开关柜设计范文

开关柜设计篇1

关键词：高压开关柜电气设计思想要点

中图分类号：F407文献标识码： A

前言：高压开关柜应用范围广泛，从电力系统的发电到输电、配电都进行着使用，承担着电力能源转换和控制保护作用。高压开关柜涉及的电压范围也很广，种类也有很多，有可以自动断电保护的高压断路器、承担负荷的高压负荷开关、具有安全保护的高压压力切断开关以及高压操作开关等。为了更好的提高高压开关柜的使用性能，保障其使用质量以及使用寿命，就需要在进行电气设计的过程中充分考虑其技术特点，采取科学有效措施全面提高设计质量，为保障电力系统的安全稳定运行奠定重要的基础。

一、高压电气开关柜设计的基本思想

高压电气开关控制柜的设计的基本思路是利用逻辑思维进行设计的过程，只要采用逻辑控制方法，确保电气安全，符合生产过程要求。这就是一个很好的设计。也就是说，进行高压开关柜的设计首先符合设计的工艺原理，其次要保证设计出来的产品具有安全性、可靠性。最后设计的产品必须符合高压开关柜的国家有关规范的设计要求。

二、高压开关柜中元器件的选取

1、开关柜主母线及分支母线

通常来讲,在接线图中指明母线必须满足的额定电流值,另外在相关的技术协议中也会有所体现。为此,在选择元器件和设计开关柜的过程中,应当确认母线规格是否符合要求,并要保持相当的裕度。

2、高压真空断路器

第一,可以利用它来实现空载电流的接通与断开,也可以实现负载电流的接通与断开;第二,如果整个系统出现故障,这一设备可以与其他的装置相互配合,防止事态的扩大,提高系统的安全性;第三,利用这一设备可以利用防跳继电器,使系统具有一定的“防跳”作用。

3、电流互感器

如果发生绝缘破坏的现象,从而导致1、2次绕组间因被高压击穿,就要及时将高压导向大地,同时要保证绕组处于低电位的状态,因此,要有一定的接地设计,使二次绕组具有一定的安全性。值得一提的是,必须要控制好接地点的准确位置,使其在K2端子处接地,并且要做到一点接地。最后,应当选择合理的互感器形式,合理地在连接时运用。

4、电压互感器

在系统运行的状态下,一次绕组将处在高压的状态下,如果一次与二次绕组之间的高低压绝缘被击穿,再加上很多设备的绝缘水平不能达到要求,这就会威胁到操作人员的自身安全,同时也会严重损坏这些设备。为了防止二次短路现象的出现,避免短路对电压互感器的破坏,就必须在二次回路中安装熔断器,并选择合理的接线方法,如V/V接线法、“一”字接线法和Y/Y接线法等,并要选择合理的互感器类型。

三、高压电气开关柜设计的注意事项

高压开关柜的设计是基于电气系统的整体结构的一般形式的组装图及接线图进行设计的。图中应反映示例性组件的主要组成部分以及各部分的位置，相应的接线方法与行线槽之间的关系。 高压开关柜的装配图、接线图应被设计成一个完整的系统，以便协调各部分段基础。

对电气控制系统的设计必须要结合多个结构的合理布局，设计的时候必须强调整体性以及紧凑型。在设计的时候，如果空间允许，就要对加热元件的电噪音找出解决措施，尽量减少噪声的出现。振动发生器要尽量远离其他组件，在进行设计的时候，要充分考虑到总控制柜电源开关的安装位置。设计的原则是要操作方便。而且一旦出现意外，急停控制开关就在最明显的位置可以立即进行操作。只有整体配置的设计是合理的，装配质量的才能有所保证，才不会影响电气控制系统的性能，才能实现业务的可靠性，便于调试，易于维护。

1、高压开关柜元件组合

元件组合的遵循的原则是具有类似功能的元件结合在一起。连接元件的数量最小化，相同的部件利用电气控制接线进行连接。将强弱电分开控制，以减少相互间的干扰，追求整齐美观；把体积相似，重量差不多的元件组合在一个元件盒里，在进行元件组合时，还要考虑到系统以后的维护以及易损元件的问题。因为这样的问题出现会经常对开关柜进行使用，就可以将维护比较频繁和容易损坏的元件组合在一起。

2、电气控制柜各部分及组件之间的接线方式

高压开关柜组成部分的组件之间分工是不一样的，高压开关柜的接线和连接控制方式应遵循以下原则。电气开关一般使用的仪表板接线插座连接端头，也可以使用不同规格的连接器或入口和出口端子进行连接，电气柜和开关控制柜之间的连接可以使用接线控制终端或工业接线器连接，弱电控制元件可以使用印刷电路板组装，也可以采用标准的不同类型的连接。

3、电气设计的防护要求

高压电气设备属于高压开关带电设备，为了防止人体接近高压带电部件和活动部件，在进行开关设计时，必须考虑开关柜的防护等级要求。当然，开关柜的设计，可以追求更高层次的保护，但是相比于同级别的保护肯定会增加相应的生产成本，而且会使开关柜的散热能力下降，所以选择适当的防护就可以，不必盲目追求高级别保护。

4、注意绝缘距离

对高压开关柜的设计必须满足开关柜绝缘距离的要求，有一种绝缘方式是热收缩管的高电压的电导体绝缘。10千伏要确保所需的绝缘距离不小于100 毫米，35千伏要确保绝缘距离不小于 200毫米。

这种方法的缺点是热缩管也容易绝缘老。随着时间的推移逐渐降低，经过专业技术人员的多次实验，总结出进行绝缘设计还是尽量采用空气绝缘设计，这种设计一是成本较低；二是绝缘性能相对较好，所以建议设计的时候采用空气绝缘设计。

5、设计时要注意爬电距离

电力系统是电力部门的核心系统，不能有丝毫马虎!用户在爬电距离方面往往提出非常严格的要求。在进行设计的时候必须采取措施，需要增加绝缘装置的就必须要增加，开关柜位置不当的，必须采取补救措施，比如有潮气的地方就要安装烘干加热装置，以防止产生水珠导致漏电等。

