高壓開關柜
高壓開關柜廣泛應用于配電系統(tǒng)，作接受與分配電能之用。既可根據電網運行需要將一部分電力設備或線路投入或退出運行，也可在電力設備或線路發(fā)生故障時將故障部分從電網中快速切除，從而保證電網中無故障部分的正常運行，以及設備和運行維修人員的安全。因此，高壓開關柜是非常重要的配電設備，其安全、可靠運行對電力系統(tǒng)具有十分重要的意義。
01
高壓開關柜的分類
02
KYN高壓開關柜的組成結構
開關柜由固定的柜體和可抽出部件（簡稱手車）兩大部分組成。
一、柜體
開關柜的外殼和隔板采用敷鋁鋅鋼板，整個柜體不僅具有精度高、抗腐蝕與氧化作用，且機械強度高、外形美觀，柜體采用組裝結構，用拉鉚螺母和高強度螺栓聯(lián)結而成，因此裝配好的開關柜能保持尺寸上的統(tǒng)一性。
開關柜被隔板分成手車室、母線室、電纜室和繼電器儀表室，每一單元均良好接地。
A-母線室
母線室布置在開關柜的背面上部，作安裝布置三相高壓交流母線及通過支路母線實現(xiàn)與靜觸頭連接之用。全部母線用絕緣套管塑封。在母線穿越開關柜隔板時，用母線套管固定。如果出現(xiàn)內部故障電弧，能限制事故蔓延到鄰柜，并能保障母線的機械強度。
B-手車（斷路器）室
在斷路器室內安裝了特定的導軌，供斷路器手車在內滑行與工作。手車能在工作位置、試驗位置之間移動。靜觸頭的隔板（活門）安裝在手車室的后壁上。手車從試驗位置移動到工作位置過程中，隔板自動打開，反方向移動手車則完全復合，從而保障了操作人員不觸及帶電體。
斷路器按滅弧介質可分為:?油斷路器。又分為多油斷路器和少油斷路器。它們都是觸頭在油中開斷、接通，用變壓器油作為滅弧介質。?壓縮空氣斷路器。利用高壓力壓縮空氣來吹滅電弧的斷路器。?SF6斷路器。利用SF6氣體來吹滅電弧的斷路器。?真空斷路器。觸頭在真空中開斷、接通，在真空條件下滅弧的斷路器。?固體產氣斷路器。利用固體產氣材料，在電弧高溫作用下分解出的氣體來熄滅電弧的斷路器。?磁吹斷路器。在空氣中由磁場將電弧吹入滅弧柵中，使之拉長、冷卻而熄滅電弧的斷路器。
按操動機構所用操作能源的能量形式不同，操動機構可分為以下幾種：1、手動機構（CS）：指用人力合閘的操動機構。2、電磁機構（CD）：指用電磁鐵合閘的操動機構。3、彈簧機構（CT）：指事先用人力或電動機使彈簧儲能實現(xiàn)合閘的彈簧合閘操動機構。4、電動機機構（CJ）：指用電動機合閘與分閘的操動機構。5、液壓機構（CY）：指以高壓油推動活塞實現(xiàn)合閘與分閘的操動機構。6、氣動機構（CQ）：指用壓縮空氣推活塞實現(xiàn)合閘與分閘的操動機構。7、永磁機構：利用永久磁鐵進行斷路器位置保持，是一種電磁操動、永磁保持、電子控制的操作機構。
C-電纜室
電纜室內可安裝電流互感器、接地開關、避雷器（過電壓保護器）以及電纜等附屬設備，并在其底部配制開縫的可卸鋁板，以確保現(xiàn)場施工的方便。
D-繼電器儀表室
繼電器室的面板上，安裝有微機保護裝置、操作把手、保護出口壓板、儀表、狀態(tài)指示燈（或狀態(tài)顯示器）等；繼電器室內，安裝有端子排、微機保護控制回路直流電源開關、微機保護工作直流電源、儲能電機工作電源開關（直流或交流），以及特殊要求的二次設備。
開關柜手車的三個位置
二、開關柜聯(lián)鎖裝置
開關柜具有可靠的聯(lián)鎖裝置，滿足五防的要求，切實保障了操作人員及設備的安全。
a、儀表室門上裝有提示性的按鈕或者轉換開關，以防止誤合、誤分斷路器。
b、斷路器手車在試驗位置或工作位置時，斷路器才能進行合分操作，而在斷路器合閘后，手車無法移動、防止了帶負荷誤推拉手車。
c 、僅當接地開關處在分閘位置時，斷路器手車才能從試驗/檢修位置移至工作位置。僅當斷路器手車處于試驗/檢修位置時，接地開關才能進行合閘操作。這樣實現(xiàn)了防止帶電誤合接地開關，以及防止接地開關處在閉合位置時分合斷路器。
d、接地開關處于分閘位置時，開關柜下門及后門都無法打開，防止了誤入帶電間隔。
開關柜盤后門與接地開關聯(lián)鎖示意圖
e、斷路器手車在試驗或工作位置，沒有控制電壓時， 可實現(xiàn)僅能手動分閘不能合閘。
f、斷路器手車在工作位置時，二次插頭被鎖定不能拔出。
開關柜二次插頭被鎖定示意圖
