摘要：随着用电负荷安全性、可靠性要求日益提高，供电网络的安全基础是布置于各站所的10kV中置式开关柜。中置柜是按照国标定义的金属封闭开关设备和控制设备，是除外部连接外，全部装配完成并封闭在接地金属外壳内的开关设备和控制设备。由于其小体积、多功能、可替换、良好安全性，已逐步替代原来大型弹操式开关设备柜。
关键词：中置柜；绝缘距离；选材；设计
1引言
针对电力系统用户对设备需求的多样性，制造厂家需针对客户需求量身定做，应熟悉相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。经过多年电力系统设备调试、质检和设计工作，对中置柜的绝缘距离设计提出一些改进措施。
2电力绝缘距离设计
2.1绝缘距离要求
10kV中置式开关柜广泛应用于供电网络的各开关站和开闭所中，用于对线电压为10kV的三相交流电传送控制和分配，因此柜内导流体相间及相对地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。
绝缘距离可分为空气净距和爬电距离两方面考虑，爬电距离主要针对与高压带电体直接连接的绝缘元件(如套管、绝缘子、触头盒等)的安全技术要求。针对绝缘件应采用的措施是选用知名厂家的产品，并在工厂试验时模拟母排安装后状态对整个开关柜体进行工频耐压测试，保证无闪络、击穿及显著放电现象。而当单纯以空气作为绝缘介质时考虑绝缘距离时，安全距离要求≥125mm。
2.2避雷器安装位置设计
在10kV综自高压柜设计中，部分柜体如馈线柜、电压互感器柜等需安装避雷器，此时设计适合的避雷器安装位置对柜体的安全运行至关重要。
某重要用户配电工程发生一起高压柜体爆炸停电事故，该10kV馈线柜在送电第3天发生爆炸，故障柜体图片如图1，应电业局要求参与事故原因分析。经现场勘察，故障柜体前后柜门变形，上下泄压阀打开，柜内电缆头炸开，B相避雷器高压侧烧灼明显。
图1故障柜体下部图
经分析：该柜体在设计时仅考虑柜内元件间绝缘安全距离，未考虑10kV电缆安装后与其他元件的安全间距，导致设计避雷器安装孔位较低，因此其在厂内无进(出)线电缆情况下可试验通过，但在电缆安装后B相避雷器与电缆头安全距离不足，送电第3天电缆头耐压击穿，电缆头爆炸柜内燃烧最终导致该高压开关柜报废的事故。针对此事故，要求该设备制造商对同类隐患柜体(见图2)全部整改，升高避雷器安装位置，避免了雷同故障的发生。
图2同一工程隐患柜体下部图
此次事故提醒设计人员，不能仅考虑厂内元器件安装间距，还需考虑现场施工后柜体绝缘间距及用户的安全用电。根据《电缆安装规程》要求第6.2.4条，35kV及以下电缆在剥切线芯绝缘、屏蔽、金属护套时，线芯沿绝缘表面至接地点(屏蔽或金属护套端部)的最小安全距离应符合表1要求。
因高压电缆的屏蔽层在电缆头制作中需引出至接地排接地，避雷器分别对应安装于高压导流体A、B、C相，故避雷器对应为高压侧，电缆头处为接地端。当避雷器安装孔较低，与电缆头绝缘安全距离不足(国标规定10kV高压设备相间及对地的最小空气间距125mm)，最终导致上述事故发生。
表1电缆终端和接头中最小安全距离
改进方法：在设计时应考虑避雷器与现场电缆的安全间距，建议设计安装孔位高于柜体底部0.6m及以上。或将避雷器从中置柜中移除，将其设计在线路侧，安装于高压电缆进出线第1号杆塔处。
2.3电流互感器导线体安装位置设计
在高压开关柜生产制造过程中，应注意高压电流互感器(TA)对地安全距离，当大变比TA为减少发热通常采用穿心式时，其内侧配有一等电位铜导线体，在安装时需将该导线固定在监测的对应相别，因此该导线是10kV高压导体。互感器制造厂所配铜导线体通常较长，如未注意该导线的浮垂及摆动可能造成相间及对地安全距离不足，设备无法通过耐压测试。
改进方法：TA铜导线固定孔设计在穿芯TA所在相别的铜铝排出口处，若TA垂直安装，固定孔设计于上出口处，将多余导线用扎带束于该TA内部。
2.4二次元件的安全间距
在高压开关柜生产制造过程中，除应考虑二次部分的温湿度感应器及加热器自身安装位置与高压部分安全间距外，还应注意该回路二次导线的安全距离，在高压柜体内部如使用定位片方式固定二次电缆，一段时间后定位片将失去粘性脱落，二次电缆下垂或摆动会造成对高压部分安全距离不足，可能发生高压对二次放电，同时危及一次系统和二次系统的安全运行。
改进方法：在设计时应考虑在中置柜内设置专用走线槽布线，或者在柜内设计电缆固定孔及固定支架以固定二次电缆。
2.5活门挡板的选材更换
对额定电流2000A及以上中置柜，由于断路器与柜体间动静触头存在咬合是否紧密以及断路器操作时接触分断问题，当二者间机械咬合强度不足或断路器进出运行位置时，将存在燃弧现象，现在普遍使用的活门挡板是普通金属挡板。其缺点是金属材料，可阻断燃弧但具有导电性，在开关柜设备检修时由于静触头直接与高压母线相连，金属活门挡板可能感应高压对检修人员造成人身危险。
改进方法：为更好地阻隔燃弧、保护开关柜体和动静触头、保护检修人员安全，可采用同样规格尺寸的SMC挡板替换普通金属挡板。SMC板是随着现代新材料技术的发展出现的，SMC板英文名称是SheetMouldingCompounds，即不饱和聚酯树脂玻璃纤维增强塑料，该产品由化学增稠的不饱和聚酯树脂、填料、纤维增强材料组成，在加热、加压模塑条件下固化成型，具有很高的机械和电气性能，具有良好的阻燃性、耐电弧，主要参数可参照表2。基于其良好特性，可被广泛应用于机械、电器设备中作绝缘结构零部件。
表2SMC板主要技术参数
3减少安全距离有几种方式
(1)使用热缩套管将高压带电导体热缩，热缩套管具有高低压两类，其耐压值完全不同，对10kV开关柜应正确选用高压热缩套管，实践中热缩后要确保空气净距离≥110mm，缺点是热缩套管存在老化问题。
(2)在相间或在柜壳内侧加装绝缘隔板，如SMC板或3240环氧酚醛玻璃布板等绝缘材料，从而缩小对空气绝缘距离的要求，但要求空气净距离≥60mm，缺点是绝缘隔板受使用环境影响较大，存在老化问题。
(3)高压导流体与柜壳部分构架安全距离不足时，在导流体穿越构架处安装穿墙套管，缺点是此方式只有在导流体适合加装可固定套管时采用。
(4)国外ABB公司有一种均匀磁场的设计理论，可以通过改善带电导体的结构缩小对绝缘距离的要求，缺点是国内用户一般不接受该理论，因为这不符合DL/T404-1997标准的要求。
(5)国外三菱公司采用热涂敷工艺，在高压带电导体表面均匀附上绝缘材料，缺点是要有专门流化床设备，且一般开关成套设备厂无法实现。
4结语
随着城市密度加大和站所增多，站所规划空间越发局限，必然要求电力设备朝安全可靠型、紧凑化、封闭式、综合自动化方向发展。因此要求设计制造者积思广益，应用新技术并注重细节改进，做到一二次回路配合兼顾，主、辅助元件合理布局，保证中置式开关柜设备的安全可靠。
