田繼禹 寇豐偉 胡利平
（川鐵電氣（天津）股份有限公司 陜西省 西安市 710043）
摘要：本文闡述了開發(fā)成功的新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜的理由和主要創(chuàng)新點、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，分析了新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜和傳統(tǒng)箱式開關(guān)柜的主要區(qū)別和技術(shù)優(yōu)勢，論證了新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜替代網(wǎng)珊結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)箱式開關(guān)柜，并提供了新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜的多種一次技術(shù)方案供客戶選擇使用。
關(guān)鍵詞：新型；鎧裝柜；問世
川鐵電氣股份有限公司始終堅持技術(shù)創(chuàng)新保持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。每年都有足夠的技術(shù)創(chuàng)新資金投入，堅持現(xiàn)代技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，老中青技術(shù)人員結(jié)合，發(fā)揮專業(yè)配套的技術(shù)團隊作用。堅持開發(fā)新產(chǎn)品要“保證使用、方便維修，兼顧制造和降低成本”的理念，有計劃、有步驟的開發(fā)、儲備和生產(chǎn)新產(chǎn)品，服務于電氣化鐵道牽引供電技術(shù)發(fā)展和牽引供電市場的需求開發(fā)新產(chǎn)品。近年來，卓有成效地開發(fā)成功新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜替代箱式開關(guān)柜，投放電氣化鐵道牽引供電市場，滿足電氣化鐵道牽引供電技術(shù)發(fā)展需要的產(chǎn)品升級和換代，保證牽引供電技術(shù)安全。
開發(fā)新型鎧裝柜理由
隨著我國鐵路的高鐵和普鐵牽引供電技術(shù)發(fā)展和鐵道勘察設(shè)計院陸續(xù)提出產(chǎn)品升級換代的要求，保證供電線路質(zhì)量，防護等級要求更高，防止箱式開關(guān)柜事故的再次發(fā)生，立項開發(fā)新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜替代傳統(tǒng)的網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)和箱式開關(guān)柜，用于27.5kV單相交流 50Hz 的電氣化鐵道供電系統(tǒng)的牽引變電所、分區(qū)亭、開閉所，做為開、合負載和開斷故障電流專用的開關(guān)設(shè)備，對牽引供電電路進行控制和保護。
產(chǎn)品特征和產(chǎn)品創(chuàng)新點
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜通過推廣應用，具有鮮明的產(chǎn)品特征和技術(shù)優(yōu)勢，推進和加快供電開關(guān)柜的更新?lián)Q代，可替代網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)和箱式開關(guān)柜。
1、新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜特征
（1）結(jié)構(gòu)特征
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，獲準了國家行業(yè)型號使用證KYN101A型，其結(jié)構(gòu)設(shè)計成鎧裝隔室結(jié)構(gòu)，分別由斷路器室、母線室、饋線電纜室、儀表室、活門機構(gòu)和防止誤操作的聯(lián)鎖裝置、泄壓裝置、安全接地防護和防凝露措施等組成。
1）斷路器室
由新型固封極柱式小型化斷路器、斷路器手車、電壓互感器手車和隔離手車、導向?qū)к壓拖嚓P(guān)電器元件組成。同類手車都可以準確的互換，在柜內(nèi)都有試驗位置和工作位置的鎖定狀態(tài)。由絲杠推進機構(gòu)實現(xiàn)各類手車的推進和退出，保證各類手車準確地投入運行和退出運行或當發(fā)生故障時進行快速切斷，各類手車可關(guān)門操作，通過觀察窗可以觀察到各類手車位置和分合狀態(tài)，保證無故障線路的正常運行。
