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中壓環網配電開關設備的設計及發展

文檔作者：殷華新文檔來源：庫柏電子科技( 上海) 有限公司		更新日期： 2026年05月15日	點擊數：
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2018 年 11 月 Engineering Design | 工程設計 | ·159·
中壓環網配電開關設備的設計及發展
殷華新
（庫柏電子科技( 上海) 有限公司，上海 200000）
摘 要：對中壓環網配電開關設備的設計相關要求進行了介紹，重點對絕緣結構設計、負荷開關設計等做了相應闡述，
并展望了中壓環網配電開關設備的未來發展趨勢，為中壓環網配電開關設備的設計和優化提供有效地參考。
關鍵詞：中壓配電；環網柜；開關設備設計
中圖分類號：TM643 文獻標志碼：A 文章編號：2096-2789（2018）11-0159-02
作者簡介：殷華新（1982-），男，中級工程師，研究方向：
中壓配電設備絕緣及滅弧技術。
中壓環網配電設備是電力系統二次配電領域內關鍵
的電氣設備。為提高供電線路的運行安全性，環網配電
設備內部設置斷路器、負荷開關和熔斷器，從而為環網
線路提供故障保護。環網配電設備結構簡單，占地面積
小。該環網柜價格低、維護成本低，同時性價比高、可
靠性高、供電參數大。隨著環網供電技術的日趨成熟，
環網柜由于其體積小、結構緊湊、電纜系統安裝方便、
運行可靠等優點而被得到廣泛應用。
1 總體設計
環網配電開關設備的設計是根據電力系統的相關使
用要求，以及國家標準的規定，針對使用場合與控制對
象，并結合主要電器元件的特點，確定功能單元的一次
接線方案、參數、安全級別、結構類型以及功能單元的
組合方案，主開關大多為斷路器、負荷開關，少數為組
合電器。設計中先考慮較復雜的負荷開關+ 熔斷器組合
電器回路，以確定總體結構、總體布置設計及外形尺寸，
而負荷開關回路與其則有盡可能多的相同部分[1]。在此
基礎上確定各種柜型，如：負荷開關柜、負荷開關+ 熔
斷器組合電器柜、斷路器柜、多回路柜等。
一次導電回路中元件布置、導體走向、電連接的結
構要從載流、耐受電動力、散熱能力等方面綜合考慮。
元件布置時應注意盡可能有效地利用合閘時的電動力，
保證動熱穩定試驗時動觸頭不會退出[2]。母線一般采用
圓型和扁形母線，設計時應根據通流容量合理考慮電流
密度。電連接中的動靜觸頭、滑動觸頭和固定連接應保
證接觸良好，接觸電阻要小。當兩種不同的金屬導體相
連時應采取措施，如導體接觸面搪錫、鍍銀等，以防止
電化腐蝕造成的接觸面破壞、接觸電阻增大等不良結果。
隔室的設計要確保設備和人員的安全，易于加工和
組裝，便于內配元件、部件的安裝。隔室的隔板根據
需要確定為金屬的還是非金屬的，防護等級至少應達到
IP3X，各隔室應考慮限制內部故障電弧擴大的措施并裝
有壓力釋放裝置。當發生內部電弧故障時，壓力釋放裝
置限制和釋放壓力，產生的高壓氣體可通過釋放通道釋
放到柜外。
2 絕緣結構
開關柜需長期耐受最高工作電壓和短時作用的過電
壓（大氣過電壓和內部過電壓），有關國家標準和行業
標準規定了應能承受的試驗電壓。絕緣設計需要考慮絕
緣件的使用環境以及確定適用的材料、結構、加工工藝、
尺寸、散熱狀況、機械強度等因素。因為元件及導體的
外形直接影響柜內電場的分布，應注意導體外形的平整、
圓滑，避免出現尖端和棱角，使柜內電場趨于均勻，如
采用圓角銅排母線、圓棒母線，優化的動靜觸座、內部
導體、支架的電極形狀等。
