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摘要：10kv高压开关柜是当前使用十分普遍的一种柜型，为了进一步提高产品的经济效益和社会效益，对高压开关柜的结构设计进行不断改进与完善是非常重要的。本文首先对当前10kv高压开关柜结构设计中存在的问题进行分析，并在此基础上探讨解决问题的有效措施。
关键词：10kv；高压开关柜；结构设计；问题
引言
10kv高压开关柜是当前使用十分普遍的一种柜型，为了进一步提高产品的经济效益和社会效益，对高压开关柜的结构设计进行不断改进与完善是非常重要的。结构设计是否科学合理，直接关系着产品的使用性能和效果。所以，提高对开关柜结构设计的重视程度，分析问题产生的原因，并制定相应的解决措施是非常重要的，应该引起相关部门的高度重视。
一、10kv高压开关柜构成分析
高压开关柜的构成部件较多，其中主要结构包括负荷开关、隔离开关、接地开关、高压断路器、高压熔断器、站用变压器、接触器以及互感器等等，各部件的作用功能存在差异，而且在10kv高压开关柜运行过程中需要各部件之间相互协作，从而保证电力系统运行的稳定性和安全性。此外10kv高压开关柜中还包括测量、控制、保护以及调节装置，并且还需要充分考虑到客户的实际需求，结合国家相关标准要求，从而确保10kv高压开关柜结构设计的科学性和可行性，进而避免10kv高压开关柜在实际运行过程中出现事故，保证电力系统运行的安全性。
二、10kv高压开关柜的结构
就目前电力系统中所涉及的高压开关柜来看，其结构主要以组装式为主，原因是组装式结构的开关柜具有安装简便、灵活性强等优点，安装过程中可以根据实际情况改变几个小部件来实现不同的安装需求。就当前10kv高压开关柜的结构来看，主要包括5个部分，即电缆室、仪表室、断路器室、母线室和小母线室。这几个部分既彼此联系，又相互独立。每一个构成部分都有其各自的功能，其中，电缆室主要是敷设电缆的地方，也是安装电气元件的地方，这些电气元件包括接地开关和避雷装置等。仪表室主要安装的是二次元件，通过二次元件的正确安装实现对开关柜各项功能的有效控制。断路器室主要安装的是断路器，通常情况下，对于断路器的安装主要有固定式和手车式两种安装方式，固定式安装方式的优点在于操作简单，而且安装成本较低，但是灵活性较低；而手车式安装方式的优点则是可靠性高，能够大幅度提高供电的安全性和稳定性，但相应的成本也比较高。安装人员需要根据实际需求，选择最佳的安装方式。母线室中所安装的母线大小和强度需要满足一定的动、热稳定值的要求。而小母线室则主要安装一些简单的小母线。只有做好上述5个部分的安装工作，才能够10kv高压开关柜结构设计的科学性和合理性，进而提高设备的使用性能。
三、高压开关柜设计中的关键性问题
3.1安全净距设计
在高压开关柜的设计过程中，必须要保证所有裸露的带电的电元件之间要有安全净距，其中还包含了相应以及对地的空气间隙，不然就会引发短路现象发生，对整个电力系统的运行造成一定程度的危害。按照相关的电力标准的规定，在只是以空气作为绝缘介质并且海拔的高度在1000米以下的时候，则要求10kv高压开关柜相对的及相和相之间的安全净距不应该小于125mm，当海拔的高摩大于1000m的时候，则应该对相应的绝缘距离进行修正。当受到配电室的狭小空间限制的时候，就需要缩小高压开关柜的尺寸，在不能够满足绝缘距离是要求的时候，就需要采取有效的措施来解决绝缘的问题，比如：采用、绝缘板和高压绝缘热缩材料。在使用这些材料的时候应该注意以下的问题：首先在实际的应用过程中，在使用热缩材料将整个高压裸露带电导热缩起来的时候，要保障10kv高压开关柜的绝缘距离不能够小于80mm，此外，热缩套管的绝缘强度会随着时间的推移而逐渐的老化，所以就要定期的进行检査和维护，保障其能够正常的运行。在使用DMC、SMC绝缘隔板的时候，10kv高压开关柜的带电裸导体和该绝缘板的间隙之间应该不小于15mm。相应的绝缘隔板的绝缘的强度则会随着时间的推移而逐渐的下降，所以也要定期的进行检查和维修。相应的安全净距的标准（如表1所示），在设计的过程中应该尽最大可能按照标准进行。