g、各柜體間可實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。
h、開關設備上的二次線與斷路器手車上的二次線的聯(lián)絡是通過手動二次插頭來實現(xiàn)的，二次插頭的動觸頭通過一個尼龍波紋收縮管與斷路器手車相連，二次靜觸頭座裝設在開關柜手車室的右上方。斷路器手車只有在試驗、斷開位置時，才能插上和解除二次插頭，斷路器手車處于工作位置時由于機械聯(lián)鎖作用，二次插頭被鎖定，不能被解除。
03
高壓開關柜操作程序
雖然開關柜設計已保證開關設備各部分操作順序正確的聯(lián)鎖，但是操作人員對開關設備進行操作時，仍應嚴格按操作規(guī)程和相關要求進行，不應隨意操作，更不應在操作受阻時不加分析強行操作，否則容易造成設備損壞，甚至引起事故。
高壓開關柜送電操作程序
（1）關閉所有柜門及后封板，并鎖好。
（2）將接地開關操作手柄插入中門右下側六角孔內，逆時針旋轉約90°，使接地開關處于分閘位置，取出操作手柄，操作孔處聯(lián)鎖板自動彈回，遮住操作孔，開關柜后門閉鎖。
（3）觀察上柜門各儀表、信號指示是否正常。正常時微機保護裝置電源燈亮，手車試驗位置燈、斷路器分閘指示燈和儲能指示燈亮，如所有指示燈均不亮，則打開上柜門，確認各母線電源開關是否合上，如已合上各指示燈仍不亮，則需檢查控制回路。
（4）將斷路器手車搖柄插入搖柄插口并用力壓下，順時針轉動搖柄，6KV開關柜約轉動20圈，在搖柄明顯受阻并伴有“咔嗒”聲時取下?lián)u柄，此時手車處于工作位置，二次插頭被鎖定，斷路器手車主回路接通，查看相關信號（此時手車工作位置燈亮，同時手車試驗位置燈滅），同時應注意手車在工作位置時，地刀操作孔處聯(lián)鎖板被閉鎖不能按下，如下圖所示。
手車位置與地刀操作孔閉鎖示意圖
（5）操作儀表門上合、分轉換開關使斷路器合閘送電，同時儀表門上紅色合閘指示燈亮，綠色分閘指示燈滅，查看帶電顯示裝置、斷路器機械分合位置及其它相關信號，一切正常，送電成功（操作合、分轉換開關時，把操作手柄順時針旋轉至面板指示合位置，松開手后操作手柄應自動復位至預合位置）。
（6）如斷路器合閘后自動分閘或運行中自動分閘，則需判斷故障原因并排除后方可按上述程序重新送電。
04
斷路器操動機構
1、電磁操作機構
電磁操作機構是技術比較成熟，使用較早的一種斷路器操作機構，其結構比較簡單，機械組成部件數(shù)量約120個，它是利用通過合閘線圈中的電流產生的電磁力驅動合閘鐵芯，撞擊合閘連桿機構進行合閘的，其合閘能量的大小完全取決于合閘電流的大小，因此需要很大的合閘電流。
電磁操作機構的優(yōu)點主要有：
結構比較簡單，工作比較可靠，加工要求不是很高，制造容易，生產成本較低；
可實現(xiàn)遙控操作和自動重合閘；
有較好的合、分閘速度特性。
電磁操作機構的缺點主要有：
合閘電流大，合閘線圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作電源；
合閘電流大，一般的輔助開關、繼電器觸點不能滿足要求，必須配專門的直流接觸器，利用直流接 觸器帶消弧線圈的觸點來控制合閘電流，從而控制合、分閘線圈動作；
操作機構動作速度低，觸頭的壓力小，容易引起觸頭跳動，合閘時間長，電源電壓變動對合閘速度影響大；
耗費材料多，機構笨重；
戶外變電所斷路器的本體和操作機構一般都組裝在一起，這種一體式的斷路器一般只具備電動合、電動分和手動分的功能，而不具備手動合的功能，當操作機構箱出現(xiàn)故障而使斷路器拒絕電動時，就必須停電進行處理。
2、彈簧操作機構
彈簧操作機構由彈簧貯能、合閘維持、分閘維持、分閘4個部分組成，零部件數(shù)量較多，約200個，利用機構內彈簧拉伸和收縮所儲存的能量進行斷路器合、分閘控制操作。彈簧能量的儲存由儲能電機減速機構的運行來實現(xiàn)，而斷路器的合、分閘動作靠合、分閘線圈來控制，因此斷路器合、分閘操作的能量取決于彈簧儲存的能量而與電磁力的大小無關，不需太大的合、分閘電流。
彈簧操作機構的優(yōu)點主要有：
合、分閘電流不大，不需要大功率的操作電源；