6、使用五防联锁功能，以确保安全

为保证高压开关柜的使用安全，设计的时候要设计可以切换的五防联锁，这种方式必须要符合国家标准的明确要求，做到五防联锁的基本原则，如防止意外断路、防止带负荷隔离开关、防止带接地的电力传输、防止带电合接地开关、防止误入带电间隔等，为了实现五防功能，厂家在设计的时候就要进行认真的设计，防止出现误操作。

7、时刻留意温度上升

为了实现温度范围的限制，必须执行以下操作，制造上加强开关设备的制造工艺，设计中严禁出现涡流或使用非磁性材料制作，时刻留意大电流出现造成的冷却装置的电流增加。

8、 高压开关柜接地设计

因为高压开关柜的元件都是高压带电体，为了在使用过程中以及维护人员进行检查的过程中的生命安全，所以必须要进行接地的设计，接地设计必须要把握两个原则：一是所有接地的主线必须都是单一的；二是在开关柜内设计一条专用的接地线，但是必须与安装位置的接地网进行连接。

9、配电箱设计

配电箱设计要根据实际需求控制进行有针对性的方案设计，配电箱元件的选择要确保能实现配电箱中控制任务要求的功能，要保证配电箱设备一定的先进性，要控制好成本，不要盲目最求先进而造成不必要的成本浪费。

结语：随着我国电力工业的发展，开关柜市场竞争日趋激烈，用户对产品的要求也越来越高，高压开关柜设计往往是以市场为导向，进行人性化、合理化的设计。这就需要设计人员不断学习相关的国家标准，学习国外公司的先进设计经验，设计出更好的、更安全的产品。相信，随着科学技术的不断发展，对于高压开关柜的设计水平也将得到不断的提升，为全面推进我国的电力系统发展奠定重要的基础，为实现我国的电力国际化发展做出重要的努力。

参考文献：

[1] 任海波,单晖,李迎春.10kV及35kV开关柜设计[J].电工技术，2011，(12).[2] [2] 邱耿华.10kV配电开关柜设计原理及事故预防[J].机电信息，2011，(21).

[3] 朱国谦.浅谈高压开关柜的设计[J].电气传动自动化，2009，(05).

开关柜设计篇2

关键词：i-A Y1A-12系列；开关柜；技术参数；结构设计

中图分类号：TM591 文献标识码：A

1 i-A Y1A-12系列开关柜的结构及参数分析

1.1 i-A Y1A-12系列开关柜结构的分析

i-A Y1A-12系列开关柜属于组装式结构的开关柜，其基础构件主要是采用优质冷轧钢板，并数控机床多次加工而制成；i-A Y1A-12系列开关柜中，典型开关柜外形尺寸为（宽*高*深）：800mm（或1000mm）*2365mm*1500mm；柜体由四个单独隔室组成，其隔室包括继电器仪表室、电缆室、主母线室、手车室。i-A Y1A-12系列开关柜结构如图1所示。图中：A表示母线室；B表示手车室；C表示电缆室；D表示继电器仪表室。

其中1为潜压装置；2为柜架；3为装卸式隔析；4为一次静触头；5为二次插头；6为触头盒；7为断路器手车；8为隔板及操动结构；9为手车电动操作结构；10接地开关电动操作结构；11为控制小线槽；12为穿墙套管；13为分支小母线；14为主母线；15为电流互感器；16为接地开关；17为加热器材；18为电缆；19为避雷器；20为接地导体；21电缆封板。

1.2 i-A Y1A-12系列开关柜的参数分析

i-A Y1A-12系列开关柜的外壳防护等级为IP4X，其断路器、隔室间室门打开时的防护等级为IP2X；其开关柜的技术参数符合国家GB3906标准中对3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备技术参数的相关要求。i-A Y1A-12系列开关柜的主要参数如表1所示。

2 i-A Y1A-12系列开关柜结构设计的要求及特点分析

2.1 i-A Y1A-12系列开关柜结构设计的要求分析

i-A Y1A-12系列开关柜是按照智能化要求所设计的，其不仅要具备有开关柜的状态检测、故障诊断等基本功能，还需具备断路器手车与接地开关电动操作功能。i-A Y1A-12系列开关柜主要可抽出部件及固定柜体两大部分所组成；其中可抽出部件手车可采用落地式，也可采用中置式，其具有高灵活性，维护检修方便等特点。

i-A Y1A-12系列开关柜的柜架采用的是两边侧板形式，由底板、顶板、右前与右后侧板、左前与右后侧板组装而成；开关柜主体与仪表室采用一体式结构。进出车结构的设计引入CAE软件进行科学合理优化，要求能够电动执行，并采用下框式，具有软联锁结构的形式；并充分考虑到箱式的装配控制形式，精度采用齿轮箱的控制措施。

i-A Y1A-12系列开关柜的螺栓安装面低于柜体外形面，有效解决了螺栓头突出柜体并柜时的躲孔问题；手车柜内接地方式采用的是触头插接方式；柜门采用提升式结构，具有抗电弧能力强、操作简单等特点；手车框架采用薄钢板经激光切割机加工后铆焊而成，手车在柜内有明显的工作位置与断开位置，并有定位装置。

2.2 i-A Y1A-12系列开关柜结构设计的特点分析

i-A Y1A-12系列开关柜采用高性能的材料与先进的加工工艺制作而成，i-A Y1A-12系列开关柜在传统开关柜的基础上，通过对电场的严格分析与详细计算，对其进行合理的优化，有效保证了柜体绝缘性能的可靠。

2.2.1 柜体骨架的设计特点分析

i-A Y1A-12系列开关柜的柜体骨架结构主要采用的是冷轧钢板或是敷铝锌板，由高精度数控机床加工并按照双层错叠方式拼接而成，有效保证了零部件精度、单弯结构的质量；柜体的底板与侧板采用的是互包形式，螺栓安装面低于柜体外形面，有效解决了螺栓头突出柜体并柜时要躲孔的问题；并有效地将防护板功能进行扩展，使其能够与立柱连接成一体形空腔结构，以达到减少用料，提高强度的目的。

