柜的分支母线用铜量价格达5500元之多： (7)配一体式断路器时参数检测困难，配分体式断路器时因传动环节过多速度很难提高，直接影响

8、短路电流开断能力。 (8)隔离开关因是双断口，扭距大，经常造成瓷套扭断的事故发生，发热量也很大。大电流时此问题更加突出， (9)不能靠墙安装，有局限性。 (10)电缆室排气通道没有考虑好，柜后(R)的通道不能保证人身安全。 3.2、DKG12型铠装固定式金属封闭开关设备 其设计理念还是XGN212的思想，把分立的元件想办法安装在柜内，加一外壳，与XGN212相比只是更换个断路器，如图2所示。主要问题几乎与XGN2相同，而且电流互感器与断路器的安装、拆卸困难，电流互感器的检测也难。也没有考虑安装快速接地开关。3.3、DXG12型铠装固定式金属封闭开关设备与DKG12几乎完全相同，只是改变了一下隔

9、离开关的型号、增加了一个泄压通道，见图3所示。 3.4、KGN612型铠装固定式金属封闭开关设备 (1)因是三工位隔离开关操作力太大，联锁机构的应变性差。 (2)断路器拆、装非常困难，参数检测也很困难。 (3)检修非常困难，更换一只互感器都要把断路器拆下。 (4)不论材料消耗还是工时成本都不够经济，铜价上涨后此问题更加突出。 (5)不能靠墙安装，有局限性。 (6)隔离开关耐受短路电流能力不够。 (7)大电流时不论经济上还是技术上都不具有优势，如图4所示。 3.5、ZKS512箱型固定式金属封闭开关设备 (1)隔离开关仍然使用GN3012型和GNl912型，大电流时操作力大，联锁机构的应变性差，

10、程序锁在使用中比较烦琐。 (2)断路器拆、装非常困难，参数检测也很困难。 (3)隔室间防护等级最高只能IP20(受旋转隔离限制)。 (4)材料消耗和工时成本同样够经济，铜价上涨后问题更加突出。 (5)表面上看体积较小，但其柜后要留出lm以上的维修空间，占用面积很大，更谈不到靠墙安装，局限性过大。 (6)大电流时柜体加大很多，小电流馈线柜也要加深否则无法并柜。工厂内装配都很不便，现场维护就更加困难了。 (7)电缆室只能向后排气，柜后作巡视通道就无法保证人身安全，更谈不上IAC级了。 (8)电缆室与断路器室公用一个门，电缆有电不能进入断路器室，运行连续性只能达到LSC2A级。 (9)母线立放，峰值

11、耐受电流很难保证，如图5所示 3.6、XGNS+-12型小型化固定式开关设备 (1)功能隔室没有隔离，检修不便外，最低级的运行的连续性都无法保证。如图6、图7所示。 (2)没有排气通道，更谈不上IAC级了。 (3)用负荷开关代替隔离开关(见图7)，没有可见断口，经济和技术上都没有可取的价值。 3.7、XGN2812箱型户内真空开关柜 此型号开关柜供电单元和功能隔室都没有隔板隔离(如图8所示)，按CB3906-2006标准衡量运行的连续性LSCl都不够。这只能在特定的场合使用，没有广泛推广的意义。 3.8、lSOVACM12kV系列真空断路器 该产品设计时吸纳了组合化的理念。如图9所示，但没考虑

12、到以下问题： (1)GBl9852003中5.102条规定：“为了安全，隔离开关的设计应使得从一侧的端子到另一侧的任意端子不会流过危险的泄漏电流”。使用的绝缘材料并不能绝对有效的防止污秽，安全也就没有保障。 (2)LSCl级的供电连续性都无法保证。 (3)安装、拆卸都要母线停电。 (4)没有设计滚动装置，安装、拆卸困难。 3.9、ASC12型铠装固定式金属封闭开关设备 该型号产品是比较新的固定柜柜型，如图10所示。其基本思路与我们已很相近：元件侧装，相距统一，导电同路近似于直线，这都是可取之处。但其也存在以下问题。 (1)受元件和柜体结构的限制，现只能达1600A(未见报告)。此柜用GN381

