高低压成套设备基础知识

高低压成套设备基础知识

高低压成套配电装置,又称成套开关设备或开关柜。是以开关设备为主体，将其它各种电器元件按一定主接线要求组装为一体而构成的成套电气设备，它用于配电系统，作接受与分配电能之用。对线路进行控制、测量、保护及调整。主要有高、低压开关柜，箱变等

1. 开关柜的特点

(a) 开关柜作为封闭式半封闭式，对电器元件及辅助件保护性好，能有效地防止灰尘、雨水、动物 随意进入而影响供电的质量。

(b) 开关柜独立性好，能有效的防止因电路等故障使事故扩大。 (c) 开关柜联锁比效比较可靠、全面、安全性能高。 (d) 便于运输和安装。

(e) 能与微机结合，实现自动化管理。

(f) 开关柜为金属外壳，从强度和刚度都能满足要求，而且壳体都可确保安全可靠接地。

2. 开关柜的分类 (a) 按柜体的结构特点分为开启式和封闭式两种。开启式柜体结构简单，造价低，一次元件之间一 般不隔开，母线外露。封闭式的则将一次电器元件用隔板分隔成不同的小室，较开启式的安全，可以防

止事故的扩大，但造价要高。 (b) 按一次电器元件固定的特点分为固定式和手车式。固定式柜体一次元件安装完后，位置是不动的，但检修较为不便，而手车式的柜体断路器及操动机构全部在手车上（有时包括互感器、仪表等），检修断路器及机构等元件时，可将手车推出柜外，所以比较安全、方便、缺点是增加活动触头使回路电阻增加。

(c) 按电压等级分为低压、及高压开关柜

(d) 按使用环境可分为户内式与户外式，以及一般环境型与特殊环境型（即矿用、温热带、高原型） 3. 柜体

3.1柜体外形尺寸的允许偏差见表7（等于JB/T6753.4中4.1表1的A级） 表7 柜体外形尺寸的允许偏差 尺寸范围（mm） ＞120～400 ＞400～1000 ＞1000～2000 ＞2000～4000 偏差值(mm) 高 ±1.2 ±2.0 ±3.0 ±4.0 宽 －深 ±1.2 ±2.0 ±3.0 ±4.0 01 －01.6 02.4 04.0 －－ 3.2结构间隙差

结构间隙指结构外表的结构要素之间如门与门、门与其它结构要素之间形成的同一间隙或平行间隙。其差值见表8

表8 结构间隙差

尺寸范围（mm） ≤1000 ＞1000 部 位 同一间隙均匀差（mm） 1.0 1.5 平行间隙均匀差（mm） 2.0 2.5 3.3面板、侧板、门板等板类构件平面度的一般公差，为任意平方米小于3mm。面板通常小于1.5mm。 4. 什么是外壳防护等级

外壳防护等级就是防止人体接近带电部分或触及运动部分的外壳、隔板以及防止固体物体侵入设备应具备的保护程度。代码为IP，由两位特征数字及附加字母组成，如IP2X、IP30、IP4X、IP5X。第1位特征数字（0～6或字母X）表示防止外物侵入的等级，第2位特征数字(0～8或字母X)表示防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。0 表示没有防护或无特殊防护，X 表示不要求规定特征数字，关柜常见防护等级含义见表9。

表9 常见防护等级含义 防护等级符号 IP2X IP3X IP4X IP5X 防止固体异物进入 防止接近危险部件 直径12.5mm及以上的物体 防止手指接近（直径12mm长80mm的试指） 直径2.5mm及以上的物体 直径1.0mm及以上的物体 尘埃（不完全，但不影响设备正常运行或危及安全） 防止工具接近（直径2.5mm长100mm的试棒） 防止导线接近（直径1.0mm长100mm的试验导线） 防止导线接近（直径1.0mm长100mm的试验导线）

5.母线

各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。由于母线在运行中，有巨大的电能通过，短路时，承受着很大的发热和电动力效应，因此，必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。