2.2.2 活门开启结构的设计特点分析

i-A Y1A-12系列开关柜活门采用单边驱动，其具有自锁功能，从而使安全性能得到有效提高。开关柜活门关闭与开启均与断路器强制控制，将断路器移出到柜外时，活门将被锁定在关闭位置，使其不能直接用手驱动活门动作。检修保山对开关柜进行检修时，必须推入活门开启车才能打开活门，有效提高了开关柜的安全性能。

2.2.3 手车室门板提升结构的设计特点分析

i-A Y1A-12系列开关柜手车室门板采用提升结构，具有操作简单的优点，当手车室门板在柜门锁定时，柜体锁板将与柜门相互扣接，使门的四周均可与柜体相连，抵抗内部故障能力增加，提高了可靠性。

结语

本文通过对i-A Y1A-12系列开关柜结构、技术参数等方面进行详细的分析，并对其结构设计要求、设计特点进行详细阐述后总结出：i-A Y1A-12系列开关柜结构设计经过科学合理的优化与不断完善，与同类开关柜相比，具有运行可靠稳定、智能化程度高、技术含量高、功能齐全等优点。且i-A Y1A-12系列开关柜已完成了全套型试验，主要技术参数均可满足预期的要求。基于i-A Y1A-12系列开关柜各方面显著的优势，其也值得在我国的各类电站、变电所等电力系统当中大力地推广使用。

参考文献

[1]王树强.10kV配电系统高压开关柜结构设计改进[J].装备制造，2010（04）：86.

开关柜设计篇3

论文摘要:目前国内市场10KV配电系统高压开关柜，其结构形式逐步从落手车式发展为中置手车式。这一行业技术人员来说，较多关注开关柜结构、电气性能、开关使用可靠性等。长期技术实践发现，生产厂家对中置手车式开关柜一个重要辅件——运转车设计重视不够，运转车结构设计不合理，操作性能不好，有些会导致断路器手车底盘车变形，使开关柜无法正常工作。本文就当前市场上主流中置柜运转车结构特点及优缺点加以分析，并对改进方法进行初步探讨。

1.引言

在电力系统中，l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花八门，作为制造厂家，我们不得不针对用户的需求，为用户量身定做。这就要求我们必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。

高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，电压等级在3.6kV~550kV的电器产品，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分，在整个电力工业中占有非常重要的地位。

2.目前主流运转车结构特点及性能比较

2、1主要结构型式

经了解，中置手车式高压柜运转车，主要基本类型有两种:螺杆式结构和挂钩式结构。螺杆式结构，主要体现:(1)螺杆实现运转车与柜体连接;(2)螺杆传动，实现断路器手车从柜体内进出;(3)断路器手车运转车上升降由螺杆装置驱动。这种结构代表是西门子公司中置柜运转车。挂钩式结构，主要体现:(1)挂钩和导向杆实现运转车与柜体连接;(2)调节手轮，实现运转车导轨面与柜体内导轨面一致性调整;(3)挂钩式运转车没有提升机构，需靠人力将断路器手车放置运转车或柜内，再运转车实现断路器手车进出。这种结构代表是ABB公司中置柜运转车。

2、2优缺点对比

相挂钩式运转车，螺杆式运转车提供了比较完善使用功能。但国内生产厂家选用螺杆式运转车并不普遍，主要原因是螺杆式运转车结构比较复杂，机加工零件较多，生产成本高，同时，与开关柜配套运转车所需数量较少，许多厂家并没有运转车上投入更多设计，重视不够。挂钩式运转车功能上不及螺杆式，但因其结构简单，易于加工制造，成本低廉，到了生产厂家广泛选用。，现场实践及对挂钩式运转车设计分析，发现目前常规挂钩式运转车均存一定缺陷，这种缺陷会对断路器手车造成潜损害，增加维护工作量，会引起非正常停电时间延长。下面，对当前主流挂钩式运转车缺陷进行了初步分析，并给出了一种可行改进方法，

3.常规挂钩式运转车结构分析

3、1挂钩式运转车两种常规结构

第一种结构常见于由敷铝锌板加工组合而成中置柜，柜内生产厂家大多与ABB公司生产ZS系列中置柜结构相类似，可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这类运转车存下列缺点:(1)运转车上两个导向杆只起导向作用，不受力。也就是说，运转车与开关柜体间仅靠挂钩一个点连接一起。(2)使挂钩顺利插入柜体内，设计上，必须留有一定间隙，以方便操作。推拉断路器手车时，间隙反映运转车导轨与柜体导轨之间。(3)经长期使用后，撞击力作用下，柜体上与挂钩连接处，以及运转车上挂钩轴会变形，这种变形导致了两导轨间间隙进一步扩大。间隙越大，撞击力越大，两者间形成恶性循环，最后导致运转车不能使用，或严重影响运转车使用安全。

第2种结构常见于柜体由型钢与金属板件组装而成中置柜。这类柜体也可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这种结构可以消除两导轨间水平间隙，设计上却存一个垂直高度差，它导致了更大撞击力。同时，使用时如不仔细调整，会使垂直高度差变更大。从使用效果来看，这种结构同前者比，操作性及安全性更差。

3、2运转车结构对实际使用影响

通过现场调查和分析对比，发现运转车结构对中置柜操作性能影响是渐进，影响巨大。其主要表现两个方面:(1)对操作性和使用安全性影响:这种影响产品交付前期影响并不显著，时间推移，影响越来越明显，运转车操作性和使用安全性大大降低。(2)对断路器手车影响:这种影响主撞击力造成，撞击力导致断路器手车车轮变形。安装及现场调试阶段，对断路器手车推拉操作次数最多，车轮变形往往是这一阶段出现。车轮变形导致手车推拉困难，会将断路器手车卡死运转车或柜体导轨内。是例行停电维修时出现此种故障，必然会延长停电时间，形成不能按时供电事故。统计发现，产品投运前，约有10%~20%手车轮存不同程度变形，每个工程中约有一、二台变形较大影响正常操作，需维修处理。