13、2D型隔离开关与KGN612柜用的隔离开关十分相似，后者1250A温升都比较难通过(热稳定也很难满足)，3150A几乎无法实现了。即使能实现变化也太大，与现有柜型也无法并柜使用，也就无法体现出固定柜的大电流优势。 (2)下隔离与接地开关没有组合，不能同时使用。方案选择时受到很大限制(下隔离与接地开关同时使用的情况最多)。 (3)上隔离动、静触头全部在母线室，损坏(尤其动触头)后更换困难，而且不便观察。 (4)断路器完全固定式安装，上、下出线全部固定连接，又没设计滚球，安装和拆卸都不方便，没有从根本上解决固定柜的缺陷。 (5)受上隔离开关的限制，母线室与断路器室间是绝缘板隔离，不能屏蔽电场，按新

14、标准衡量是PI级。 (6)断路器更换灭弧室、参数检测不够便利。 (7)上、下隔离开关、接地开关的操作机构不在一处，其与断路器的联锁必然复杂。 3.10、KYN9712型铠装移开式金属封闭开关设备 此柜为参考阿尔斯通(GEC Alsthom)VISAX柜的设计，如图1l所示，其存在的问题如下： (1)断路器与两个隔离断口设计成一体，虽然导电回路只有1200mm左右，但因导体太短，无法形成散热面积，热源又过于集中，温升很难降低。此柜型只能作到2500A而且还要加风冷，这就不能形成全范围的系列化。(2)隔离断口运行时不可见、不可视，安全性不够。(3)隔离断口一旦熔焊，前、后方向都无法维修、更换，只能

15、把相邻一侧的柜子全部移开才能检修。这一问题在开发初期就已被同行提出，隐患较大。 (4)虽然主导电回路缩短一些，但因结构复杂，造价不但没降低还比常规产品增加较多。 (5)具有短路关合能力的快速接地开关还没见设计出来。 (6)外形尺寸：650(800)Wl410D2150H，优势不够明显(8000为2500A)。 此柜几年前已通过试验，因存在上述问题至今没有广泛推广。 3.11、KYN6712型铠装移开式金属封闭开关设备 此柜4000A额定电流的优势已不明显，其优势是开断电流达63kA(如图12所示)，即可用于大型变电站也可用于小型发电机出口。除存在其他手车柜的共同的问题外，其还存在如下问题： (

16、1)虽可以与KYNl8A并柜使用，但要把KYNl8柜加深，并非原始结构。 (2)如4000A额定电流穿过其他小额定电流柜，母线有可能使温升超标。 (3)占地面积、体积都过大(1110W2150D2650H)，小型化的优势没有体现。 (4)材料成本过高，造价达其他同类产品的两倍以上，难于推广。 国外的产品只见过与上述XGNS相近的一种产品，其余都是充气式固定柜，未见其他报道。 3.12、总结 综上所述，国内、外还没有一个产品能够接近我们需要的理想条件。究其原因主要还有如下几点： (1)在现阶段我国社会上还没有形成各专业最强的力量进行集中研发的机制，各自为战，设计的产品远远不具备替代现有产品的条件

17、： (2)急功近利的思想严重，往往以某个招标工程为出发点才进行试制，考虑问题不可能全面， (3)没有深刻的认识到固定柜进入市场的最有利的切入点-大电流柜。实现大电流柜的小型化才是真正意义上的小型化。从最大电流覆盖到最小电流，用系列化来满足使用者最迫切的要求，只有这样才能迅速扩大市场份额，最终变成主导产品。 (4)设计理念仍停留在GGlA的年代，把现成的元件拼凑在一起，设计个外壳即作为一个新产品，从根本上讲没有新意，不能给使用者带来耳目一新的感觉： (5)崇洋的思想在一部分人的心中还很重，没有用发展的眼光看待我们今天的社会。有此思想的人不论在开关设备的制造领域还是在使用领域都大有人在，这也是制约