2）母線室
由主母線和分支母線、連接絕緣套管和熱縮絕緣套管等組成。主母線和分支母線都套有熱縮絕緣套管，形成復合絕緣。可根據(jù)雙極供電系統(tǒng)，提供雙極母線供電方案。
3）饋線電纜室
適用于電纜連接也可以適用于銅排連接。銅排連接可以不需要電纜溝，完全可以滿足電纜進、出線和架空進、出線等方案。也可以根據(jù)主回路方案設(shè)計需要，可以安裝接地開關(guān)、避雷器和帶電顯示裝置等。
4）儀表室
按照需要安裝各種計量儀表、操作開關(guān)、按鈕和各類綜合保護裝置，便于計量、觀測和操作。
5）防止誤操作的聯(lián)鎖裝置
一是防止帶負荷合閘。柜內(nèi)的真空斷路器小車在試驗位置合閘后，小車斷路器無法進入工作位置；二是防止帶接地線合閘。柜內(nèi)的接地刀在合位時，小車斷路器無法進行合閘；三是防止誤入帶電間隔。柜內(nèi)的真空斷路器在合閘工作時，盤柜后門用接地刀上的機械與柜門閉鎖；四是防止帶電掛接地線。柜內(nèi)的真空斷路器在工作時合閘，合接地刀無法投入；五是防止帶負荷拉刀閘。柜內(nèi)的真空斷路器在工作合閘運行時，無法退出小車斷路器的工作位置。
6）活門機構(gòu)
活門機構(gòu)設(shè)計采用鏈式傳動結(jié)構(gòu)，保證斷路器從試驗位置到工作位置過程中自動打開，反向移動時自動關(guān)閉，有檢修鎖定裝置，保證有效隔離。保證檢修人員不會觸及帶電體。
7）接地防護
饋線電纜室內(nèi)設(shè)有接地銅排，貫通接地回路，用于直接接地，使開關(guān)柜本體、各隔室和各類手車框架都處于良好的接地狀態(tài)，保持運行和人身安全。
8）泄壓裝置
在斷路器室、母線室、饋線電纜室都設(shè)有單獨的泄壓通道和泄壓裝置，當發(fā)生故障時，各室內(nèi)部高壓氣體通過泄壓通道和泄壓裝置釋放壓力，以確保操作人員和鎧裝柜的安全。
9)具有架空進、出線、電纜進、出線和其他要求的功能方案；
10)新型鎧裝柜柜體防護等級高，柜體可達到IP4X防護,斷路器、各隔室可達到1P2X防護。
11)防凝露措施
具有防止在溫度或濕度變化較大的氣候環(huán)境中產(chǎn)生凝露而帶來危害，在斷路器室和饋線電纜室分別裝設(shè)電子加熱器。
12)可加裝帶電顯示裝置和觸頭測溫裝置。
新型鎧裝開關(guān)柜，按照用戶需求，可以裝設(shè)監(jiān)視一次回路的帶電狀態(tài)的帶電顯示裝置和觸頭測溫裝置，顯示高壓回路帶電狀態(tài)。
（2）重點參數(shù)特征
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，滿足國標GB/T28428-2012《電氣化鐵路27.5kV和2×27.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》、GB11022-2011高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的公用技術(shù)要求和行業(yè)（鐵標）標準TB/T2803-2003、JB/T385-2008規(guī)定的條款和供電部門使用要求。
a斷路器電壽命開斷30次，開斷電流2500A，機械壽命30000次;
b鎧裝柜通過了“內(nèi)部故障”型式試驗；
2、鎧裝柜的主要創(chuàng)新點和優(yōu)點
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜開發(fā)設(shè)計實踐過程中，堅持采用高新技術(shù)，實現(xiàn)高起點、高標準、高可靠性、低成本的理念。獲取了多項技術(shù)創(chuàng)新點和技術(shù)專利，使新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，實現(xiàn)了高質(zhì)量和高可靠性，較長的使用壽命和較低的維護成本，滿足了電氣化鐵道牽引供電技術(shù)發(fā)展使用要求。
1） 創(chuàng)新小型化固封極柱斷路器
固封極柱斷路器具有大電流2500A開斷能力，保證供電線路發(fā)生故障，可靠地分斷線路。防止了開斷能力偏小引起頻繁跳閘和偏高負載、過載不跳閘；具有體軹小，外形尺寸僅有1685（高）×895（深）×592（寬）厘米；具有足夠絕緣強度，無污染、無爆炸危險和操作安全等特點。
2） 優(yōu)選創(chuàng)新的模塊化操作機構(gòu)
機構(gòu)采用齒輪傳動儲能，提高傳動效率，增加傳動的平穩(wěn)性，保證傳動精度與效率，解決了斷路器因長期運行造成的卡滯現(xiàn)象和因長期動作造成塑性變形，引起的機械特性變化。
