矿用一般型手车式高压开关柜的应用探讨

段孟君

（山西焦煤西山煤电东曲煤矿， 山西 古交 030200）

引言

矿用手车式高压开关柜在煤矿井下生产中应用广泛，与固定式开关及油开关等相比，其具有灭弧性能良好、开断容量大、运维简便、机械寿命长等性能优势，同时能大大提升电网设备安全水平。为保证矿用一般型手车式高压开关柜安全使用，避免发生电气火灾、电器元件损坏、人身电击伤亡等事故，必须确保正确操作和使用开关设备。

1 矿用一般型手车式高压开关柜性能

矿用高压真空开关柜一般为钢板封闭式结构，柜底后侧接入电缆，上门位置安装有监视仪表、操作开关及信号指示，上门内侧则为二次电气箱，箱内主要安装全部继电保护和二次线。为便于检修，继电器板均可转出箱外。手车式高压开关柜门关闭后可将其真空断路器调整至共组位置，通过手动操作。

手车式高压开关柜真空断路器接入手车室轨道后将柜门关闭，并借助柜门下方的摇柄将其摇动至工作位置，同时在真空断路器右侧的连杆抬起面按压锁住门锁。断电后继续摇出真空断路器，在其右侧压杆的作用下压板逐渐向下移动，并借助连杆抬起门锁，前门开启。

手车式高压开关柜同时具备定时限电流保护、反时限过电流保护、欠压及过压保护、电缆绝缘保护等功能。通过断路器分合等开关设备遥控及本地操控，实现对设备运行状态控制、连锁、互锁控制和输入、输出逻辑控制。

高压开关柜微机监控系统设置有通信接口，通过接入通信网络可实时传输监控数据并下达调度指令，同时可实现对操作控制、保护投切、测量等配置参数的优化设计以及对电网运行状态的测控，完全实现对矿井中央配电室的无人值守。

2 安装及操作使用

安装矿用一般型手车式高压开关柜前，必须将柜内灰尘彻底清除，并按顺序摆放，按安装要求调整水平度和垂直度后通过点焊方式及M12 螺栓将开关柜和槽钢基础连接固定。将制作完成的电缆头固定于支架，并使电缆与母线良好接触。

在操作使用前，应先检查高压开关柜中电气元件规格型号以及紧固件安装的牢固程度，并确保主回路接触电阻不超出500μΩ；同时在相与相、相与地间施加50 Hz 交流电，按照GB 311.1—2012 的规定进行主回路工频绝缘电压试验，应不发生击穿闪络。在主回路断电的情况下，进行二次控制回路通电试验[1]，试验结果必须满足二次接线图相关要求。试验步骤具体如下：

1）在采用ZNA-630A 型真空断路器开关柜的情况下，必须先将二次控制电源接通，使电源指示灯开启，同时将分合闸转换开关转动合闸并持续至少10 s。以上操作将使断路器储能电机进入储能及合闸状态，而分合闸开关应逆时针旋转至分闸位置，使断路器分闸。

2）在采用PZN-400 型真空断路器开关柜的情况下，应使其处于大断口状态，再使分合闸转换开关顺时针转换至合闸处，开关线圈通电后起到吸引衔铁及自保的作用，断路器也显示合闸；再将分合闸转换开关逆时针旋转至分闸位置，开关线圈断电并将衔铁释放。

3）若采用ZN63-12 型手车式高压开关柜时，应先将小车置于工作位置，关门后工作位置指示灯及分闸指示灯均亮起，且断路器显示为分闸状态；将储能按钮按下后，储能电机动作，弹簧机构同时进入储能运行状态，结束后指示灯亮起；再将合闸开关顺时针扭转至合闸位置，断路器同时合闸，且开关柜门合闸指示灯同时亮起；将分闸开关逆时针旋转至分闸位置，则断路器随之分闸操作，进而彻底断开断路器触头与触头盒。

3 手车式高压开关柜的改进

近年来，矿用一般型手车式高压开关柜事故频繁发生，煤矿生产及管理单位也对开关柜元件、线路等进行相关试验，电缆铁芯放电或电缆接地谐振过电压等事故原因均被排除，最终锁定的事故原因为手车式高压开关支柱绝缘子与电流互感器爬电距离过小，铁芯受到电流互感器一次引线放电影响后，进而引发支柱绝缘子多点沿面闪络以及三相短路[2]。外界原因主要为环境湿度较大，使开关柜绝缘水平降低。