18、该领域发展的原因之一。好在我国政府已经认识到这个问题，提倡“自主创新”的精神，限制盲目引进。 (6)由于过去国内以仿造国外产品为主，当国外没好产品推出时，国内也就没有新产品推出了。(7)中置柜大范围使用不过七、八年的时间，复合绝缘的老化也刚刚开始。大电流柜靠强迫风冷也不会马上出问题，大多数使用者也不可能认识到这些隐患。4、KGN8-12型铠装固定式金属封闭开关设备早在2000年作者就曾经提出过应把重点转移到“小型固定柜”，并有了一个基本思路，但因种种原因直到2002年5月才开始正式进行研发。2004年研制出第一台1600A/31.5kA内装分体式断路器的开关柜样机，同年4月份在西安完成全部试验

19、(包括IAC试验)。2005年4月试制出4000A/50kA内装一体式断路器、敷铝锌板柜体、金属卷帘活门的样机。2005年6月在沈阳开始进行研究性试验，当年8月开始到2006年2月先后有6个成套厂、4个元件厂通过型式试验，其间还做了GN58-12D型隔离开关80kA的短路关合试验(根据烧损情况100kA也可能通过)。试验结果表明KGN8-12型固定柜全部达到了技术条件规定的要求，在同样体积和散热条件下其载流量的优势更加突出。之所以能达到如此效果，主要是作出了区别于以往产品的设计(如图13所示)。一改过去先设计元件后设计成套的方法，采取以成套为中心的同步设计思想，实现全方位的优化；从大处着眼，小

20、处着手。把最困难的大电流设计首先实现，再补充完各种规格的设计，尽量使产品一步到位；采取借鉴优秀设计思想、但不随便仿制的思路，提倡对各个环节都要精心设计、不畏艰辛的精神；充分发挥理论的指导作用，在理论上可行的方案就不必顾虑前人是否实践过，大胆地采纳组合化的理念：设计时的初衷就要在技术和经济两个方面都要高于现有的国内、外产品，个别方面也不能低于其它同类产品： 有了以上的设计原则才有可能设计出好的产品。成功的设计方案主要体现在以下几点： (1)柜体结构上分成6个隔室，前侧从上到下依次为：仪表室、机构室、端子排室。后侧从上到下依次为：母线室、断路器室、电缆室。作到强弱电完全隔离，一次回路带电情况下仍可

21、安装二次电缆、检修机构； (2)把统一设计的元件柔性连接后，让导电回路尽量成一条直线，尽量使体积达到最小、造价达到最低； (3)在不影响检修的前提下，尽量把元件组合化。 (a)把分支母线、穿墙套管、上隔离静触头组合成一个“组合式穿墙套管”，并可压接主母线，省却了螺栓连接，如图14所示： (b)把断路器与上隔离开关组合成一个元件，即便于装、卸又节省空间和造价(如图16所示)，同时设计了滚球、运载车、从根本上打消人们对固定柜检修不便的顾虑：(c)穿墙套管、电流互感器和下隔离静触头组合在一起，上接线端直接与断路器的软连接相连，下端的静触头再与下隔离动刀臂相接触，参见图15； (e)把快速接地开关与下

22、隔离开关组合(参见图15)，既节省了空间又降低了造价； (4)借用敷铝锌板柜体结构的优势，外观和造价都可被市场接受。 (5)铝合金卷帘式活门，使检修和供电的连续性都得到满足。 5、KGN8-12型固定柜与其他柜型的比较5.1、实现更大电流范围的系列化 固定柜替代手车柜最大的起因是大电流时手车柜安全性太低， 运行人员无法监视发热的重点即隔离触头，而此处散热又最困难，绝大部分事故都是这里引发。鉴于此点在开发初设阶段全部按最大电流4000A考虑(5000A时可风冷)。这样50MVA主变压器6.3kV低压出线(4580A)、63MVA主变压器12kV低压出线(3637A)都能满足。同时满足50MW、1