4.对10KV配电系统高压开关柜结构设计改进的措施

针对上文所述运转车存问题，我们设计了一种改进方案，这种方案着重解决了上文所述挂钩式运转车存各种缺陷，主要表现以下几个方面:

(1)消除柜体导轨与运转车导轨之间间隙，避免产生撞击力，结构上，确保当运转车靠紧柜体时，运转车导轨与柜体导轨可靠接触，基本无间隙。

(2)特别设计了锁定装置:利用磨擦自锁原理，一个特别设计凸轮装置，可以实现运转车锁定。其工作方式为:凸轮未锁定前，弹簧作用下挂钩与柜体接触面间有一定操作间隙，可以使运转车挂钩顺利插入并钩住柜体。逆时针转动凸轮，消除操作间隙，将运转车与柜体可靠锁定，推拉断路器手车时，无需再靠人力顶住运转车，操作可靠性以提升。同时，为保证挂钩转轴不因受力变形，将挂钩转轴处改为腰形孔，锁定前，弹簧将挂钩向前拉，保证了挂钩与柜体正常操作间隙。

(3)操作间隙调整:一段时间使用后，挂钩及凸轮会磨损，间隙增大，会降低锁紧力，针对可能出现这种情况，凸轮与运转车之间，增设了调整垫。调整垫可以作为配件，由用户需要自行添加。

5.结语

开关柜设计篇4

关键词：高压开关柜；在线监测；温度；状态维修

1引言

高压开关柜设备是非常重要的输配电设备，主要用于电力系统的控制和保护，保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。大多数高压开关设备采用封闭结构，散热条件差，而且长时间工作于高电压、大电流等恶劣环境中，很容易引起热量的积累而导致其内部温度升高。开关柜温度过高可能会引起大范围停电严重者还会诱发火灾，这些都将给社会造成巨大的经济损失。因此设计出一套可靠有效的开关柜温度在线监测系统对电力系统安全、稳定的运行具有十分重要的意义。

目前高压开关柜温度在线监测方法主要有CCD摄像头监测示温蜡片测温法、红外测温法、光纤测温法和无线网络法，这些方法没有考虑开关柜实际运行环境和负荷等信息，都只孤立地对温度进行测量，属于预防性维修和试验的范畴。本系统分析了传统开关柜监测方法的缺点和不足，并且为达到状态维修的目的，提出两组新的监测量，系统结构简单、性能可靠，能够很大程度上提高高压开关柜运行水平，降低事故发生率。

2系统设计方案

高压开关内部结构分为母线室、开关室、电缆室，本设计系统的数据采集模块分别采集和实时监测三室的温度、外界环境温度以及通过开关柜的电流，并在这五组参数的基础上根据温度和电流的关系以及一定时间内温度变化对三室的影响提出了两组新的监测量进行实时监测。

2.1系统结构

本设计系统主要包括数据采集模块，通讯模块，上位机监控中心3大部分，如图1所示。数据采集模块由温度和电流采集模块组成，四路温度传感器选用薄膜铂电阻，分别传输母线室温度、开关室温度、电缆室温度和环境温度；电流传感器选用闭环霍尔电流传感器，传输开关柜的三相交流电。整个系统的数据采集模块和上位机监控中心通过RS-485总线通信，上位机监控中心提供友好的交互界面，供用户进行监控和操作。

2.2监测量

对开关柜各室温度进行单独越限报警虽然简单，但通常情况下某室出现温度异常时，开关柜已接近或处于故障状态。为尽早发现各种随机因素引起的故障，降低维修成本，我们提出两组新的监测量：

（1）监测系统上电开始采集后每1h内每隔6min分别对各室测一次温度t，同时记录此刻通过开关柜的电流I和外部环境温度t环温。根据温度变化和电流平方成正相关原理，提出参数P：

P=（P8+P9+P10）/3

其中，各室P取每小时后三个记录点Pn的平均值。Pn=（t-t环温）/I2，n=1，2，…，10。

若P>（1+5%）P0，则触发报警（P0表示监测系统开始采集后第一个小时内P的计算值）。

（2）监测系统上电开始采集后每隔1h分别对母线室、开关室、电缆室各测一次温度记为：t0、t1、t2，同时记录此刻开关柜外部环境温度t环温。经研究发现开关柜内部相邻两室之间温度变化的比值对开关柜的运行也会造成一定影响，因此提出K参数：

K1=-（t0-t环温）/（t1-t环温）

K2-（t1-t环温）/（t2-t环温）

K3-（t2-t环温）/（t0-t环温）

Kn分别代表母线室、开关室、电缆室的K值，n=1，2，3。

若Kn>（1+9%）K0，则触发报警（K0表示监测系统开始采集后第一个小时内K的计算值）。

3系统硬件设计

系统硬件主要负责温度和电流的采集，并把数据通过RS485总线传输给上位机，进行后续处理。其主要分为温度采集模块和电流采集模块。

3.1温度采集模块

温度采集模块选用集智达公司6通道热电阻输入模块RemoDAQ-8036，特性参数如表1所示。

3.2电流采集模块

电流采集模块为自行设计，处理器采用的是意法半导体推出的STM32F103ZET6微控制器。该微控制器采用高性能的ARM Cortex-M3内核，它的最高工作频率为72MHz，内置高速存储器。整个电流采集模块由AD转换电路、信号调理电路、通信状态指示灯、电源电路、RS485电路、前端滤波电路等组成。模块硬件结构如图2所示。

3.2.1AD7606芯片与STM32的接口设计

模数转换芯片采用8通道16位同步采样的AD7606，其所有通道均能以高达200kSPS的速率进行采样，具有可编程的数字滤波器且数据传输接口可选择为并行模式和串行模式，采用5V单电源供电不再需要正负双电源并支持真正的双极性信号输入，而且输入端箝位保护电路可以承受最高达±16.5V的电压。