空氣絕緣：目前多采用以空氣為主體的復合絕緣，
通常依據有關標準規定的電氣間隙、爬電距離確定絕
緣尺寸。氣體絕緣為采用氣體絕緣和以絕緣氣體介質為
主體的復合絕緣。由于電場計算軟件水平的提高，有限
元分析將作為產品絕緣設計的輔助工具可以實現精確設
計。通過電場分析軟件進行數值計算尋找出絕緣薄弱環
節，根據電場分析的結果調整布局或結構來進行優化。
充分考慮電場分布的均勻性、電極耐受最大場強的能力、
絕緣件表面場強和內部場強、支撐絕緣件金屬殼體的表
面場強等因素，使電場分布改變，局部電場得以均勻，
電場強度最大值降低，并通過屏蔽技術改善場強。
氣體絕緣：為提高密封性和降低對環境的污染，充
氣柜在低壓力范圍內選用SF6、N2、干燥的壓縮空氣
或混合氣體作主回路導體間及其與密封箱體間的絕緣介
質；需要注意的是充氣柜內氣體壓力雖然不高，但密封
問題仍不可忽視。從宏觀上看當柜內氣體出現泄漏壓力
下降到大氣壓時，似乎內外壓力相等，氣體不再泄漏。
但從滲透角度考慮柜內絕緣氣體壓力顯然高于柜外，絕
緣氣體仍將向柜外滲出，反之柜外空氣壓力高于柜內的
氣體壓力，空氣又將通過縫隙進入柜內。時間一長，柜
內壓力雖然沒變，但氣體成分發生了變化，空氣所占比
例增加[3]。對無電弧分解物的充氣隔室，水分含量須嚴
格控制，當額定充氣壓力不大于0.05MPa 時不得大于
2000μL/L，當額定充氣壓力大于0.05MPa 時按-10℃時
的飽和水蒸氣壓力計算出其水分含量允許值。
界面絕緣和固體絕緣：固體絕緣件在大氣中直接相
互對接時，在接觸表面形成一個分界面，若存在空氣氣
隙那么就可能會成為絕緣的薄弱環節或放電路徑，若將
硅橡膠等彈性材料緊壓在固體絕緣件的表面上使分界面
上的空氣氣隙消除或減短，可使該界面絕緣水平提高。
界面絕緣特性與表面壓力、界面光潔度、界面長度等因
素有關。固體絕緣主絕緣介質使用固體絕緣材料，將一
些高壓元件用環氧樹脂、硅橡膠等固體絕緣材料通過澆
注、硫化等工藝把帶電的芯部包起來，再將外表面通過
液態金屬噴鍍、澆鑄硅橡膠半導層、加裝無氣隙的金屬
外殼等方法設置一接地層或半導電層，芯部高壓導體與
·160· | 工程設計 | Engineering Design 2018 年 11 月
接地的金屬層或半導電層間靠固體絕緣材料維持耐受電
壓。那么安全等級得以提高，還可將一些高壓元件放置
在隔室外部，減少元件間的距離，更方便使用。
3 機械傳動與鎖定及聯鎖
機械傳動主要包括斷路器操動機構、隔離開關、接
地開關以及門連鎖等幾個方面的運動傳遞、鎖定或聯鎖。
目前主要從傳動的原理、布局、驅動桿受壓力還是拉力、
跨距、齒輪或連桿的傳動比、傳動角度與行程、機械效
率、減少零件數、減小操作力等方面進行優化、簡化，
使受力更加合理、傳動更可靠、外觀更加簡潔、易于安
裝、操作輕松穩定。為了防止操作人員的誤操作，開關
柜都具有一整套防誤操作的聯鎖裝置保證設備的正常操
作程序，以實現“五防”聯鎖功能。實現聯鎖的方式主
要有機械聯鎖、電氣聯鎖、微機型軟件編程聯鎖等方式。
機械聯鎖采用杠桿、連桿、擋板、滑塊等機械零部件組
成閉鎖，只能按預定程序操作，因具有直觀、操作簡便
和可靠性高的特點，在設計時應優先采用。若需要聯鎖
的元件相隔較遠或機械聯鎖不易實現的情況下，可采用
電氣聯鎖的方式。微機軟件編程聯鎖是智能化開關柜的
產物，隨著微機型保護控制單元的出現，微機軟件編程
聯鎖也隨之產生，這種聯鎖一般與機械聯鎖同時使用。
4 可靠接地
開關柜中配有接地開關，當維護時按規定的步驟可
事先將需要觸及的主回路接地。在外殼的底架上需設置
可靠的適用于規定故障條件的接地導體及端子，并柜后
