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引言
     根據國家電網公司“關于推廣20kV電壓等級的通知”的精神，20kV電壓等級很快升溫，江蘇省作為全國試點，率先在13個市開始推廣20kV電壓等級供電。早在1993年，蘇州新加坡工業園區在國內第一個采用20kV電壓供電。而目前我國中壓配電網基本以10kV為主，隨著經濟的快速增長，特別是在經濟發達地區，現有lOkV供配電系統容量小、損耗大等問題日益突出，已經很難承受急劇增長的用電負荷。與傳統的10kV配電網相比，20kV配電網不但可以增加供電能力，加長供電距離，節約能源，降低75%的電力損耗，還具有顯著的環保效益。據測算，輸送同等功率20kV供電線路的有色金屬耗量可比10kV供電減少50%，節約投資約40%。20kV電壓等級早已被列入國際電工委員會標準( IEC38-1983)中，已被數十個國家和地區采用，我國于1993年將20kV電壓等級列入GB156-1993標準中。
    20kVid電電壓的推廣，將給高壓開關制造業帶來很大的商機，當然這也是一個漫長的過程，國內眾多開關生產企業包括跨國企業均投入24kV開關設備的試制生產之中，但絕大多數企業只是一味地沿用KYN28-12開關柜的設計，或模仿國外企業的產品，毫無創新意識，不能根據具體運行環境和標準要求來進行改進創新設計，導致產品技術性能低，試驗不過關，不能滿足國內運行環境和標準的要求。
    概述
   下面就從技術和經濟層面來談一談24kV開關設備，對于高壓開關柜的設計看似簡單，只是各種元器件在柜殼內的組合，關鍵無非就是絕緣、散熱、聯鎖和強度，但是要把這些元器件組合好，把關鍵的問題都解決好也不是容易的。對于24kV開關設備來說，柜體和聯鎖機構還是基本沿用12kV的形式，是非常成熟的，所以聯鎖和整體強度應該是沒有太大問題，剩下的就是絕緣和散熱了。
    眾所周知，跨國公司如ABB．AREVA，SIEMENS很早就開始生產24kV開關設備，他們都是采用的IEC60694: 1996和GB/T11022-1999，耐壓的要求為相間和對地1分鐘50kV、隔離斷口1分鐘60kV，雷電沖擊相間和對地95kV、隔離斷口110kV，其對應的接地方式為中性點直接接地系統，而目前因架空線路較多，系統接地方式為小電流接地（即中性點不接地或經消弧線圈接地）．因此江蘇省出臺的企業標準將耐壓水平提升為相閭和對地1分鐘65kV、隔離斷口1分鐘79kV，雷電沖擊相間和對地125kV、隔離斷口145kV，本身24kV開關設備就是在12kV的基礎上改進的，絕緣裕度都很小，因而許多跨國公司的產品都還達不到這樣的絕緣水平，國內企業仿照跨國公司產品的24kV開關設備也都很難達到這樣的絕緣水平。
    目前變電所采用的1 10／20kV變壓器額定容量達80MVA．20kV側的額定電流就是80000/20/\/3=2309A。而目前國內企業研發生產的24kV開關設備最大額定電流為2500A，在實際運行使用中裕度太小，發熱嚴重，夏天高負荷時開關柜某些部位的溫度可達lOooC，長此以往會大大降低開關柜的使用壽命，并極易導致事故的發生。因此必須要用額定電流3150A的24kV開關設備來提高裕度，以降低溫升，避免事故。
  對于24kV開關柜來說，設計的關鍵在于：第一是斷路器室的觸頭系統和活門機構，觸頭盒是絕緣和散熱最薄弱的地方，活門機構也對絕緣有很大的影響。第二是母線室和電纜室的布置，既要考慮絕緣、散熱，還要兼顧安裝的方便和靈活性。
   設計分析
  KYN-24開關柜如圖1所示，下面詳細分析介紹設計時的關鍵點：
    1、基本柜架結構與KYN28-12類似，只是柜體尺寸稍大，寬1000mm，深1800mm，高2300mm，設計時應注意角落部位的加強，防止扭曲變形；
  2、24kV的空氣絕緣距離標準規定是180mm，理論上是夠了，條件是空氣濕度不大、無粉塵污染、電場分布均勻，但從試驗結果來看，實際運用中由于使用環境、元器件的布置和生產加工工藝的差別，180mm是不夠的，必須增加10%的裕度，即24kV開關柜的空氣絕緣距離應放到200mm。當然我們還是要盡量把元器件布置的合理些，生產加工工藝方面，采用圓角銅母線，切斷處也要磨圓角，最好還要拋光處理，不要有任何的尖角留在高壓帶電體上或對著高壓帶電體；