本设计使用前三个通道进行同步采集，其与微控制器数据传输采用并行工作模式，数据输出端与STM32的D组GPIO连接，这样STM32通过对D组GPIO口整体操作很容易读取一个通道的数据。把AD7606的RANGE端接地，使其采集电压范围为±5V。由下位机程序来控制过采样。AD7606与STM32的连接如图3所示。

3.2.2STM32与RS485接口的设计

STM32收发TTL电平信号而RS485总线收发差分信号，因此需要设计一个接口使两者无障碍传输数据。本模块中把RS-485通信模式设置成半双工工作模式，把STM32F103的串口1接口转化成RS-485接口，用STM32的GPIOA7口来作为控制数据传输方向，我们选用的电平转换芯片是SN75LBC184，在差分输出间接一个100欧的电阻。电路连接如图4所示。

4系统软件设计

系统的上位机监控软件基于Delphi 2007完成，通过发送相关指令，采用轮询的方式对总线上不同地址的采集模块进行操作。监控软件运用模块化设计思路，如图5所示。系统设置模块主要用于设置各硬件模块地址、额定电流、各监测量报警阈值等信息；串口通信模块负责命令的发送和数据的接收及解析；数据分析模块基于五个直接监测量算出p、k值，达到越限报警的在线监测目的；数据存储模块完成数据存储、回放、制表打印等功能。经过多次试验测试，系统运行稳定可靠，如图6所示，截取了部分现场试验数据。

5结语

开关柜设计篇5

关键词：F-C回路；高压开关柜；熔断器选择

1 引言

F-C高压开关柜集合了熔断器与接触器于一体，在国家执行的GB/T 14808标准中，F-C高压开关柜被称作起动器。目前，F-C高压开关柜已经广泛应用于低压配电中。二十世纪九十年代初期，F-C高压开关柜在发电厂中也得到了普遍应用，由于其具有成本低、寿命长、功能强大、噪声量小、占地面积少等诸多优势，越来越多的电力供应企业开始采用F-C高压开关柜和电动保护装置共同控制和保护变压器、感应炉和电动机的负载均衡。

2 F-C高压开关柜发展现状

二十世纪七十年代初期，欧洲发达国家已经开始将F-C高压开关柜应用于变压器供电系统中，以控制其综合启动过程。二十世纪九十年代，我国也开始研制F-C高压开关柜和高压接触器，目前，已经有几万台F-C高压开关柜应用于电力供应中。F-C高压开关柜的结构也经历了一系列变化，包括KYN型单层柜、JYN型单层柜、双层柜等，最后发展成为F-C高压开关左右柜。

近几年来，由于KYN28型高压开关柜具有运行稳定、性能可靠、外形美观、造价低廉、维修简单、操作灵活等优势，已经得到了广泛普及应用。越来越多的用户提出了能够与KYN28型高压开关柜进行并柜使用的F-C高压开关柜。但是，只有ABB公司的中置型高压开关柜与KYN28型高压开关柜结构比较接近，却也无法实现完全并柜使用。由于国外电力系统大部分属于中性点接地系统，其爬电距离和空气距离还不能达到我国国家标准，国内目前没有厂家生产KYN28型F-C高压开关柜。

3 F-C高压开关柜柜体结构选型

随着工艺技术和水平的高速发展，以及电力供应生产运行的实际需求，手车式F-C高压开关柜由于具有操作简单、维修方便等特征，已经得到了广泛应用。虽然国内F-C高压开关柜的结构各不相同，但最终目标是节约占地空间，因此，尽量减小柜体是F-C高压开关柜的发展趋势。而F-C高压开关柜的柜体尺寸与内部元器件大小相关，随着真空断路器的持续发展，大多数生产厂家的6kV高压断路器尺寸相差不远，由此，F-C高压开关柜需要尽量减少外形尺寸，方法主要包括以下几种：

（1）首先，将一块非金属的绝缘隔板插入空气间隙中，由此降低对绝缘距离的标准。但是，必须确保空气净距离在60mm以上，同时，非金属绝缘隔离板应该部署于中间位置，这种方法的缺点是非金属绝缘隔板受到外部环境影响，容易发生绝缘老化现象。

（2）使用热缩套管将F-C高压开关柜中的高压带电导体包裹起来，同时注意绝缘距离在100mm以上。这种方法的缺点也是存在热缩套管绝缘老化的问题。

（3）采用三菱机电公司的热涂敷工艺技术，将绝缘材料涂敷在高压带电绝缘导体表面，尽量减小绝缘距离。这种方法的缺点是需要购置流化床设备。

4 F-C回路熔断器的选择

4.1 保护电动机用高压限流熔断器参数选择及计算

4.1.1 高压熔断器参数选择原则〔1〕

对于高压电动机保护，通常是由几种电器共同完成的，高压熔断器是一种很重要的保护电器，根据IEC 644，我们推荐使用下列一组曲线来保护电动机，如图1所示。图上表示了保护装置与被保护装置电动机的曲线之间的关系图，它组成了一个典型的应用曲线。下面讨论各曲线之间的关系，并以此来指导设计。

（1）首先用高压熔断器安―秒特性曲线10s对应的电流值除以一个适当系数K所得到的电流坐标应位于电动机启动电流点A的右侧。

（2）高压熔断器特性与过流继电器保护曲线交叉点B值应小于开关装置的开断电流值。

（3）如果安装了瞬时接地继电保护，那么动作点将由B点移至C点，这时应特别注意，开关可能在大于额定开断电流的某一电流下工作。

（4）整个电缆及母线曲线应位于操作特性DBCE的右侧，假如由于电动机启动功能性质不同（如启动时间长和频繁的启动次数），根据要求所选择的高压熔断器需要高额定值时，那么DBCE段将向右边移动，因而电缆的截面尺寸应适当增加。

（5）高压熔断器在通过大故障电流时（一般对应通流时间不大于0.01s），应把这个电流限制在开关能承受的电流之内。

（6）要特别注意高压熔断器的系数K，它说明了高压限流熔断器的过载特性，即在规定的系数下使用高压熔断器，可以使高压熔断器反复耐受电动机的启动和过载冲击而不会受到损害。这个过载特性可从5～6s时的高压熔断器特性电流乘以系数得到。