基于以上对常见手车式高压开关柜事故及原因的分析，应从以下几个方面提升手车式高压开关柜绝缘水平及运行性能。

3.1 绝缘材料的选择

矿用一般型手车式高压开关柜大多采用环氧树脂玻璃层压板材料弥补空气绝缘距离过小的不足，并达到加强绝缘的目的。但是一旦高压开关柜发生短路引发电弧，环氧树脂玻璃层压板绝缘材料便会随之燃烧，所释放出的大量碳化物因无法及时排出而充斥于开关柜空间，形成带电粉尘离子，加大爆炸的可能。为此，应当选择兼具绝缘和阻燃性能的片状模塑料（Sheet molding compound,SMC）、团状模塑料（Dough molding compounds,DMC）、玻璃钢等绝缘材料。

3.2 开关柜结构控制

当前我国矿用开关设备电气标准明确规定，空气距离应不得小于100 mm，这一距离符合75 kV 冲击电压试验以及42 kV 工频耐压试验设计要求，但是在具体运行过程中却并不满足开关设备电气安全运行的要求。所以对于湿度大、灰尘多、运行工况复杂的矿井环境，必须对电气设备绝缘水平及性能状态进行定期考核。矿井运行环境下，手车式高压开关柜断路器、绝缘子、柜体等普遍分布着导电尘埃，且开关设备清扫及检查周期长。如果不能从日常运行维护、清扫等角度加强导电尘埃清理及性能检测，则最好增大空气绝缘距离，提升开关电气设备绝缘水平。

在手车式高压开关断路器和绝缘子高度不变的基础上，必须改为户外设计，爬电距离也应从当前的140 mm 增大至200 mm 及以上，从而避免其在复杂的井下环境中产生沿面放电；母线及断路器触头等应当按照圆筒式结构设计，以避免因电场不均而引发闪络放电。

3.3 开关设备电弧及闪络放电控制

电弧及闪络放电是质轻等离子体在受到热气和电动力等的共同作用后在高压柜体内快速移动[3]，进而产生高温度强功率破坏力，使金属零部件表面发生熔化蒸发、结构变形，甚至会使开关柜面板崩开，内部元器件烧坏。

矿用一般型手车式高压开关柜发生短路的瞬间必然会因外绝缘爬电距离过小、绝缘程度差异等原因而导致带电体自身、带电体与接地部分、带电体与绝缘体之间均发生闪络放电。矿用一般型手车式高压开关柜断路器强度低、抗短路冲击性能及热稳定性差，如果遇短路故障，则很容易发生断路器断裂及爆炸事故。此外，设备防潮性能、电场分布均匀性等也与设备短路故障有关，若设备长期运行于潮湿环境，设备几何形状不科学，电场分布不均，则在手车式高压开关柜设备发生短路的瞬间，强大的电流作用于绝缘子、母线、柜体等处后必然激发沉积的导电尘埃四处飞扬，进而构成放电通道，降低绝缘性能，引发电击事故。

3.4 装设加热器

为避免矿用一般型手车式高压开关柜在温度变化大、高湿度环境中发生凝露及腐蚀危害，还应当将加热器分别安装在断路器手车室和电缆室。通常应选用板式发热原件，并将磁套管加设在导线连接处线芯上，加设数量根据线芯瓦数确定：50 W 以下线芯加装2 个磁套管，50 W 以上线芯则加设3 个磁套管。在敷设加热器线束时必须将其与电阻原件、发热元件距离控制在30 mm 以上，具体如图1 所示。

图1 加热器线束敷设

对于附带翅片的矿用一般型手车式高压开关柜气体冷却加热器应将翅片垂直安装，不得水平安装，具体安装要求详见图2。

图2 带翅片气体冷却加热器安装示意图

4 结语

本文所提出的改进措施应用后，既满足了煤矿企业对老矿配电室改造的需要，又使得煤矿井下一般型手车式高压开关柜结构更加优化，绝缘性能提升，开关设备电弧及闪络放电也得到更加有效的控制，凝露及腐蚀危害大大降低，进而使煤矿井下中央配电室中高压开关柜的供配电性能能够顺利发挥，从而为矿井煤层开采、煤料运输、通风、照明等过程提供可靠稳定的电能。