3.2爬电距离设计
随着我国电力系统的发展，电力系统用户对系统的可靠性提出更高的要求，根据绝缘污秽等级和实验技术条件的规定和要求，开关柜内一次回路中的元件，应满足相之间以及相对地的绝缘，元件通常通过各类的绝缘件进行支撑，绝缘件要求满足一定的绝缘水平外，还应具有在一定的污秽等级下具有良好绝缘爬电距离；一般正常环境中使用，污秽等级为Ⅱ级，对于10kv高压开关柜内的绝缘件一般推荐的爬电比距为：≥18mm/kv（对瓷质绝缘）和≥20mm/kv（对有机绝缘）。
目前生产绝缘件的厂家的通过改变绝缘件伞裙的数量和伞裙的高度来增大爬电距离，但为了安装和后期维护方便，一般绝缘件的安装外形尺寸不变；目前10kv高压开关柜内的绝缘件已经是成熟的产品，但市场上由于生产厂家的生产工艺以及所用材质的不同，导致绝缘件的绝缘水平和爬电距离也不尽相同，所以在设计要求时一定要明确绝缘件的污秽等级、爬电距离等技术要求，且严格控制绝缘件的质量检测，以此提高绝缘件的可靠性。
3.3五防连锁设计
为了保证电力网安全运行，确保设备和人身安全，防止误操作，高压开关设备“五防”闭锁设计在高压开关设备中尤为重要。统计表明，带负荷拉、合隔离开关，误分误合断路器，带电挂接地线（即往带电母线或设备主回路上挂接地线），带接地线合隔离开关（即在母线或设备接地时合隔离开关），工作人员误入带电间隔是最容易出现、危害也最大的五种误操作。
因此，对开关设备要设置可靠的联锁和闭锁装置，以保证操作程序的正确性和防止以上五种误操作。这就是所谓的“五防”，即：
（１）防止带负荷分、合隔离开关。
（２）防止误分、误合断路器、负荷开关和接触器。
（３）防止接地开关处在合闸位置时或带接地线关合断路器、负荷开关等。
（４）防止带电时挂接地线或合接地开关。
（５）防止误入带电间隔。
常用的联锁装置可分为两大类：
（１）机械类包括机械联锁装置、程序锁和钥匙盒联锁装置等。
（２）电气类包括电气联锁、电磁锁和高压带电显示装置等。
其中，机械连锁这种模式下的系统中的各个部件相互联系，按照相应的操作程序实施各项操作。五防连锁的优点在于具有较高的可靠性，在设备运行过程中如果不是人为损坏，便会始终处于正常运行的状态，但是由于五防连锁涉及的内容较多，所以在内部结构上比较复杂，而且对加工工艺也有较高要求。机械程序锁的结构则相对来说比较简单，但是由于结构中存在外万能钥匙，所以不可避免会出现由于人为操作失误而造成的各类问题。所以，结构设计人员应该根据10kv高压开关柜运行的实际需求采取最佳的五防连锁方式。
3.4关于防护等级设计
为了防止人体在接近高压开关柜的高压带电部分以及触及运动的部分，在进行设计的时候应该全面的考虑到防护等级的问题，相关的防护等级的分类（如表2所示）。在实际设计的过程中，随着防护等级的提升其相应的费用也会有所提升，散热的条件也会变差，所以不能够只是追求防护的等级，通常情况下选用IP3X以及IP4X为最佳。
3.5动稳定设计
一般来说，10kV高压开关柜能够承受的额定电路开断电流为20kA-50kA，如果电路开断电流超过这一范围，那么就会导致母线之间产生较大的电动力。在这种情况下，为了有效避免母线偏移的现象发生，设计人员需要借助支撑绝缘子的支撑进行保护，而不会使母线发生弯曲和变形或损坏母线支撑件、盖板等，在某些薄弱环节，还应该有所加强。
四、结束语
综上所述，10kv高压开关柜在电力系统运行过程中发挥着不可替代的作用，但是目前10kv高压开关柜在结构设计方面却存在较多的问题，这严重制约了10kv高压开关柜作用功能的充分发挥，而且还影响了电力系统运行的稳定性和安全性。因此设计人员必须确保10kv高压开关柜结构设计的科学性，避免设计缺陷，保证电力系统运行的安全稳定。
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