开关柜毕业设计.docx

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开关柜毕业设计

中文摘要及关键词

摘要

高、低压配电柜（又称成套开关或成套配电装置），它是以断路器为主的电气设备，是指生产厂家根据电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器（包括控制电器、保护电器、测量电器）以及母线、载流导体、绝缘子等装配在封闭的或敞开的金属柜体内，作为电力系统中接受和分配电能的装置。

高压开关柜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也得重要组成部分，在整个电力工业中占有非常重要的地位。

低压开关柜适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业，作为输电、配电及电能转换之用。

本设计共有三章，第一章主要介绍高压开关柜的分类及型号、各种参数及工艺要求；第二章则详细对KYN28A-12小车式高压开关柜进行介绍；第三章阐述KYN28A-12小车式高压开关柜的操作及存在的缺陷。

本设计主要通过上网搜索以及书籍查阅来获取所需的资料。

如有不足之处，恳请指教！

关键词

KYN28A-12小车式高压开关柜、原理图、接线图、检修

引言

众所周知，电能是生产的主要能源和动力。

电能的输送与分配既简单，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

高压开关设备在电力系统中起到了控制和保护的作用。

随着科学技术的发展，高压开关设备也在提高自身使用价值的基础上相集成化、智能化方面发展。

涉及的工业领域也非常广阔，从电力输、配电到石化、冶金、矿山等均用不同类型的高压开关设备作为其电力资源（或能源）的控制和保护系统。

二次回路作为高压开关柜自身控制和保护回路，在高压开关设备中起着控制、保护信息的接受和传递作用，是非常重要的组成部分，因二次回路是有许多二次元件按其各自不同功能用二次导线连接而成，故其涉及、接线、安装错误会造成高压开关设备的功能丧失或误动作，从而使电力（配电）系统发生故障。

科学技术的发展带动了人类社会的快速进步，各个行业的发展也越来越快，而电力是国民经济发展及人类文明生活不可缺少的一种宝贵能源，它在现代工农业生产、人们日常生活及各个领域中已获得了广泛的引用。

离开了电力，要想实现人类社会的物质文明和精神文明是根本不可能的，因此，保护电力系统的安全可靠地运行和提高电能质量具有极为重要的意义，开关设备在电力系统中的应用具有举足轻重的地位。

第一章高压开关柜

开关柜是一种电设备，外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。

如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载.

开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。

图1—1开关柜

第一节高压开关柜的概述

一、基本概念

1、高压开关柜是成套配电装置的一种，它是由制造厂成套供应的设备，按一定的线路方案将有关一次设备和二次设备组装在柜内，从而可以节约空间，方便安装，可靠供电，美化环境。

在这些封闭或半封闭式的柜中可装设高压开关电器、测量仪表、保护装置和辅助设备等等。

一般是一个柜构成一个电路（必要时用两个柜），所以通常一个柜就是一个间隔。

使用时可按设计的主电路方案，选用适合各种电路间隔的开关柜，然后组合起来便构成整个高压配电装置。

2、高压开关设备：

主要用于发电、输电、配电和电能转换的高压开关以及和控制、测量、保护装置、电气联结（母线）、外壳、支持件等组成的总称。

3、开关柜防护要求中的“五防”：

防止误分误合断路器、防止带电分合隔离开关、防止带电合接地开关、防止带接地分合断路器、防止误入带电间隔。

比如：

◆高压开关柜内的真空断路器小车在试验位置合闸后，小车断路器无法进入工作位置。

（防止带负荷合闸）

◆高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法进合闸。

（防止带接地线合闸）

◆高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时，盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁。

（防止误入带电间隔）

◆高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。

（防止带电挂接地线）

◆高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路器的工作位置。

（防止带负荷拉刀闸）

4、母排位置相序对应关系：

表1-1

相别

漆色

母线安装相互位置

垂直

水平

引下线

A相

黄

上

远

左

B相

绿

中

中

中

C相

红

下

近

右

5、防护等级:

外壳、隔板及其他部分防止人体接近带电部分和触及运动部件以及防止外部物体侵入内部设备的保护程度。

表1-2

防护等级

简称

定义

IP1X

防止直径大于50mm的物体

1.防止直径大于50mm的固体进入壳内；2.防止人体某一大面积部分（如手）意外触及壳内带电部分或运动部件

IP2X

防止直径大于12.5mm的物体

1.防止直径大于12.5mm的固体进入壳内；

2.防止手触及壳内带电部分或运动部件

IP3X

防止直径大于2.5mm的物体

1.防止直径大于2.5mm的固体进入壳内；

2.防止厚度（直径）大于2.5mm工具或金属线触及柜内带电部分或运动部件

IP4X

防止直径大于1mm的物体

1.防止直径大于1mm的固体进入壳内；

2.防止厚度（直径）大于1mm工具或金属线触及柜内带电部分或运动部件

IP5X

防尘

1.能防止灰尘进入达到影响产品的程度；

2.完全防止触及柜内带电部分或运动部件

IP6X

尘密

1.完全防止灰尘进入壳内；2.完全防止触及柜内带电部分或运动部件

二、开关柜的主要特点：

1、有一、二次方案,这是开关柜具体的功能标志,包括电能汇集、分配、计量和保护功能电气线路。

一个开关柜有一个确定的主回路（一次回路）方案和一个辅助回路（二次回路）方案，当一个开关柜的主方案不能实现时可以用几个单元方案来组合而成。

2、开关柜具有一定的操作程序及机械或电气联锁机构，实践证明:

无“五防”功能或“五防功能不全”是造成电力事故的主要原因。

3、具有接地的金属外壳，其外壳有支承和防护作用.因此要求它应具有足够的机械强度和刚度，保证装置的稳固性,当柜内产生故障时,不会出现变形,折断等外部效应。

同时也可以防止人体接近带电部分和触及运动部件，防止外界因素对内部设施的影响；以及防止设备受到意外的冲击。

4、具有抑制内部故障的功能，“内部故障”是指开关柜内部电弧短路引起的故障，一旦发生内部故障要求把电弧故障限制在隔室以内。

三、高压开关柜正常使用条件:

1、环境温度:

周围空气温度不超过40℃（上限），一般地区为-5℃（下限），严寒地区可以为-15℃。

环境温度过高,金属的导电率会减低,电阻增加,表面氧化作用加剧；另一方面,过高的温度,也会使柜内的绝缘件的寿命大大缩短,绝缘强度下降。

反之,环境温度过低,在绝缘件中会产生内应力,最终会导致绝缘件的破坏。

2、海拔高度:

一般不超过1000米.对于安装在海拔高于1000米处的设备,外绝缘的绝缘水平应将所要求的绝缘耐受电压乘以修正系数Ka[ka=1÷（1.1-H×10-4）]来决定。

由于高海拔地区空气稀薄,电器的外绝缘易击穿,所以采用加强绝缘型电器，加大空气绝缘距离，或在开关柜内增加绝缘防护措施。

3、环境湿度:

日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。

4、地震烈度:

不超过8度。

5、其它条件:

没有火灾、爆炸危险、严重污染、化学腐蚀及剧烈振动的场所。

第二节高压开关柜的组成及分类

一、高压开关柜的组成

开关柜应满足GB3906-1991"3-35kV交流金属封闭开关设备"标准的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线等组成。

柜体的材料

a）冷扎钢板或角钢（用于焊接柜）

b）敷铝锌钢板或镀锌钢板（用于组装柜）

c）不锈钢板（不导磁性）

d）铝板（（不导磁性）

柜体的功能单元：

a）主母线室（一般主母线布置按“品”字形或“1”字形两种结构

b）断路器室

c）电缆室

d）继电器和仪表室

e）柜顶小母线室

f）二次端子室

柜内电器元件：

1.柜内常用一次电器元件（主回路设备）常见的有如下设备：

电流互感器简称CT[如：

LZZBJ9-10]