一般来讲要使高压熔断器对电动机的启动电流有一个最大的耐受能力，在安―秒特性的10s范围内使用一个高的启动电流是比较合适的。

若要对装置电缆和电动机在0.01s范围内有一个最大的短路保护，则应使用一个低的启动电流（即加有辅助启动）。

总之，高压熔断器的额定电流选择，要根据不同任务和电动机启动电流及时间、启动次数来决定。

5 总结

高压限流熔断器加真空接触器即F-C回路在电厂的厂用高压系统中使用越来越普遍，特别是LHJCZR系列真空接触器――熔断器组合电器在电厂的应用中，具有节省投资、功能明确、短路故障切除时间快、易于频繁操作、结构紧凑、无需经常维护的条件下保证其长久的电气与机械寿命，且通用性强，实现了同类接触器能完全互换。

F-C回路开关柜装配LHJCZR系列高压真空接触器后，变压器的最大容量可用到1600KVA；高压电机的容量可用到1250KW；电容器的容量可用到1200Kvar；超过此范围的负荷，应采用真空断路器柜供。■

参考文献

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[3]彭巨光.建筑电气设备中低压开关柜选型的研究[J].电气制造，2006，12：24.

[4]梁粤强.10kV环网负荷开关柜选型的基本技术要求[J].湖北电力，2006，S2：76-77.

开关柜设计篇6

关键词:10KV配电系统 高压开关柜 结构设计

1.引言

在电力系统中,l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花八门,作为制造厂家,我们不得不针对用户的需求,为用户量身定做。这就要求我们必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。

高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用,电压等级在3.6kV～550kV的电器产品,主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器,高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分,在整个电力工业中占有非常重要的地位。

2. 关于10KV开关柜设计的一些思考

2.1绝缘距离

由于10kV开关柜用于对三相交流电进行分配，因此相间及相对地之间必须保证一定的距离，否则会引起短路，对整个电力系统造成危害。但我们单纯以空气作为绝缘介质时， 绝缘距离要求如表1。

2．2 爬电距离

由于电力系统用户往往追求高可靠性， 实践中我们要符合以下条件：高压开关柜中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及订机绝缘件)的外绝缘爬电比距(高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比)对于纯瓷绝缘为18mm／kV ， 对于订机绝缘为20mm/kV。由于这一要求比较高，很多常规的元器件往往满足不了要求，这就要求我们告知元器件生产厂家加以定制。元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙边的方法。我们在选型时要注意裙边的高度与裙距比例不能太悬殊。另外，我们还应注意开关柜使用场所的环境条件， 为了防止发生凝露，我们可以在开关柜中加入带自动控制的加热器。

2．3五防联锁功能

为了防止现场操作人员无意识地实施错误的操作。从而导致事故， 除了加强对操作人员的培训以及实施工作票制度， 我们还应在开关柜的设计中加入强制联锁装置或采取提示性措施。对于开关柜而言， 需提供五种防止误操作功能。

1)防止误分误合断路器

对于有人值守的变电站， 可采用不同编号的红绿翻牌来实现。即每台断路器均对应唯一编号的红绿翻牌， 平时红绿翻牌置于控制屏上。对于无人值守的变电站， 由于断路器的分合均从远方操作， 无法应用红绿翻牌方法， 只能加入电气联锁。

2)防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推入拉出断路器手车。这一功能一般都采用机械联锁进行强制性联锁。这一要求的原因是隔离开关和手车动静触头之间不具备分断和关合正常负荷电流的能力。万一误操作， 会烧毁隔离开关和手车动静触头， 事故还可能进一步扩大。

3)防止带电操合接地开关或挂接临时接地线。这一功能要求用机械联锁。因为它关系到人为短路接地。

4)防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。这一功能要求用机械联锁， 目的也是为了防止人为短路接地。

5)防止人误入带电间隔。这一功能一般也采用机械联锁， 目的

是为了防止人员触电。

3.目前主流运转车结构特点及性能比较

3.1主要结构型式

经了解,中置手车式高压柜运转车,主要基本类型有两种:螺杆式结构和挂钩式结构。螺杆式结构,主要体现:(1)螺杆实现运转车与柜体连接;(2)螺杆传动,实现断路器手车从柜体内进出;(3)断路器手车运转车上升降由螺杆装置驱动。这种结构代表是西门子公司中置柜运转车。挂钩式结构,主要体现:(1)挂钩和导向杆实现运转车与柜体连接;(2)调节手轮,实现运转车导轨面与柜体内导轨面一致性调整;(3)挂钩式运转车没有提升机构,需靠人力将断路器手车放置运转车或柜内,再运转车实现断路器手车进出。这种结构代表是ABB公司中置柜运转车。

3.2优缺点对比

相挂钩式运转车,螺杆式运转车提供了比较完善使用功能。但国内生产厂家选用螺杆式运转车并不普遍,主要原因是螺杆式运转车结构比较复杂,机加工零件较多,生产成本高,同时,与开关柜配套运转车所需数量较少,许多厂家并没有运转车上投入更多设计,重视不够。挂钩式运转车功能上不及螺杆式,但因其结构简单,易于加工制造,成本低廉,到了生产厂家广泛选用。,现场实践及对挂钩式运转车设计分析,发现目前常规挂钩式运转车均存一定缺陷,这种缺陷会对断路器手车造成潜损害,增加维护工作量,会引起非正常停电时间延长。下面,对当前主流挂钩式运转车缺陷进行了初步分析,并给出了一种可行改进方法,

4.常规挂钩式运转车结构分析

4.1挂钩式运转车两种常规结构

第一种结构常见于由敷铝锌板加工组合而成中置柜,柜内生产厂家大多与ABB公司生产ZS系列中置柜结构相类似,可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这类运转车存下列缺点:(1)运转车上两个导向杆只起导向作用,不受力。也就是说,运转车与开关柜体间仅靠挂钩一个点连接一起。(2)使挂钩顺利插入柜体内,设计上,必须留有一定间隙,以方便操作。推拉断路器手车时,间隙反映运转车导轨与柜体导轨之间。(3)经长期使用后,撞击力作用下,柜体上与挂钩连接处,以及运转车上挂钩轴会变形,这种变形导致了两导轨间间隙进一步扩大。间隙越大,撞击力越大,两者间形成恶性循环,最后导致运转车不能使用,或严重影响运转车使用安全。

