40. 5 kV小电流开关柜结构设计与温升验证

0引言

40.5 kV开关设备是中压配电最高电压等级产品,从20世纪90年代后期开始出现小型化、抽出式产品。我国早期是引进国外先进的开关设备,随着ABB ZS3.2产品的出现,大部分成套厂家开始参考设计,使得一大批产品应运而生。

国内成套厂家开发设计的产品保留了ZS3.2产品里采用绝缘隔板作为复合绝缘来提升设备绝缘水平的设计方案。对于绝缘隔板,部分成套厂家不是很重视,采用的绝缘材料普遍性能不良,绝缘隔板极易受潮失绝缘,导致开关设备长期运行后绝缘性能下降,造成开关设备故障频发,严重影响电网的安全运行;同时,绝缘隔板阻燃性能不佳,导致开关设备内部绝缘故障时起火燃烧,甚至会造成火烧连营的严重后果。总之,开关设备内用以加强绝缘的绝缘隔板等材料,在开关柜发生绝缘故障时极易扩大事故的范围。

为确保电网安全稳定运行,国家电网公司在2018年重新修订了《十八项电网重大反事故措施》文件,新修订的措施条款“12.4防止开关柜事故”中明确指出,开关设备空气净距应满足表1的要求^[1]。

同时,新安装的开关柜禁止使用绝缘隔板。即使母线加装绝缘护套和热缩绝缘材料,也应满足空气绝缘净距离要求^[1]。

另外,在解释说明条款中,针对40.5 kV开关设备的空气净距做了补充说明:如采用固体绝缘封装或硫化涂覆等技术,可适当降低其绝缘距离要求,但绝缘净距不得小于240 mm^[1]。

新建的变电站,40.5 kV开关柜按国网通用设备技术要求,柜宽均为1400mm/1680mm,这些按2018年颁发的《十八项电网重大反事故措施》[1]要求执行没有问题。但遇到旧站改造、地基利旧、与前期拼柜(前期设备柜宽为1 200 mm)或者工业&用户(设备宽度为1 200 mm)按照国网反措要求验收的项目,空气净距(40.5 kV相间和相对地)≥300 mm^[1]这一条款要求对现有1 200 mm宽的设备来说无法实现,亟需一种新的方案来满足项目需求。因此,提出以下一种新的设计方案。

1设备的设计制造技术

设备参数:1)额定电压:40.5 kV;2)额定电流:1250A;3)外形尺寸:1200mm(宽)× 2500mm (深)×2 600 mm(高)。

新产品设计思路:基于现有40.5kV/1250A/1200 mm宽的开关设备方案,新开发设计一次回路及相关壳体部分结构,得到一种能满足《十八项电网 重大反事故措施》的40.5 kV/1 250 A/1 200 m规格的开关设备,同时结合《40.5 kV空气绝缘开关柜绝缘优化及标准化设计方案1400mm》(2020版)要求[2] ,开关设备内部分支母线选用60×12规格铜排,进而达到空气净距≥300mm(硫化涂覆≥240mm)的要求^[1]。

2开关设备的设计

40.5 kV/1250 A/1200mm宽开关设备设计方案如下:

1)开关设备外形尺寸设计:基于现有40.5 kV/1250 A/1200 mm设备尺寸进行开发设计,新开发的设备尺寸按1200mm(宽)×2500mm (深)×2 600 mm(高)设计。

2)一次回路铜排选型:按40.5kV开关设备标准化设计方案文件要求^[2],额定电流1 250 A可选用1根60× 12×R6全圆角铜排,同时受限于开关设备1200 mm宽度的要求,铜排表面需进行硫化涂覆处理,以满足空气净距的要求。

3)分支母线相间距离的设计:基于《十八项电网重大反事故措施》^[1]文件要求,额定电压40.5kV的设备,母线如采用硫化涂覆技术,绝缘净距不得小于240mm,母线选用60mm宽规格铜排,240+60=300mm,考虑到硫化涂覆层的厚度要求,分支母线相间距离按305 mm考虑设计,经过计算,相对地尺寸也≥240 mm,满足反措条款要求^[1]。