    3、導軌是直接承載斷路器，并起導向作用的，由于24kV斷路器重量比12kV斷路器增加了三分之一，加之推進行程由12kV的200mm增加到了300mm，故導軌也加長了一百多毫米，是個薄弱環節，特別是在運輸過程中或斷路器承受短路電流沖擊時導軌易變形，所以導軌必須加中間支撐點進行加強（如圖1，A處），左右各兩塊三角形撐板，側邊與柜體側板固定，上邊與導軌連接；
    4、電纜室的布局應充分考慮安裝、檢修維護和巡視的方便，就是要盡量合理地布局使空間最大化，如圖1，接地開關安裝在開關柜中柱上，電流互感器倒裝，避雷器在接地開關下方。這樣，一方面電纜室的有效空間就大大增加，工作人員可以方便地從柜后進行安裝和檢修維護，巡視時從開關柜后門的觀察窗可以一目了然地看到所有的元器件，另一方面，電流互感器的一次高壓樁頭向下，不易積灰而影響絕緣；
    5、母線室的布置，三相主母線有“品”字形布置的，也有“1”字形垂直布置的，綜合分析后筆者個人認為還是“1”字形垂直布置較為合理，雖然從散熱方面說雖然后者稍差，進行溫升試驗時，數據表明后者A相母線的溫升僅比前者高2—3K，B相高1～2K，C相相同，但后者的優越性較多，如：母線安裝方便，并可加支撐；柜頂進線或翻排時空間大、母線走向易布置，電場分布均勻；由于三相母線的窄邊相對，加上母線有支撐，承受短路電流沖擊的能力大大提高；
  6、其實整個開關柜最復雜、最關鍵的是斷路器室。斷路器室的設計處理面臨著諸多的問題：空間小、斷路器和觸頭發熱量大；斷路器操作推進機構、地刀操作聯鎖機構、活門機構、一次觸頭、導軌（上面第3點已論述）等都要配合的恰到好處，機構要靈活，聯鎖要可靠，絕緣強度要好，散熱性能要保證。對于額定電流2500A及以下的開關柜可以只設計空氣對流的通道而不安裝強制風冷，但額定電流3150A及以上時應該設計強制風冷通道，采用風量大、噪音小的橫流風機。
    7、觸頭盒的設計，如圖2是傳統的觸頭盒，根據電流大小需要3種外形尺寸，3套模具，深度太大(A段)，對絕緣毫無用處，只會增加觸頭盒重量，增加成本，還影響空氣對流散熱，前部圓環（B段）太短，導致觸臂和觸頭盒安裝板之間的直線絕緣距離太短，極易導致其間擊穿放電。圖3是經特殊設計的觸頭盒，采用錯落式內、外傘裙，以增大爬電距離大，提高了抗污閃能力；安裝法蘭面前端圓環加長，一方面增加了爬電距離，另一方面消除了斷路器觸臂和觸頭盒安裝板之間的直線距離，解決了直線絕緣距離太小，易發生絕緣擊穿事故的問題；銅排出口加大，最多可穿120X10的三拼銅排，還加強了通風散熱效果；觸臂人口處和安裝法蘭面加大，一方面增加了空氣絕緣距離，另一方面加大了空氣對流通道，加強了通風散熱效果；通用化設計，只須一套模具，同一種外型和安裝尺寸，額定電流可以從630A～3150A，僅需改變觸頭盒中心靜觸頭安裝嵌件螺紋孔尺寸即可。
8、24kV開關柜活門機構的設計應注意，由于受開關柜體積的限制，活門機構的導向桿、導向桿支架和活門行程如不加改進，它們與斷路器觸臂之間的絕緣距離均只有70— 90mm，雖然觸臂上有熱縮套管或觸臂絕緣套，這樣距離的復合絕緣用在12kV開關柜是不會有問題的。但是，試驗和運行經驗表明，在24kV開關柜中用熱縮套管的復合絕緣距離應 不小于130mm，即使在觸臂上套2層熱縮套管也是岌岌可危，治標不治本，所以要解決根本問題，必須對活門機構進行改進如圖4：活門打開行程加大到約280mm，活門打開后到斷路器觸臂絕緣凈距離不小于140mm，因此活門可以采用金屬材料而不需要采用絕緣材料，更安全，更環保，成本更低；活門導向系統改進設計，導向桿采用拉制環氧玻璃纖維棒，表面光潔度高，導向套采用在金屬板的導向孔周圍鑲嵌特制尼龍圈，既大大降低了摩擦系數，使機構運動靈活，又不會劃傷環氧玻璃纖維棒的表面；導向桿采用拉制環氧玻璃纖維棒，導向桿支架采用SMC或尼龍材料制作，消除了斷路器觸臂到導向桿及其支架絕緣距離不夠的隱患。
    結束語
    由于20kV比10kV供電有著不可比擬的優勢，國外許多國家和地區如美國、德國、俄羅斯、日本、意大利等均已大量采用20kV電壓等級供電，我國也在逐步推廣使用，對于20kV的輸配電設備需求也會逐步增加，我們要做的是如何在推廣過程中積累經驗和數據，盡快研制出高性能、高可靠、大容量的20kV開關設備，為國家電網公司建設堅強智能電網作出貢獻。
    三門峽富通新能源可以根據用戶的需求訂做各種類型的高低壓配電柜開關柜。

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