电压互感器简称PT[如:

JDZJ-10]

接地开关[如:

JN15-12]

避雷器（阻容吸收器）[如:

HY5WS单相型;TBP、JBP组合型]

隔离开关[如:

GN19-12、GN30-12、GN25-12]

高压断路器[如：

少油型（S）、真空型（Z）、SF6型（L）]

高压接触器[如：

JCZ3-10D/400A型]

高压熔断器[如：

RN2-12、XRNP-12、RN1-12]

变压器[如:

SC（L）系列干变、S系列油变]

高压带电显示器[GSN-10Q型]

绝缘件[如:

穿墙套管、触头盒、绝缘子、绝缘热缩（冷缩）护套]

主母线和分支母线

高压电抗器[如串联型:

CKSC和起动电机型:

QKSG]

负荷开关[如:

FN26-12（L）、FN16-12（Z）]

高压单相并联电容器[如:

BFF12-30-1]等等

2.柜内常用的主要二次元件（又称二次设备或辅助设备，是指对一次设备进行监察、控制、测量、调整和保护的低压设备）,常见的有如下设备:

1.继电器2.电度表3.电流表4.电压表5.功率表6.功率因数表7.频率表8.熔断器9.空气开关10.转换开关11.信号灯12.电阻13.按钮14.微机综合保护装置等等

二、高压开关柜分类:

1、按断路器安装方式分为移开式（手车式）和固定式

（1）.移开式或手车式（用Y表示）：

表示柜内的主要电器元件（如:

断路器）是安装在可抽出的手车上的，由于手车柜有很好的互换性,因此可以大大提高供电的可靠性，常用的手车类型有:

隔离手车、计量手车、断路器手车、PT手车、电容器手车和所用变手车等，如KYN28A-12。

（2）.固定式（用G表示）:

表示柜内所有的电器元件（如:

断路器或负荷开关等）均为固定式安装的，固定式开关柜较为简单经济，如XGN2-10、GG-1A等。

2、按安装地点分为户内和户外

（1）.用于户内（用N表示）;表示只能在户内安装使用，如：

KYN28A-12等开关柜；

（2）.用于户外（用W表示）;表示可以在户外安装使用，如:

XLW等开关柜。

3、按柜体结构可分为金属封闭铠装式开关柜、金属封闭间隔式开关柜﹑金属封闭箱式开关柜和敞开式开关柜四大类

（1）.金属封闭铠装式开关柜（用字母K来表示）主要组成部件（例如：

断路器、互感器、母线等）分别装在接地的用金属隔板隔开的隔室中的金属封闭开关设备。

如KYN28A-12型高压开关柜。

（2）.金属封闭间隔式开关柜（用字母J来表示）与铠装式金属封闭开关设备相似，其主要电器元件也分别装于单独的隔室内，但具有一个或多个符合一定防护等级的非金属隔板。

如JYN2-12型高压开关柜。

（3）.金属封闭箱式开关柜（用字母X来表示）开关柜外壳为金属封闭式的开关设备。

如XGN2-12型高压开关柜。

（4）.敞开式开关柜，无保护等级要求，外壳有部分是敞开的开关设备。

如GG-1A（F）型高压开关柜。

第三节高压开关柜的装配

一、高压开关柜装配工艺的基本要求

（1）一次、二次接线及选用的电器元件和材料的规格应符合设计图纸的要求。

（2）柜内安装的元件均应为合格产品。

要求在开关柜的角螺丝固定的情况下，操作断路器和隔离开关时，状语柜内的二次元件不应产生误动作。

（3）断路器装入柜内后，高、低压下的分、合闸和额定电压下的分、合闸速度特性、行程、超行程和三相同期性均应符合本身原有的技术条件；负荷开关、隔离开关装入柜后的开距和三相接地刀片同时接触性能也均应符合原有的条件。