23、0kV出线的发电机组出口和125MW及以上发电机组的厂用电的要求。6300A及以上开关柜大多单独使用，体积基本上不受限制，没必要在系列化开关柜内加以考虑。这样的设计思路就避免了研发大电流时有可能推翻小电流的所有设计方案，造成人力和物力的浪费。大电流的研发成功后就不用再怀疑小电流是否成功，只存在经济上是否合理的问题。为了弥补这一问题，630A-4000A共七个规格全部分别设计，用户选用时不用“大代小”，避免浪费。系列化带来的优势如下：(1)由于柜体统一，母线排布一致，并柜十分简单。有许多4000A及以上柜型要用转接柜才能与小电流柜并柜，在技术和经济上都不合理、 (2)柜内的元件采用积木式设计，大

24、电流的零部件用小电流的零部件组合，能共用的全部共用。断路器七个规格只有225张图纸，隔离开关7种规格、4个派生型号也只有192张图纸，不但材料消耗小，生产管理也十分便利，这才实现了真正意义上的系列化。 (3)在柜体结构上随着额定电流变化时原则上只改变材料，不改变图样。生产管理也比较便利： 其它型号的固定柜还没见到4000A以下全部系列化。KYN28A中置柜虽也有5000A柜，但3150A及以上时就用强迫风冷，存在的问题以后章节将进一步讲述。 5.2、实现大电流、小型化 把固定柜的体积缩小到比手车柜(中置柜)甚至还小的程度，这并不难，许多同定柜也已实现，在4000A不装风机冷却、相间又不能用复合

25、绝缘的前提条件下就非常困难了。 KGN812型开关柜柜内主电器元件由具有组合功能的元件相互柔性连接，省却了所有分支母线。因所有元件侧向安装，相间距全部一样，使得各相导电回路长度最短(2266mm)，占用的体积也最小(840(宽)1400(深)2450(高)。此项指标高于相同用电连续性的国内、外各种柜型。只有设计出了这种新型组合式的各种元件，才能把体积减小到这个程度。导电回路也缩短到几乎是直线距离，使其发热功率很小，这才实现了大电流、小型化。KYN28A-12型中置柜其导电回路比较长，不仅散热条件不好，发热功率大约也要增加24左右，其他各种同定柜的导电回路就更长了。 5.3、空气绝缘、安全可靠

26、由于侧向布置，各相回路避免了交叉，相间绝缘全部采用空气作为绝缘介质，这就避免了有机材料老化问题。近些年来许多柜型为了追求小型化，大量使用有机绝缘材料。绝缘材料的制造厂家质量又参差不齐，绝缘事故时有发生。牺牲安全性换来小型化这是非常危险的做法。KYN28A及与其相似的中置柜，尤其号称更小型化的中置柜，安全性更无保障。有机绝缘材料老化是个长期过程，很难用试验室的方法验证。在高温、高湿地区绝缘材料老化问题相当突出。空气虽有被污染的可能，但必定是经过历史检验相对稳定的。所以相间绝缘全部采用空气作为绝缘介质，可长时间耐受线电压。不得不用的绝缘件仅用做相对地绝缘，只长时间耐受相电压。这种设计方案比较经济、

27、安全。 5.4、运行的连续性等级达到LSC2BPM 这表示母线室、电缆室同时有电的情况下断路器室也可以进入。除此之外，为便于对外引线，增加了端子排室(有可能还增加操动机构室)。隔板和活门都是金属的，打开的隔室中又没有电场存在。KGN8-12型固定柜的导电回路近乎是一条直线，即接近了极限最短距离，也就说明在没有重大材料技术突破之前，从理论上讲在同样的运行连续性条件下不会再有比本柜型更经济的固定柜结构了。 5.5、配用的断路器性能比较KGN8-12型固定柜配用的是ZNl08-12型真空断略器(见图16)，其不但与上隔离开关组合构成组合电器，其还有如下特点： (1)操动机构的冲击滚轮直接安装在断路器