5.1母线的分类

母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。

矩形母线一般使用于主变压器至配电室内，其优点是施工安装方便，运行中变化小，载流量大，但造价较高。

软母线用于室外，因空间大，导线有所摆动也不致于造成线间距离不够。软母线施工简便，造价低廉(其后的线母均指硬母线)。

5.2母线的相序排列规定及颜色 母线的相序排列及颜色见表10。

表10 母线的相序排列及颜色 相别 A B C 中性线 接地线 母线安装相互位置 颜色 黄 绿 红 淡蓝 黄绿相间 垂直位置 上 中 下 － － 水平位置 远 中 近 － － 引下线 左 中 右 － － 分断柜、母联柜及其他装有特殊电气设备的柜，当母线按此相序排列确会造成线母配制困难时，其相序可以变化。

5.3母线搭接面的处理

一般而言，母线搭接面应平整清洁，搭接面的边沿及孔口应无毛刺或不平现象，宽度大于40mm的母线搭接面还应进行压花处理，不同金属的母线搭接面还要进行搪锡（镀锡）、镀银处理，以防止金属

间电化腐蚀。

5.4母线的装配

与母线连接的螺栓，一般应由下往上穿，由前往后穿（特殊情况除外），紧固后螺栓尾部露出螺母2～3扣，螺母应置于观察的维护侧，在连接时母线两外则应加有平垫圈，螺母侧装有弹簧垫圈或锁紧螺母，同侧相邻两平垫圈不得形成闭合磁回路，应保持有3mm以上的净距离。母线装配时应横平竖直，母线紧固螺钉不能带劲强行装配，紧固力矩值祥见附录B。

5.5母线的制作和选用

母线的制作和选用祥见公司OKY.966.002《母线制作和安装工艺手册》 5.6母线连接的各种螺栓、螺钉拧紧力矩 各种螺栓、螺钉拧紧力矩见附录C

5.7成套开关设备面板上模拟线颜色规定（GB50171）

将一次接线用规定的设备文字和图形符号按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部组成和连接关系的单线接线图，称为一次接线图。也称为是模拟图。成套开关设备面板上模拟线颜色规定见表11。

表11 模拟线颜色

装置运行电压kV 直流正极 直流负极 ～0.23 ～0.40 模拟母线颜色 褐 蓝色 深灰 黄褐 装置运行电压kV ～3 ～6 ～10 ～35 模拟母线颜色 深绿 深蓝 绛红 鲜黄

5.8常用的主母线系统

单母线系统是最简单的一种。投资省，操作方便、清晰，便于扩建，但当母线或母线侧隔离开关检修时，全部要停电；而当某路出现断路器故障时，该回路亦只得停电，供电可靠性较低。

单母线分段，它比前一种稍有改善，保留了简单、经济、方便的优点，而且一段母线或母线隔离开关故障时，不至于全站长时间地停电；对重要用户可在Ｉ、Ⅱ段各供一回出线，提高可靠性。

5.9成套开关设备接线方案

成套开关设备接线方案是成套开关设备功能的标志。它是根据电力系统主结线要求，针对使用场合与控制对象，并结合主要电器元件特点确定的，包括电能汇集、输送、分配以及计量和保护等多种功能的标准电气线路。有单元方案(见图6)和单元方案组合(见图7)。

图6 单元方案

图7 单元方案组合

6.成套开关设备接地

成套开关设备的外壳都由金属材料制成的，远行中，外壳及其它不属于主回路或辅助回路的所有金属部件都必须牢靠地接地。接地导体应沿整个开关设备和控制设备的长度延伸方向布设。如果导体是铜制的，其电流密度应保证在规定的接地故障条件下不超过200A/mm2,并确保接地系统的连续性。

7.成套开关设备联锁装置

成套开关设备各组成部件之间应设置可靠的联锁和闭锁装置，以保证操作程序的正确性。常用的联锁方式有：机戒联锁、程序锁和电气联锁，机械联锁具有操作简便、直观、和可靠性高的特点，因而在设计时应优先采用。若需要联锁的元件相隔较远或联锁的程序比较复杂，可采取程序锁和电气联锁的方式。一般在下述环节设置。

(a)主开关(如断路器)误合误分。

(b)断路器和负荷开关与隔离开关之间。

(c)接地开关和隔离开关或一次导电回路之间。 (d)接地开关或一次回路导电回路与柜门之间。 (e)手车柜的二次插头，与主开关之间。 8. 电气间隙及爬电距离

8.1爬电距离：沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。即在不同的使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象。此带电区（导体为圆形时，带电区为环形）的半径，即为爬电距离。见图3。