4)主母线选型:D型铜排,表面硫化处理。

5)接地开关选型:接地开关绝缘件带高伞裙,接地开关静触头处于伞裙内部,分支母线与接地开关静触头搭接位置亦处于伞裙内。

6)电流互感器选型:电流互感器选用带高伞裙产品,分支母线与电流互感器的搭接位于伞裙内,电缆搭接位置也位于互感器伞裙内。

7)绝缘子、传感器选型:选用带高伞裙的绝缘支撑件, 目前与绝缘件的支撑搭接位置位于伞裙内部。

8)主母线与分支母线搭接裸露处:选用绝缘接头盒包覆。

9)端部开关设备母线室封板:表面硫化处理,满足对地净距≥240 mm要求。

基于以上9点设计方案,主母线与开关柜内分支母线表面采用硫化涂覆工艺处理;主母线与分支母线搭接裸露处采用绝缘接头盒包覆;开关设备电缆室内部选用高伞裙的元器件(电流互感器、接地开关、绝缘子、传感器等),使得铜排与元器件搭接位置的裸露铜排处于绝缘伞裙内部,同时电缆搭接头也在CT的绝缘伞裙内,满足了2018版国网十八项反措提出的40.5kV开关设备相间及相对地空气净距≥240 mm(硫化)的要求^[1]。

结构示意图如图1所示。

3新方案温升试验验证

3.1温升试验的相关标准规定

关于温升试验电流的规定,国家标准和电力行业标准中的要求存在一定的差异。GB/T 3906—2020《3.6 kV~40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》^[3]“7.5.1温升试验概述”中定义:“应在额定的相数下通以额定电流进行温升试验,额定电流从母线端流向用于电缆连接的末端。”DL/T 404—2018《3.6 kV~40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》^[4]“6.5.2温升试验设备的布置”中规定:“应在规定的相数下,通以1.1倍的额定电流进行,电流应从母线的一端流向与电缆连接的末端或从电缆连接的一端流向与另一电缆连接的一端。”正常情况下,开关设备制造厂家会按照最严苛的要求进行温升试验验证。本次40.5 kV/1 250 A/1 200 mm宽新开发设计的设备按照1.1倍额定电流 (1250 × 1.1=1375 A)进行温升试验。

标准规定关于温升试验的解释:GB/T11022—2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》“4.5.2温升”中规定“在温升试验规定的条件下,当周围空气温度不超过40℃时,开关设备和控制设备任何部分的温升不应超过表3规定的温升极限^[5]”,截取表3相关内容如图2所示。

3.2温升试验执行

此次温升试验在额定电流为1 250 A的开关设备(尺寸1 200 mm×2500 mm×2600mm)上进行,试验电流为1.1倍额定电流(即1 375 A),试验室内空气流速为0 m/s,试验时间为8 h,最后1 h内温升≤1 K,试验连接主母线规格为:1根D5。开关设备温升试验布置如图3所示。

温升试验测量点位置示意如图4所示。

3.3温升试验数据

按3.2所述的配置进行温升试验,得到温升数据如表2所示。

3.4温升试验结果分析

从此次温升试验数据来看,测量点的温升值满足相关标准要求[5],此次新设计的方案通过了温升试验验证。

4结束语

本文结合温升试验的验证提出了一种40.5 kV/1 250 A/1 200 mm宽开关设备的设计方案,便于后续针对特殊项目执行响应,能较好地为用户提供解决方案,进而提升客户满意度,提升产品竞争力。

[参考文献]

[1] 国家电网有限公司关于印发《十八项电网重大反事故措施(修订版)》的通知:国家电网设备 (2018)979号[A].

[2]40.5 kV空气绝缘开关柜绝缘优化及标准化设计方案1 400 mm(2020版)[S].

[3] 3.6 kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备:GB/T 3906—2020[S].

[4] 3.6kV~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备: DL/T 404—2018[S].

[5] 高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求:GB/T11022—2011[S].

2024年第18期第1篇