28、主轴上，合闸功损失极少，效率高。2550kA机构结构件绝大部分通用，只换合闸簧和线圈即可。合闸速度调节范围也很大。 (2)由于没有传动的中间环节，运动惯量小，不仅分闸速度调节范围很大，前6mm的刚分速度很容易达1.2m/s以上，对断弧非常有利。 (3)虽然主轴长达1000mm以上，但采用多点支撑、局部加粗的方法，同期远远低于规定值，弹跳很难测出，这样的特性对重合闸断弧相当有利。 (4)型式试验通过了6l直流分量下的50kA开断试验，而且采用的是合成方法，比直接试验法通过更加困难，2.6倍的关合试验受试验条件的限制没能做成，但峰值耐受做到了2.6倍。此条件基本上满足了大型发电机组的厂用电要求。波

29、形图和试验的参数见图17。 (5)电容器回路采用专用的“R”触头结构，如图18所示，触头间电场由于非常均匀，开断容性电流试验从未发生过重燃现象。试验站统计情况见表l(其中包括国外品牌)，从中可以看出一次性通过并非易事。由于重击穿产生过电压、脉冲涌流等，严重威胁电容器的安全运行。在广东省发生的多起电容器组爆炸事故就是这个原因。不使用这种特殊的灭弧室，只是加强一下工艺管理、改善一下分闸特性等都不是根本的方法。 表注：试验中如出现重燃则判定为不合格，必须更换灭弧室及调整机构后才允许继续进行，该试品判为非一次性通过。 KYN28A在进行50kA短时耐受试验时隔离触头容易熔焊，而且由于相间距小，2.5倍

30、以上的峰值耐受试验非常不利。 KYN28A配用的VSl-12型断路器(参见图19)存在的问题有以下几点：(1)由于动触头理论上讲就不是直线运动，开断时动、静触头不平行(还要伴随径向抖动)，电场不能始终保持均匀，不利于扩散电弧的形成，抗烧蚀的能力差，带来的后果是：高直流分量时开断能力不足，开断容性负载容易重燃。 (2)断路器需要检测的参数很难检测到(如行程和超行程)，对长期运行十分不利。(3)操动机构在一次回路带电时检修不够安全。(4)火弧室的安装方式带来的缺陷：2005年国家电网公司运行事故统计表明由于真空灭弧室本身原因造成事故达12次，占全部事故的2.4。虽然现在灭弧室的质量有了很大提高，但

31、也不能不考虑预防措施。现在广泛使用的VSl-12型断路器就存在如下问题： (1)灭弧室外裹绝缘筒，即使使用玻璃灭弧室也无法观察灭弧室状态，更换灭弧室就更加困难了。在2005年的12次事故(障碍)中，有两次就是发现灭弧室变色后更换，避免了事故的发生。另外玻壳的电性能也优于陶瓷：(2)灭弧室表面静电尘埃无法清除。这在轧钢厂、水泥厂等污染严重的企业十分不利： (3)通风条件不理想，长时间高温会加速老化，长时间低温又有凝露和闪络的危险： KGN8-12型固定柜的灭弧室完全暴露在外，不存在上述问题。 5.6、较低的发热量，较好的散热效果 KGN812型固定柜之所以达到比较理想的温升效果，主要原因如下：

32、(1)降低发热量这是最根本的方法。导电回路尽量采用多根、异形的方法增加表面积，降低集肤效应。如槽形母线、多片式隔离刀、管形导体等。另外由于组合式元件，触点只有4个，连接点只有5个，接触电阻小。KYN28A中置柜(参见图20)触点虽只有2个，但连接点多达11个。XGN2-12固定柜触点4个，连接点达10个。另外从导电回路总长度看：KGN8-12只有2266mm，KYN28A为2810mm，XGN2-12为4680mm。回路的长度直接影响到发热功率以及最后的温升。 (2)消除涡流发热。柜体结构件的涡流发热直接提高柜内温升，同时也就提高了导电元件的温升。由于KGN8-12型固定柜导电回路各相近乎平行