應相互用導體連接。在接地開關與接地導體之間需有接
地連接回路。接地導體、接地連接回路及相鄰柜之間的
連接應能承受規定的額定短時耐受電流和峰值耐受電流
[4]。框架、蓋板、門、隔板或其它構件間在電氣上應連續，
以確保功能單元內部相互之間的接地連續。從外殼金屬
件的任意一點到規定的接地導體通過30A 直流時其電壓
降最大為3V。
5 發展趨勢
隨著城市電力負荷的增加，對供電可靠性的要求越
來越高，高性能環形網絡設備和多回路配電柜已成為兩
個配電系統中最重要的設備之一。隨著數字技術、集成
技術和機電一體化技術的廣泛應用，多回路配電單元的
兩種控制技術將得到極大的發展。小型化、模塊化、組
合化、智能化、低成本化將成為必然趨勢。
（1）主絕緣：空氣絕緣、SF6 絕緣仍將不斷擴大。
（2）小型化：由于新技術、新材料的運用，操動
機構向著可靠性高、操作功小、結構簡單化方向進展，
新型的電磁機構和數字技術的應用將取代原來單純的
電磁、彈簧機構，而且更加可靠。另外，采用了成熟的
SF6 絕緣和滅弧技術，使用硅橡膠、環氧樹脂、聚碳酸
脂、玻璃纖維等絕緣材料以及新型加工設備及新工藝的
采用，使開關柜小型化成為可能。
（3）模塊化、組合化：把一個復雜產品分為若干
個模塊這樣大大簡化了產品結構，同時也便于功能的分
割和組合，便于社會化分工生產、降價成本，所以模塊化、
組合化是使多回路配電單元實現多方案、多功能的重要
途徑。根據操作功能的要求，任意模塊可以任意組合，
簡單實用已成為負荷開關柜的發展趨勢。
（4）智能化：隨著城市供電對可靠性的要求不斷提
高，城市供電必然向主元件監控智能化和配電自動化方
向發展，要求負荷開關柜單元應具有以下特征[5]：①采
用過電流傳感器、零序傳感器、控制器、顯示器、低功
率釋放機構等集成微電子繼電保護裝置，從而改變3 倍
額定電流以下對變壓器的保護功能；②采用由短路故障
傳感器、接地故障傳感器和控制顯示器組成的微電子以
及短路故障指示器，具有連續檢查和自診斷功能，完成
遠程通信和遠程控制功能，以實現配電自動化；③采用
電動或手動兩用操動機構，接受遙控信號，完成開關分
合操作，滿足多回路配電系統自動化的要求；④多功能
化：技術發展已突破了傳統的保護、測量功能，早期環
網供電單元僅有保護功能，隨后出現了測量、計量等功
能，智能化的發展，而促進了多功能負荷開關柜單元的
發展。
6 結束語
隨著電網改造、電纜入地，多回路配電單元向著小
型化、模塊化、配電自動化方向發展，預示著SF6 和其
它復合絕緣產品以及各種功能元件將得到更快發展，各
種高性能元器件的生產成為發展現代多回路配電單元的
前提條件。為此，需要在制造工藝、電纜插接件、限流
熔斷器、小型操動機構及其它輔助的元件上進一步研制
開發，以提高國內多回路配電設備設計、制造水平。開
發新一代全工況，免維護、高可靠性，小型化的環網柜，
可實現配電自動化，是當前發展的重要方向。
參考文獻：
[1] 徐國政, 張節容, 錢家驪, 等. 高壓斷路器原理和應用[M].
北京: 清華大學出版社,2000.
[2] 黃紹平, 李永堅, 秦祖澤. 成套電器技術[M] 北京: 機械工
業出版社,2014.
[3] 李建基. 高壓開關設備實用技術[M]. 北京: 中國電力出版
社,2004.
[4] 余虹云, 李以然, 蔣麗娟.10kV 開關站運行、檢修與試驗
[M]. 北京: 中國電力出版社,2006.
[5] 熊泰倉. 中壓開關設備使用手冊[M]. 北京: 中國電力出版
社,2010.

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