8.2电气间隙：在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在保证电气性能稳定和安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离。见图8。

图8 电气间隙和爬电距离

可见，爬电距离和电气间隙实际是两个相关参数，都是针对电气绝缘性而来。但，电气间隙的尺寸应使得进入设备的瞬态过电压和设备内部产生的峰值电压不能使其击穿。爬电距离的的尺寸应使得绝缘在给定的工作电压和污染等级下不会产生闪络或击穿（起痕）。可以看出，电气间隙和爬电距离的防范

对象和考核目的不同。电气间隙防范的是瞬态过电压或峰值电压；而爬电距离是考核绝缘在给定的工作电压和污染等级下的耐受能力。

8.3各电压等级裸露带电体对地空气距离及爬电距离见表12、表13。 表12 低电压裸露带电体对地空气距离及爬电距离 额定绝缘电压Ui(V) 60＜Ui≤300 300＜Ui≤660 660＜Ui≤800 电气间隙（mm） Ie≤63A 5(6) 8(10) 14(16) Ie≥63A 6 10 14 爬电距离（mm） Ie≤63A 4(10) 12(14) 14(20) Ie≥63A 8 14 20 注：此表是在设备未标明额定冲击耐受电压值，括号内的数据为低压成套无功功率补偿装置要求。

表13 高电压裸露带电体对地空气距离及爬电距离 电压等级（kV） 6（7.2） 10（12） 24 35（40.5） 电气间隙（mm） 100 125 180 310 爬电距离（mm） 144（有机绝缘）20mm/kV 240（有机绝缘）20mm/kV 480（有机绝缘）20mm/kV 810（有机绝缘）20mm/kV 8.4相间及相对地之间增加绝缘隔板规定

根据行业标准DL/T 537-93中7.3.2.4规定：10kV配电装置如采用相间绝缘隔板，各相导体的相间和对地的净距不得小于30mm，隔板的沿面爬距不小于150mm。35kV如采用相间绝缘隔板，各相导体的相间和对地净距不得小于60mm，隔板的沿面爬距不小于300mm。24kV配电没装置没有明确规定，但是满足加隔板条件的净距及沿面爬距的范围可以推断出在两者之间。在电气距离不够的情况下，高压绝缘套管（也叫热缩套管）的应用范围和使用规范，在高压开关柜的行业及国家标准中至今没有明确规定。

9. 什么是辅助电路（也叫二次回路）

成套设备中（除主电路以外）用于控制、测量、信号和调节，数据处理等电路上所有的导电部件。 二次回路包括：测量、保护、控制与信号回路部分。测量回路包括：计量测量与保护测量。控制回路包括：就地手动合分闸、防跳联锁、试验、互投联锁、保护跳闸以及合分闸执行部分。信号回路包括开关运行状态信号、事故跳闸信号与事故预告信号。

9.1测量回路 测量回路分为电流回路与电压回路。电流回路各种设备串联于电流互感器二次侧（5A），电流互感器是将原边负荷电流统一变为5A测量电流。计量与保护分别用各自的互感器（计量用互感器精度要求高），计量测量串接于电流表以及电度表，功率表与功率因数表电流端子。保护测量串接于保护继电器的电流端子。微机保护一般将计量及保护集中于一体，分别有计量电流端子与保护电流端子。

电压测量回路，220/380V低压系统直接接220V或380V，3kV以上高压系统全部经过电压互感器将各种等级的高电压变为统一的100V电压，电压表以及电度表、功率表与功率因数表的电压线圈经其端子并接在100V电压母线上。微机保护单元计量电压与保护电压统一为一种电压端子。

9.2控制回路 (a) 合分闸回路

合分闸通过合分闸转换开关进行操作，常规保护为提示操作人员及事故跳闸报警需要，转换开关选用预合-合闸-合后及预分-分闸-分后的多档转换开关。以使利用不对应接线进行合分闸提示与事故跳闸报警，国家已有标准图设计。采用微机保护以后，要进行远分合闸操作后，还要到就地进行转换开关对位操作，这就失去了远分操作的意义，所以应取消不对应接线，选用中间自复位的只有合闸与分闸的三档转换开关。

(b) 防跳回路