（4）操作机构及传动装置应操作灵活，辅助触点（动合、动断）分合正确可靠。

（5）高压开关柜内导体相互连接处，当通过开关柜的额定电流时，该处最高温度及允许温升不得超过表1-4所列数据的规定。

表1-4开关柜内导体连接处的最高温度及允许温升

测量位置

最高温度

（℃）

周围介质温度+40℃时允许温升（℃）

分支母线相互连接处及分支母线与电器端子连接处

铜（银）、铜（银）

铜（锡）、铜（锡）

铝（锡）、铝（锡）

铝（锡）、铜（锡）

铝、铝

铝、铜（锡）

铝（锡）、铜

105

90

85

85

80

80

80

65

50

45

45

40

40

40

在检查最高温度及允许温升时，应满足下列条件：

1）应取高压开关柜最大的额定电流值；

2）高压开关柜两侧应封闭；

3）测量位置应三相同时进行。

表1-4中，铝（锡）是指两次到西安搪锡或镀锡，其他相同。

（6）高压开关柜内一次设备（包括连接导线）带电体之间以及一次设备（包括连接导线）带电体与骨架之间的最小距离应符合表1——5所列数值（不包括设备本身内部距离）。

表1-5一次设备带电体之间，带电体与骨架之间的最小距离（毫米）

部位

3KV

6KV

10KV

不同相的裸导体之间及裸带电部分至接地骨架之间

裸带电部分至正面金属板或金属门

裸带电部分至正面网状封板或网状门

无遮拦导体至地面高度

75

105

175

2500

100

130

200

2500

100

155

225

2500

（7）高压开关柜的一次回路及其他电器的绝缘应能承受1分钟工频实验（数值见表1-6）

而无击穿现象。

表1-6高压开关柜工频实验电压数值

额定电压（KV）

0.5及以下（二次回路）

3

6

10

持续一分钟的工频实验电压

1

24

32

42

实验部位：

一次电路的相与相之间，相与地之间。

（8）门与板要求平整，网门或网状遮拦上的钢丝应张紧，外露的侧板应无明显的凹凸不平现象。

（9）母线连接处边缘及孔口应无毛刺或凹凸不平现象，并应连接紧密可靠。

母线弯曲处应无裂纹。

母线的排列安装层次分明，整齐美观，涂漆应色泽均匀。

（10）柜内所有二次回路的仪表、继电器、电器元件、端子排和小母线以及连接导线均应完整、清楚、牢固的标号。

以上是固定式开关柜装配工艺的基本要求，小车式开关柜的装配工艺基本要求除应符合上述固定式开关柜的装配工艺基本要求外，并需符合以下几点要求。

（1）同型号、同类型的小车应可以互换。

（2）小车的推进与取出应灵活轻便，无卡涩碰撞现象。

（3）可动触头与固定触头应保证在允许的偏差范围内接触可靠。

（4）小车与柜体之间应有接地触头，接地电阻应不大于1000微欧。

（5）小车抽出柜体后，柜内一次隔离用的静触头安全保护装置应可靠。

（6）小车式开关柜一次回路及其他电器的工频绝缘耐压试验数值见表1-6。

其测试部位包括一次回路中断路器动、静触头之间。

二、高压开关柜的二次配线

高压开关柜和低压开关柜的装配工艺要求较高，尤其对二次回路配线的要求更应正确无误、整齐美观。

而且二次回路配线的好坏，关系到整个柜的质量，应给予重视。