33、直线，除导电回路穿越的金属隔板外，相近侧板的涡流也很严重。采用低磁导率的不锈钢板基本上消除了涡流发热，防腐效果更好。 (3)设计出合理的对流通道。KGN8-12柜的高压三室(母线室、断路器室、电缆室)为竖直排列，发热最多的是断路器室。柜顶部采用“山”字形的筛网结构，通风面积达670840mm2，又有一定的机械强度。隔室间的隔板开孔后再用筛网封堵。既保证防护等级又可通风。各功能隔室产生的热空气几乎可以直线向上排出，阻力小、速度高、流量大，实现了较好的散热效果。 (4)局部发热点的处理。触头发热向来都是难题，KGN8-12柜采用了两种方法： 1)触点上部开通对流通道，例如周边开孔的管形导体，热空气

34、直接向上排出。上隔离静触头(即组合式穿墙套管)、下隔离静触头(即电流互感器)的结构即如此。 2)局部发热点安装散热器，加大散热面积。断路器灭弧室上下两端即如此。 (5)采用低回路电阻的灭弧室也是成功的因素之一。其回路电阻为一般型的80左右，而且采用完全一次封排技术，质量的稳定性得到可靠保障。 (6)对导磁零部件的处理。2000A以上时接近导电回路的所有导磁零部件涡流发热相当严重，形成热源，严重影响温升。ZNl08-12型断路器的上绝缘子嵌入件一旦导磁，三热源集中(外加隔离触头、真空灭弧室)，很难用简单的方法降温了。 (7)提高对流散热系数。柜内绝大部分的热量是靠对流导出，其散热功率如下： p1

35、sF()式中p1-热对流散热功率； s-对流散热系数； F-有效散热面积； -发热面温度； 0-周围空气温度。 没有涂漆的圆导体s=(0.951.1)10-3而涂漆的导体s=(1.21.6)10-3，提高2050的效率。KGN8-12柜内导电体尤其管形导体的内、外壁均涂黑漆，此方法既经济又实用。 我们所见到的其他型号的固定柜在设计上还远没有精细到这种程度，也就达不到这样的效果。KYN28A中置柜受结构所限，更难采取以上有效措施。 各种手车柜(中置柜)，隔室间防护等级只要在IP20以上，就要使用封闭的触头盒。发热最严重的触头位于触头盒内，没有直接对流空气，热量首先依靠触臂和分支母线传导出去，再靠

36、对流散到空气中。VSl-12型断路器(包括其他类似的断路器)触臂外裹绝缘筒，热量也无法靠对流散出，只能再传导到灭弧室的上、下出线端再对流散出。而灭弧室的热量也要传导到上、下出线端，两热源集中后温升必然很高。上、下出线端处的对流通道面积只有绝缘筒内截面再减去固定件断面后的大小，热量更无法辐射。这是手车柜事故居高不下的最主要的原因。除此以外，发热最严重的触头位于触头盒内，根本无法观察、检测，事故根本无法预防。触头发热问题还会带来绝缘问题!绝缘材料的寿命理论计算方法已有过研究，其中蒙托辛格氏(Montsinger)法则普遍被接受： TAe-mt式中T-绝缘材料寿命，周； A、m-由绝缘材料决定的系数

37、，对A级绝缘 材料，A37210+4,mO.368； t-工作温度，。 我们大多使用的材料为E、B级，每变化t10，其寿命将减到原来的一半。这就是手车柜不但容易发生载流故障，还容易发生绝缘故障的根本原因。现在有些使用者在中置柜内安装了无线测温装置，来保证安全。这只是一个治标的方法，而非治本的方法。KGN8-12型固定柜的触头部位不但采取了上述措施，而且触头全部暴露，既利于散热又便于观察、检测。5.7、外观比较 由于KGN8-12型固定柜也采用了敷铝锌板，这种观赏效果已被广泛接受，加工方法非常通用。5.8、防护等级的比较 XGN2-12型固定柜的防护等级比较低这很明显，但KYN28A的防护等级也

