摘要：随着电力系统的智能化发展，小型化开关柜的应用越来越广泛，针对此种情况。本文对12KV的小型空气绝缘开关柜进行设计。该小型开关柜包含固封极柱的小型真空断路器、一体式互感器，并对接地开关、母线结构式以及其安全性能进行了设计。设计后的小型开关柜在体积上更小、维护更为方便、操作简单、可靠性以及稳定性高等特点。同时本文对小型开关柜的应用场合进行了介绍说明
关键词 ：小型化；空气绝缘；开关柜；应用场合
Design and application of air insulated miniaturized switchgear
Abstract:With the intelligent development of power system, miniaturized switchgear is more and more widely used. In this paper, 12kV small air insulated switchgear is designed. The small switch cabinet includes a small vacuum circuit breaker with a fixed pole and an integrated transformer. The grounding switch, the bus structure and its safety performance are designed. After the design, the small switch cabinet is smaller in volume, more convenient in maintenance, simple in operation, high in reliability and stability. At the same time, this paper introduces the application of small switch cabinet.
Key words: miniaturization; air insulation; switchgear; application
0 引言
在电力系统中，高压开关设备作为控制与保护装置，是输配电线路中非常重要的设备。近几年，高压开关柜逐步向着高可靠性、高稳定性以及免维护等方向发展，同时，小型化的开关柜也越来越受到市场的喜爱，其应用场合也越来越多。
因此，开关柜的小型化发展成为电力制造企业近几年研究的重点，本文对12KV小型空气绝缘开关柜进行设计，并对小型开关柜的应用场合进行分析，这对于提高电力系统开关柜的可靠性以及稳定性具有非常重要的意义。
1 小型开关柜的设计
1.1 小型开关柜的结构与参数
设计的小型开关柜为空气绝缘金属开张手车式小型开关柜。设计的开关柜包含基本开关柜的全部特点以及相关规范。在此基础上，对开关柜的断路器室 、母线室、电缆室等功能单元以及断路器、电流互感器、触头盒、母线套管、接地 开关等进行设计 ，最终尺寸宽×深 ×高分别为550mm×1300mm×2370mm。该小型开关柜的整体结构如图1所示，由图1可知，该开关柜主要由4大功能单元组成、分别为仪表室、断路器室、母线室、电缆室。小型开关柜的主要技术参数如表1所示。
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图1 小型开关柜结构示意图
1.2 小型开关柜主要部件设计
为保证开关柜的小型化以及设计出来的开关柜满足各项技术指标要求，需要解决小型开关柜在绝缘、散热中的各项关机技术问题。
1.2.1采用小型化固封真空断路器
想要实现开关柜的小型化，需要保证各器件小型化，因此需要采用小型化的断路器，在选择断路器时，不许将断路器进行压缩装配，因此在断路器的设计过程中，对断路器的结构布置以及结构设计均提出了新的要求。但断路器的体积减小将导致断路器的散热出现问题。为了满足上述要求，断路器的关键零部件以及其固封极柱需要进行创新性设计以满足使用要求。
（1）整体设计：断路器在设计时，其整体结构形式采用固封极柱与操作机构前后布置于同一框架的方式。并且主电回路部分采用三相落地结构。采用这类结构，可以保证断路器的性能的同时减少了中间环节，达到降低噪声与能耗以及提高操作可靠性的目的。
（2)操动机构设计：真空断路器的操动机构采用改进模块化的弹簧槽动机构。该机构可进行独立拆装、在维护上更为方便。其主要传动形式采用齿轮传动。储能中的储能方式采为较为省力的涡轮蜗杆传动，这样做的好处是保证了输出的合理性，减少了能耗与噪声。如图2所示设计好的小型化固封真空断路器。
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图2 断路器结构示意图
1.2.2 采用一体式的互感器触头盒
常用的开关柜的互感器以及触头盒是相互独立的结构。且互感器与触头盒分别安装在后框架与中间隔板上。当开关柜进行小型化升级后，体积将减小30%。传统的设计难以满足要求，对此采用全新的设计方案，采用一体式的互感器触头盒方案。其中全新设计的互感器在结构上增加了静电触头以及触头盒。并且两者之间采用耐高温的复合绝缘材料。其结构形式如图3所示。通过验证可知，采用新型设计后的产品在使用上符合要求，各项参数稳定，且整体强度增高。并且再设计中也考虑到了散热问题，因此在动静接头的散热问题的处理中。采用了在触头盒腔与下端互感器出线腔间设计通风孔，从而达到了加速空气流动的目的，以满足工程要求的散热效果。
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图3 触头盒结构示意图
1.2.3小型化开关柜安接地开关设计
为了适应开关柜的小型化，在接地开关的设计中，研发了适用小型开关柜的接地开关。这类开关在满足基本使用功能外。在针对接地开关相间隔离问题上，设计了与之相对用的绝缘罩壳。保证了其与开关柜内各部件的绝缘防护问题，同时也保证了观察接地开关情况的方便。
1.2.4小型化开关柜母线室结构设计
小型化开关柜的母线室的设计主要是其内安装的主母线以及支母线的设计，在主母线的设计过程中，主母线采用一字竖直的方式进行布置，其支撑方式采用柜子之间的穿墙套管进行固定。并且考虑到开关柜尺寸，对穿墙套管进行了重新的设计，对其在长度上进行了缩短，法兰盘与内腔进行了扩大，从而达到保证绝缘水平的目的。其母线的连接方式通过螺栓进行连接固定。
1.2.5 小型化开关柜安全性能设计
小型开关柜在安全性能的设计过程中，除传统的安全性设计之外，在断路器室以及电缆室分别设计了吸能装置，其作用是防治爆炸，并且能起到缓冲的作用。同时小型开关柜的绝缘方式上采用了空气绝缘，防治了对大气的二次污染，不仅保证了安全性同时确保了使用的环保。
2 小型开关柜的应用
随着我国电力系统的不断发展改革。对智能化的电力产品的需求越来越多。同时电力系统的发展，也推动了相关企业的进步。开关柜的小型化发展就是其中之一，小型化的开关柜在设计成熟后，不仅在电力企业得到了广泛的应用，同时已经应用于各行各业。在电力系统中的应用主要为供电公司，其应用场合主要是二级配电网络、环网供电的设备、（网架设备，带断路电流分断能力的环网柜）开闭所开关柜、环网柜、带开关电缆分支箱。同时在电力系统以外，小型开关柜的终端用户包含了工矿企业、商业楼宇、交流运输、各种用电负荷。
3结束语
从近几年的发展来看，小型开关柜在结构上更为轻小，投资费用更少。并且具有节能环保、维护方便等优点。同时采用空气绝缘方式减少了对环境的二次污染，其将是未来电力系统对开关柜要求的发展趋势。
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