二次回路配线的工艺要求

1.配线材料所用的材料包括塑料线（单股和多股，多股线适用于箱架至摇门以及其他活动部分，有条件时可采用镀锡铜芯导线）；异形塑料管；线夹等辅助材料。

2.配线工具使用的工具包括尖头钳、剥线钳、剪刀、螺丝刀、M3-M6沉孔套筒扳手、线套和螺丝盒等。

3.二次配线的准备工作应按以下几个方面进行。

（1）看清图纸，仔细考虑线路的布置方案；

（2）根据任务性质和产品技术要求，选用与图纸要求相符的导线；

（3）核对二次回路的电器元件是否配齐、型号规格是否相符，如果电器元件表面发生碎裂、生锈、发霉等质量问题是应及时调换。

4.二次配线的工艺过程其基本要求分述与下。

（1）所有电器元件均应有合格证方能进行安装。

在安装时，一般按图先将仪表安装在开关板上，然后再安装继电器，对于板后安装的继电器，在接线端上先拧上接线螺杆，用螺母夹紧;对于板前接线的继电器在需连接的接线端上连接片，并用弹簧垫圈和螺母夹紧；注意不可秃扣，如有秃扣则必须调换嵌件螺母或更换继电器；如果发现继电器的接线端嵌件螺孔内有胶木堵塞，要用丝锥铰过，再将继电器按图装入开关柜内。

（2）信号灯、按钮等其他二次回路的组件，也因按图进行安装，在安装时，对于所有部件和走线一律要求水平垂直、整齐、并安装牢固。

（3）将槽板紧固在开关板的适当位置，依次将接线板插入开关板内。

（4）根据需要，试测线路的长短然后下料，并将下好的线勒直，有成型木模者可按照木模预制。

（5）自上而下地将总线束放好，总线束本身要求方行或长方形。

然后分路，并将上下笔直的线路放在外档，上下曲折（弯头）的线路顺次序放入内档。

线路不能紧贴金属表，必须腾空3-5毫米。

（6）在分路部分，将可连接的一端接好，弯头处用手弯成圆角后，再直、横行走。

（7）分路部分到继电器的线束，一律按水平居中向两侧分开的方向行走，到继电器接线端的每根线应略带圆弧状连接，同一块板内的各种继电器连接线圆弧应力求一致（见图1—2）。

图1—2配接继电器形式

（8）分路部分到双排仪表的线束，可用中间分线的布置（见图1—3）。

图1—3双排仪表的配接形式

（9）分路部分到单排仪表的线束布置如图1—4所示。

图1—4单排仪表的配接形式

（10）分路部分到按钮、信号灯、熔断器、控制开关等部件的线束布置，原则上按横向对称行走（见图1—5），但如果受到位置上的限制，允许直向对称行走。

（11）

过门部分的线束，在两部分线脚固定以后，线束本身必须留有适当的长度余量，以便打开门时，线束不致过分拉紧。

（图1—6）

图1—5到各种电器组件的配接形式

（a）到按钮；（b）到信号灯；（c）到熔断器；（d）到控制开关

过门线束应留适当长度

图1—6KYN28A-12小车式高压开关柜面板接线图

5．接线二次接线应按以下步骤进行；

（1）根据需要的长度和线径用剥线钳剥头，剥头时不应损伤铜丝表面。

（2）按接线图纸选取相应的塑料线套号，且不准将线号套反套，并不得互相错位；

（3）套上塑料线号套后，在导线末端缠环，环根与塑料线号套之间距离应为2毫米，缠出的环以全圆为原则，方向应与压紧螺母拧紧方向一致，其内径应比紧固螺母的内径大1—2毫米；