38、很低的问题并没被大多数人知晓。当进行手动储能、合、分闸时，要把断路器室门(此门没被联锁!)打开，人与带电体间的防护等级只有IP20，低于GB3906-2006规定的IP30等级。 5.9、冷却方式的比较 大电流柜使用强迫风冷应该是没有办法的办法，但现在被滥用，不但隐患很大，而且还误导了人们不再进行深入的研究，只是采取简单的方法应付变电站内最重要的设备。许多制造厂把3150A的VSl-12断路器稍加改动，加上八个风机(包括一个滚筒风机)，就作4000A试验。加上两个滚筒风机就作5000A试验，造价低廉、结构简单。试验虽然通过了，隐患却留给了使用者。主要原因如下： (1)风机是一长期运转的设备，本

39、身就有其使用寿命，如不能带电更换，这直接影响柜子的使用； (2)大电流柜要用多个风机分别安装在母线室、断路器室、电缆室，当大电流要穿过小电流馈出线柜时母线室按要求也要装风机，否则温升可能超标。但要同时运转多个风机会使配电室严重扬尘，尘埃对绝缘件不利。KYN28A柜的母线室就很难装4根10010的母线(4000A时矩形导体电流密度只有1.OA/mm2)，这说明在试验室里得到的结论并没有代表性。在内蒙古阿拉善盟某220kV变电站电抗补偿柜不到3000A时柜体表面温度达80以上，严重威胁运行安全，这就是馈线柜主母线载流能力不够引起的。 (3)长期运转，风机转速下降、风道受阻都有可能使风量降低，使温升

40、再次超标。 (4)KYN28A柜的引风机安装在断路器室的泄压口上，内部故障时不能泄压。(5)风机运转时噪音很大，影响了运行人员对异常声响的判别。KGN8-12型固定柜只有5000A时使用强迫风冷(4个65W轴流风机，可不停电更换)，其余以下电流等级均为自然风冷。由于主母线为2700mm2的槽形母线，电流密度可达2A/mm2，自然风冷状态下就可通过5000A，不会出现上面所述情况。 5.10、安装的局限性 GB50053-9410kV及以下变电所设计规范中规定开关柜可以靠墙安装，后盖板距墙不小于50mm即可。绝大部分固定柜都不能实现靠墙安装，KYN28A中置柜虽勉强可以，但电缆室在柜子的后下部，

41、距前门较远，接线不便。KGN8-12型固定柜可在正面维护，完全可以靠墙安装，这给改造老配电室创造了条件，也节省了占地面积。5.11、发生内部故障后的柜体更换 KYN28A型中置柜并柜时螺栓帽要嵌入到邻柜中，一旦非边柜发生内部故障无法直接更换柜体，只能把相邻的一侧柜子全部移开才能更换，隐患极大。KGN8-12型同定柜采用并柜条，解决了上述问题。 5.12、检修的方便性比较 在人们以往的印象中固定柜检修的方便性方法与手车柜(中置柜)相比，如果仔细分析情况则不然。 (1)出现故障时“手车柜可以迅速更换一台手车再送电”，这是对出现简单的机械故障和二次线路故障而言可以。如果出现一次绝缘事故柜体本身都要受

42、损，决不可能贸然再送电。机械故障和二次线路故障过去可能经常发生，但随着机械加工手段的进步故障的几率已经非常小了。“方便的更换一台手车”这是使用少油断路器时代的要求，没有多大的现时意义。相反，还会带来前文所述的负面隐患。 (2)KYN28A型中置柜所使用的VSl-12型断路器(包括其他类似的断路器)，在工厂内检测行程和接触行程都很困难，在运行现场就更加困难。至于更换灭弧室、调整行程和接触行程就更难上加难了。随着机械磨损和电气烧损接触行程将变小，小到一定程度后触头压力不够，直接影响断路器的正常开断和关合。这些真正需要检测到的参数不能方便的检测到就更谈不到便于检修了： (3)KYN28A型中置柜检修