第2种结构常见于柜体由型钢与金属板件组装而成中置柜。这类柜体也可安装VD4系列或VS1系列真空断路器手车。这种结构可以消除两导轨间水平间隙,设计上却存一个垂直高度差,它导致了更大撞击力。同时,使用时如不仔细调整,会使垂直高度差变更大。从使用效果来看,这种结构同前者比,操作性及安全性更差。

4.2运转车结构对实际使用影响

通过现场调查和分析对比,发现运转车结构对中置柜操作性能影响是渐进,影响巨大。其主要表现两个方面:(1)对操作性和使用安全性影响:这种影响产品交付前期影响并不显着,时间推移,影响越来越明显,运转车操作性和使用安全性大大降低。(2)对断路器手车影响:这种影响主撞击力造成,撞击力导致断路器手车车轮变形。安装及现场调试阶段,对断路器手车推拉操作次数最多,车轮变形往往是这一阶段出现。车轮变形导致手车推拉困难,会将断路器手车卡死运转车或柜体导轨内。是例行停电维修时出现此种故障,必然会延长停电时间,形成不能按时供电事故。统计发现,产品投运前,约有10%~20%手车轮存不同程度变形,每个工程中约有一、二台变形较大影响正常操作,需维修处理。

5.对10KV配电系统高压开关柜结构设计改进的措施

针对上文所述运转车存问题,我们设计了一种改进方案,这种方案着重解决了上文所述挂钩式运转车存各种缺陷,主要表现以下几个方面:

(1)消除柜体导轨与运转车导轨之间间隙,避免产生撞击力,结构上,确保当运转车靠紧柜体时,运转车导轨与柜体导轨可靠接触,基本无间隙。

(2)特别设计了锁定装置:利用磨擦自锁原理,一个特别设计凸轮装置,可以实现运转车锁定。其工作方式为:凸轮未锁定前,弹簧作用下挂钩与柜体接触面间有一定操作间隙,可以使运转车挂钩顺利插入并钩住柜体。逆时针转动凸轮,消除操作间隙,将运转车与柜体可靠锁定,推拉断路器手车时,无需再靠人力顶住运转车,操作可靠性以提升。同时,为保证挂钩转轴不因受力变形,将挂钩转轴处改为腰形孔,锁定前,弹簧将挂钩向前拉,保证了挂钩与柜体正常操作间隙。

(3)操作间隙调整:一段时间使用后,挂钩及凸轮会磨损,间隙增大,会降低锁紧力,针对可能出现这种情况,凸轮与运转车之间,增设了调整垫。调整垫可以作为配件,由用户需要自行添加。

6.结束语

通过试验和使用综合评价是:(1)改进成本:如上所述,与原结构相比,改进后并没有增加太多零件,新增成本相开关柜而言,可以忽略不计。另外,还可对已出厂运转车进行改造,提高运转车操作可靠性。(2)改进效果及用户反映:将改进后运转车交用户试用后,到了用户肯定,他们认为,操作可靠性、安全性、操作简便程度以及对断路器手车保护等各方面,均比原结构有较大提升。

开关柜设计篇7

论文关键词：智能开关柜,协议,上位机,控件

引言

我国智能发电和智能输电网的建设与发达国家基本同步，但是智能配电网的建设则相对滞后。随着国家低碳经济、节能减排和新能源战略的实施，智能配电网的建设必然受到越来越多的重视。现代计算机技术和通信技术的飞速发展，促进了智能配电系统的发展和完善，而开关柜的智能化就是智能配电网的重要基础。

智能开关柜是在以模拟仪表、继电器为监测、控制设备的普通开关柜基础上，与新型的智能仪表(网络电力仪表、智能配电监控/保护模块、网络I/0等)进行配合，通过其网络通讯接口与中央控制室的计算机系统联网，从而可以实现对各供配电回路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、电度量等电参数以及断路器的分合闸状态、故障信息、开关柜的温湿度信息进行监测，对断路器的分合闸状态和开关柜的温湿度进行控制，并可以配合远程监控软件实现“四遥”。

本课题采用高性能AVR单片机设计的开关柜智能操控装置提供RS485通讯接口，可进行串口通信。本文根据Modbus通讯协议的定义以及智能开关柜操控装置采集信息的种类和特点，完整地设计了该类智能开关柜操控装置与上位机通讯的Modbus-RTU通信协议，并采用VC++程序设计语言实现了该通讯协议。

1智能开关柜Modbus-RTU通讯协议设计

1.1Modbus-RTU通讯协议简介

Modbus通讯协议是由Modicon公司开发且已是工业领域全球最流行的通讯协议。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。

Modbus协议规定了消息、数据的结构、命令和应答的方式。数据通讯采用Maser/Slave方式，Master端发出数据请求消息，Slave端接收到正确消息后就可以发送数据到Master端以响应请求。Master端也可以直接发消息修改Slave端的数据，实现双向读写。

Modbus协议在一根通讯线上使用主从应答式连接（半双工），这意味着在一根单独的通讯线上信号沿着相反的两个方向传输。首先，主计算机的信号寻址到一台唯一的终端设备（开关柜），然后，终端设备发出的应答信号以相反的方向传输给主机。Modbus协议只允许在主机和终端设备之间通讯，而不允许独立的终端设备之间的数据交换，这样各终端设备不会在它们初始化时占据通讯线路，而仅限于响应到达本机的查询信号。

Modbus通讯规约包括RTU协议和ASCII协议。RTU(RemoteTerminalUnit)通讯方式采用8位二进制数据传输命令或数据，数据校验采用CRC循环冗余校验，通讯速度较快；ASCII通讯方式采用7位二进制表示的ASCII码进行通讯，数据校验采用奇偶校验或LRC逻辑冗余校验，通讯速度较慢。在一个通讯系统中，只能选用一种通讯方式。