（4）两根以上的线头，在两根线之间应垫上一只垫圈，上导线上面再加一弹簧垫圈用螺母压紧。

如果是多股线接到接线端上时，如果螺杆的长度不够，可允许用碗形垫圈加弹簧圈省去平面垫圈，螺母拧紧后，要求螺杆伸出螺帽3—5扣；

（5）连接的线头应镀锡。

6．线束的包扎线束每隔100—200毫米需用蜡绸包扎，然后再用铝片扎头紧固。

对于可动部分的线束，为防止与金属部分摩擦，原则上一律要加套塑料管或缠绕蜡布带。

7．二次回路配线的检查应按以下步骤进行。

（1）接线头螺钉是否有松动现象；

（2）线路的走向和安装是否平、直、齐、牢；

（3）对于各元件所有不接线的端子均应配齐螺杆、螺母、垫圈等，并要求紧固；

（4）按技术条件的各项规定，检查各元件的规格是否符合设计要求。

三、高压开关柜常见故障缺陷及处理方法

故障的预防措施：

开关柜在调试、运行过程中由于各种各样的原因会发生故障，为减少故障频率应进行下列项目的检修：

1.检修程序锁和联锁，动作保持灵活可靠，程序正确

2.按断路器、隔离开关、操作机构等电器的规定进行检修调试

3.检查电器接触部位，看接触情况是否良好，检测接地回路

4.有手车的须检查手车推进机构的情况，保证其满足说明书的有关要求

5.检查二次辅助回路有无异常，并进行必要的检修

6.检查各部分紧固件，如有松动应立即紧固

7.检查接地回路各部分的情况，如接地触头，主接地线及过门接地线等，保证其导电的连续性

8.对SF6负荷开关须检查气体压力指标数据，视情况及时进行补气

9.清扫各部位的尘土，特别是绝缘材料表面的尘土。

10.发现有异常情况，如不能解决可同开关柜厂家联系

常见故障及处理方法：

1.绝缘故障：

绝缘故障形式一般有：

环境条件恶劣破坏绝缘件性能、绝缘材料的老化破损、小动物进入等原因造成的短路或击穿。

定期检修发现绝缘材料老化或破损立即更换，清除绝缘材料表面的污渍，电缆沟、开关室安装防护板防止小动物进入，发生故障查找原因并立即整改

2.操作机构故障：

经常是由于造成拒分拒合线圈烧坏，检查原因并立即更改，同时更换新的线圈

3.保护元器件选用不当的造成的故障：

如熔断器额定电流选用不当，继电器整定时间不匹配等原因造成的事故，发生故障及时查找原因并更换合适的元器件

4.不按操作规程造成的事故：

由于未按操作规程操作造成的误分误合或造成元器件损坏引起的故障，应了解产品操作规程，按程序操作

5.由于环境变化引起的故障：

如由于环境温度、湿度及污染指数等的急剧变化引起的故障，应注意改善环境如：

安装空调加热器、了解污染源并及时清除等方法解决

第二章KYN28A-12小车式高压开关柜

KYN28A-12型户内金属铠装抽出式开关设备主要用于发电厂、工矿企事业配电以及电力系统的二次变电站的受电、送电及大型电动机的起动等。

实行控制、保护、实时监控和测量之用。

有完善的五防功能,配用浙开VS1（ZN63A-12）真空断路器，也可配由ABB公司生产的VD4真空断路器、由上海富士电机开关有限分司生产的HS型（ZN82-12）真空断路器、中外合资厦门华电开关有限分司生产的VEP型（ZN96-12）真空断路器，目前在12KV市场上使用量很大。

第一节KYN28A-12小车式高压开关柜的概述

KYN28中置高压开关柜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12kV的电器产品，主要包括高压断路器、接地开关、互感器等。

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。

KYN28柜体由柜架和可抽出式手车二部分组成，各种手车均采用蜗杆摇动推进和退出，其操作轻便、灵活。

整个手车体积小，检查和维修方便。

手车在柜体内试验位置和工作位置都有到位装置，以保证机械联锁可靠。

根据手车的用途不同，可分为：

转运车、PT车、熔断器车、计量车、隔离车、下置PT车、下置避雷器车和接地车等。

一、KYN28A-12小车式高压开关柜的结构

型号含义

KYN28A-12-□---□

铠装柜环境特征号

移开式一次方案号

设计序号

户内

开关柜基本参数

项目

单位

数据

额定电压

kV

12

1min工频耐受电压（额定绝缘水平）

kV

42（相对地及相间）

48（隔离断口）

雷电冲击耐受电压（额定绝缘水平）

kV

75（相对地及相间）

85（隔离断口）

额定频率

HZ

50

主母线额定电流

A

63012501600200025003150

分支母线额定电流

A

63012501600200025003150

4S热稳定电流

kA

16202531.540

额定动稳定电流

kA

40506380100

防护等级

外壳为IP4X,隔