43、、试验电流互感器时，要解除接地开关联锁，解除麻烦恢复更加烦琐：其它型号的固定柜检修不便的问题也非常突出，这里不再细说。 针对上述问题，KGN8-12型固定柜设计时采用如下方法： (1)断路器的一般检测和更换外两相灭弧室都可直接进行，不必移动。断路器装有滚球，更换最内侧的灭弧室(只有靠墙安装时)或更换断路器才需移到柜前或移出柜外。拆开一侧接线，卸掉安装螺钉和隔离拉杆就可移到柜前部检修，再借助运载车就可移出柜外并可落地。 (2)断路器的操动机构位于柜前，检修十分便捷。检测行程和接触行程可直接进行，无需拆卸任何零部件。 (3)根据直观的判别就可解除联锁，且可自动恢复。 只有达到这样的条件才能从根本上

44、削除历史上人们对固定柜检修不便的看法。 5.13、联锁操作机构比较 受结构的影响，固定柜的联锁操动机构向来都是难题。现有的联锁操动机构主要存在以下问题： (1)操作烦琐，可靠性低。 (2)操作力大，尤其大电流柜问题更加突出，不能满足GBl985-2003的60N的要求。这还可能使操作人员分辨不出是正常操作还是在误操作。 (3)有时不能阻挡误操作的进行，损坏零部件，甚至发生误操作酿成事故。 (4)联锁操动机构的适应性差，当联锁的条件发生变化时不能满足。如电气与机械的互锁、长距离的机械互锁等。没办法时采用程序锁，在多开关柜的配电室就有可能造成锁具混淆，慌乱情况下不易操作成功。 KYN28A中置柜手

45、车到达工作位之后没有提示，出现过不到位和过位损坏的事故。针对上述问题，KGN8-12型固定柜专门设计了LCS3型联锁操动机构： (1)操作过程中随时可观察被操作元件的状况，并有指针提示，保证操作的正确性。 (2)采用阻挡式的闭锁方法，使误操作无法进行一步，从根本上杜绝误操作的发生，也不会损坏零部件。 (3)采用大变比的省力机构，即使操作大电流回路也会很轻松，操作到位的感觉也明显，不易损坏零件。 (4)采取积木式设计，针对一次回路的方案来选配组合方案，使联锁操动机构的适应性很强。如电气与机械的互锁、长距离的机械互锁等都很容易实现。 (5)根据直观的判别就可解除联锁，且可自动恢复。这在检修、试验时

46、十分重要。 5.14、电流、电压互感器的比较常规的电流互感器激磁电流要600安匝，而大多数使用的电流互感器变比都在600/5以下，必须采用复匝方式。短时耐受和峰值耐受电流对复匝结构的危害非常严重，一般只能作到额定电流的50100倍(标准也这样规定)。随着电网容量的加大，短路电流一般都在31.5kA以上，远远高于电流互感器的耐受程度，有些事故也是由此产生的。过去各制造厂避讳谈此问题，也是因为没有经济、简单的方法。 KGN8-12型固定柜设计时考虑了这个问题，专门设计了LFZBJ8-12型电流互感器，短时耐受和峰值耐受电流分别达25kA、62.5kA。根据需要完全可以达到31.5kA、80kA，造

47、价并不会很高，从根本上解决了这一长期困扰供电系统的问题。 单独设计的电压互感器100VA时精度仍可达0.2级，满足多馈出线的要求。5.15、一次主接线方案的比较 过去经常使用的双母线和单母线带旁路母线的接线方式近年来已很少使用，但在有二三台及以上主变或非常重要场所也要使用上述接线方式。XGN2-12型、KGN7-12型的上述方案体积都过大，安装运输都不便。KGN8-12型固定柜的上述方案体积分别减小到1500(W)2300(D)2800(H)、1000(W)2100(D)2450(H)一另外把KGN8-12型固定柜中的组合式穿墙套管换成电流互感器，每相就可装两只电流互感器(最多五个线圈)。5.16、KYN28A柜存在的其他问题 (1)接地的连续性问题。没有考虑到断路器本体在试验位置