在RTU模式下，帧中的每个字节直接用于传输，这样在同样的波特率下，可比ASCII模式传输更多的数据。与绝大多数电力自动化仪表一致，本仪表采用Modbus-RTU通讯模式。

1.2字节格式

智能开关柜操控装置Modbus-RTU通讯协议中的数据结构以及数据传输遵循以下规则：

编码形式：二进制；

字节位：每个传输序列包含11位串行数据，其中1位起始位、8位数据位D0~D7、2位停止位；

发送方式：数据位传输时，先传低位，后传高位，如图1所示。

图1字节传输序列（RTU模式）

Fig.1Bytetransmissionsequence(RTUmode)

1.3数据帧格式

帧是传送信息的基本单元，Modbus协议中主机与从机采用相同的帧格式。

RTU帧以至少4个字节的停顿时间开始，同样以至少4个字节的停顿时间标志帧的结束。整个帧必须作为连续的流传送，RTU数据帧格式如表1所示。

表1Modbus-RTU协议的帧格式

Tab.1FrameformatofModbus-RTUprotocol

帧开始 地址码 功能码 数据区 校验码 帧结束

4字节

停顿时间

1字节 1字节 N字节 2字节

4字节

开关柜设计篇8

[关键词]模块化；机车电器柜；设计

中图分类号：U260.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0361-01

机车电器柜作为机车的关键设备，是机车电传动系统的主体，电器柜内的电器是组成机车电传动系统的基本元件，起着切换、控制、检测、调节和保护机车的作用，其质量直接影响机车运行的可靠性，电器元件的操作性、维修性，其设计与整个机车的质量密切相关。本文探讨的是模块化在电器柜结构设计中的应用，根据机车电气原理图和机车总体设计要求，如何合理、可靠的把机车控制电器安装到电器柜中。

1.机车电器柜设计

1.1 概述

机车电器柜集中安装了机车高压、低压回路电器元件。

高压回路电器元件主要包括：工况转换开关HKG、方向转换开关HKF、组合接触器XC、主接触器1C-6C、电阻制动端接接触器ZC、接地继电器DJ、过流继电器LJ、风速继电器FSJ、自负荷刀开关1ZFK-2ZFK及电流传感器1LH-7LH等。

低压回路电器元件主要包括：启动接触器QC、励磁接触器LC、空压机接触器1-2YC、蓄电池刀开关XK、充电电阻RC、逆流保护装置NL，装有9只直流接触器（1-9KM）、若干中间继电器用来实现牵引电机主接触器的驱动电路、起动机油泵电路、燃油泵电路、起动发电机励磁电路、故障发电时起动发电机的励磁电路、励磁机励磁电路及其故障励磁电路的控制功能和空压机控制，装有单极自动开关、管型电阻、万能转换开关等电器以实现机车的检测、控制、调节和保护功能。

1.2 电器柜高压回路电器模块化设计

高压回路电器的柜体结构设计，首先要考虑铜母线的走向和高压回路电器元件的布置。铜母线的布线要求非常高，铜母线走向复杂，且要求刚性联接，装配后铜母线不仅要求横平竖直，还要求考虑与其它电器元件有一定的电气间隙和爬电距离，铜母线采用热缩管进行防护，铜母线接大线的可操作性，铜母线的固定等。

根据高压回路电器接线及电器特点，可将工况转换开关HKG、方向转换开关HKF、电流传感器1LH-7LH设计为转换开关模块。转换开关模块设计时，需注意：为方便转换开关对外接线，方向转换开关HKF安装底面距电器柜底面尺寸不得小于350mm。方向转换开关HKF与工况转换开关HKG尺寸安装底面相距尺寸为770mm。上述为六轴机车方案，四轴机车将相应回路减少2组即可。

主接触器1C-6C、电阻制动端接接触器ZC设计为电磁接触器模块。主接触器和电阻制动端接接触器均为电磁接触器，根据电器安装要求，采用槽钢为其安装支架，电器安装为卧式安装。

组合接触器XC、自负荷刀开关1ZFK-2ZFK设计为刀开关模块。其余主回路的整流组件、过流、接地继电器和风速继电器均安装在此模块上。参见图1。

1.3 电器柜低压回路模块化设计

电器柜低压回路的设计，主要需要考虑对外接线、维修的方便性。蓄电池刀开关的安装，需要考虑其方便操作。结合机车低压电器的安装及接线要求，可将其划分为如下几个模块。

启动接触器QC、励磁接触器LC、空压机接触器1-2YC及低压回路端子排设计为接触器模块；逆流组件NL、充电电阻RC、蓄电池充电回路熔断保护器设计为逆流模块；将各类自动开关、小型断路器设计为短路器模块；将各类继电器排列在一起，设计为继电器模块。参见图2。

2.模块化设计应用举例

电器柜的模块化设计，在新的机车电器柜设计中的有着十分重大的意义，不仅仅是成熟电器柜设计经验的总结，同时模块化的设计理念可有效地缩短设计周期，对新电器柜的设计有重大的启迪和借鉴意义。下面就模块化的设计在出口机车上的应用，举例如下。

2.1出口阿根廷机车电器柜应用

出口阿根廷宽轨六轴机车，主要运用于阿根廷国内的客、货运运输业务。根据机车原理图和机车总体设计要求，运用模块设计理念，该型机车电器柜电器布局图如下。

该电器柜的设计运用了模块化的设计理念，电器柜电器布局合理，接线方便，便于维修。经过近2年的运用考核，得到用户的认可。

2.2 出口尼日利亚机车电器柜应用

出口尼日利亚动车为4轴机车，该型机车为客运动车，设计要求较高，电器柜中集中安装了机车高、低压回路电器元件，及机车微机柜，电器柜出线方式为柜顶和柜底部出线相结合。设计过程中，采用了模块化的设计理念，合理的电器布局，方便的对外接线方式及可操

作性等均得到了用户的认可和好评。

3.结束语