既可遠方電動儲能，電動合、分閘，也可就地手動儲能，手動合、分閘，因此 在操作電源消失或出現(xiàn)操作機構拒絕電動的情況下也可以進行手動合、分閘操作；合、分閘動作速度快，不受電源電壓變動的影響，且能快速自動重合閘；
儲能電機功率小，可交直流兩用；
彈簧操作機構可使能量傳遞獲得最佳匹配，并使各種開斷電流規(guī)格的斷路器通用同一種操作機構，選用不同的儲能彈簧即可，性價比優(yōu)。
彈簧操作機構的缺點主要有：
結構比較復雜，制造工藝復雜，加工精度要求高，制造成本比較高；
操作沖力大，對構件強度要求高；
容易發(fā)生機械故障而使操作機構拒動，燒毀合閘線圈或行程開關；
存在誤跳現(xiàn)象，有時誤跳后分閘不到位，無法判斷其合分位置；
分閘速度特性較差。
3、永磁操作機構
永磁操作機構采用了一種全新的工作原理和結構，由永久磁鐵、合閘線圈和分閘線圈組成，取消了彈簧操作機構和電磁操作機構中的運動連桿、脫、鎖扣裝置，結構簡單，零部件很少，約50個，工作時主要運動部件只有一個，具有很高的可靠性。它利用永久磁鐵進行斷路器位置保持，是一種電磁操動、永磁保持、電子控制的操作機構。
永磁操作機構的工作原理：當合閘線圈通電后，它在磁路上部產生與永久磁鐵相反方向的磁通，兩磁場疊加產生的磁場力使動鐵心向下運動，當運動到約一半行程后，由于磁路下部氣隙減小，永久磁鐵磁力線轉移到下部，此時合閘線圈磁場與永磁磁場同方向，從而使動鐵芯加速向下運動，最終達到合位，這時合閘電流消失，永久磁鐵利用動、靜鐵芯提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在合閘的穩(wěn)態(tài)位置；當分閘線圈通電后，它在磁路下部產生與永久磁鐵相反方向的磁通，兩磁場疊加產生的磁場力使動鐵心向上運動，當運動到約一半行程后，由于磁路上部氣隙減小，永久磁鐵磁力線轉移到上部，此時分閘線圈磁場與永磁磁場同方向，從而使動鐵芯加速向上運動，最終達到分位，這時分閘電流消失，永久磁鐵利用動、靜鐵芯提供的低磁阻抗通道將動鐵心保持在分閘的穩(wěn)態(tài)位置。
永磁操作機構的優(yōu)點主要有：
采用雙穩(wěn)態(tài)、雙線圈機構。永磁操作機構的分合閘操作通過分合閘線圈來實現(xiàn)，永久磁鐵與分合閘線圈相配合，較好地解決了分合閘時需要大功率能量的問題，因為永久磁鐵提供的磁場能量，可以作為分合閘操作用，分合閘線圈所需提供的能量便可以減少，這樣就不需要太大的分合閘操作電流。
由動鐵芯的上下運動，通過拐臂桿，絕緣拉桿作用于斷路器真空滅弧室的動觸頭，實現(xiàn)斷路器的分閘或合閘，取代了傳統(tǒng)的機械鎖扣方式，機械結構大為簡化，使耗材減少，成本變低，故障點減少，大大提高了機械動作的可靠性，能夠實現(xiàn)免維護，節(jié)省維修費用。
永磁操作機構永磁力幾乎不會消失，壽命高達10萬次，以電磁力進行分合閘操作，以永磁力進行雙穩(wěn)態(tài)位置保持，簡化了傳動機構，降低了操作機構的能耗和噪音，比電磁操作機構和彈簧操作機構壽命長3倍以上。
采用無觸點、無可動元件、無磨損、無彈跳的電子接近開關作為輔助開關，不存在接觸不良問題，動作可靠，運行不受外界環(huán)境影響，壽命長，可靠性高，解決觸頭彈跳問題。
采用同步過零開關技術。斷路器的動、靜觸頭在電子控制系統(tǒng)的控制下，可在系統(tǒng)電壓波形過零時關合，在電流波形過零時分斷，產生幅值很小的涌流和過電壓，減少操作對電網和設備的沖擊，而電磁操作機構和彈簧操作機構的操作是隨機的，會產生幅值很高的涌流和過電壓，對電網和設備沖擊較大。
永磁操作機構可實現(xiàn)就地/遠方分合閘操作，也可實現(xiàn)保護合閘和重合閘功能，可手動分閘。因為操作所需電源容量小，采用電容器作跳合閘的直接電源，電容器充電時間短，充電電流小，抗沖擊能力強，停電后仍能對斷路器進行分合閘操作。
永磁操作機構的缺點主要有：
不能手動合閘，在操作電源消失、電容器電量耗盡以后，若不能對電容器進行充電，則無法再進行合閘操作；
手動分閘時，初分速度要足夠大，因此需要很大的力，否則無法進行分閘操作；
儲能電容器質量參差不齊、難以保證；
難以獲得理想的分閘速度特性；
難以提高永磁操動機構的分閘輸出功。
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