3）創(chuàng)新選用固封極柱滅弧室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滅弧室
將超低電阻值的真空滅弧室和導電元件澆注到環(huán)氧樹脂中以實現(xiàn)固體絕緣，可以免受灰塵、潮氣、凝露和污穢的影響，提高了斷路器的環(huán)境適應性和絕緣的可靠性，保證滿足GB/DL 標準規(guī)定的二級污穢地區(qū)爬距要求。
4）創(chuàng)新柜體加工方法和優(yōu)選柜體材料
柜體結(jié)構(gòu)材料選用具有強抗腐蝕與抗氧化的敷鋁鋅鋼板，經(jīng)過CNC機床加工成雙重折彎的型材，保證有足夠的機械強度和剛度，用高強度拉鉚螺母和高強度螺栓聯(lián)接組裝，保證了零部件通用化和互換性，更便于產(chǎn)品組裝和現(xiàn)場安裝調(diào)試。
5） 運行連續(xù)性能力高。
運行連續(xù)性喪失類別為LSC2B-PM，即打開功能單元的主回路隔室，該功能單元的其他隔室可以連續(xù)運行。可在主回路帶電的情況下，對開關(guān)柜其他隔室進行檢修維護。
6） 內(nèi)部隔板是連續(xù)并接地的金屬隔板/活門，根據(jù)GB/T3906隔板等級為PM級，高于PI級。PI級即內(nèi)部具有一個或多個非金屬隔板/或活門。
7） IAC級開關(guān)設(shè)備。
產(chǎn)品等級為IAC級，AFLR，即開關(guān)柜為內(nèi)部電弧級開關(guān)設(shè)備，安裝在僅限于操作人員可觸及的場所，試驗考核柜體的前面、側(cè)面及后面。
8） 外殼防護等級高。
產(chǎn)品達到IP4X；可防止直徑1.0mm及以上的固體異物進入，防止直徑1.0mm長100mm的試驗導線接近危險部件。
9） 安全性能高。
具有足夠的結(jié)構(gòu)強度、故障泄壓通道、閉門操作和五防聯(lián)鎖，有效的防止誤操作，更加保證了安全。
10）產(chǎn)品符合GB /T 28428、TB/T 2010和GB /T 3906等標準的要求。
3、鎧裝柜技術(shù)專利
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，獲有9項技術(shù)專利：帶有變壓器室的鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜；帶有電壓互感器手車式鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜；帶有架空出線的鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜導軌裝置；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜的活門結(jié)構(gòu)；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的斷路器室結(jié)構(gòu)；戶內(nèi)固封極柱式斷路器；鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的架空出現(xiàn)及負荷開關(guān)柜。
產(chǎn)品型式試驗與產(chǎn)品技術(shù)鑒定
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，按照國家新產(chǎn)品開發(fā)條例，進行了產(chǎn)品型式試驗，驗證了開發(fā)設(shè)計和制作工藝符合設(shè)計標準。經(jīng)國家級（AQTC）機械工業(yè)高壓電器設(shè)備質(zhì)量檢測中心，按照國家標準GB/T28428-2012、GB/T1984-2003和行業(yè)（鐵標）標準TB/T2803-2003、JB/T385-2008的有關(guān)條款，進行了絕緣、回路電阻、溫升、短路耐受電流和峰值耐受電流、防護等級、關(guān)合和開斷能力、機械操作壽命和機械特性測量等項的試驗驗證，并進行了強制性“內(nèi)部故障”試驗。各項技術(shù)指標均達到和高于國家和行業(yè)標準。特別是產(chǎn)品通過強制性“內(nèi)部故障”試驗后，“新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜形態(tài)完好，壓力釋放裝置正常打開，在規(guī)定時間內(nèi)柜體沒有開裂現(xiàn)象，熱氣體沒有燃點指示燈等”。
在完成試制、掛網(wǎng)試運行、型式試驗的基礎(chǔ)上，2014年6月8日由天津市科學技術(shù)評價中心組織省部級新產(chǎn)品鑒定會，邀請了鄭州局、柳州局、濟南局、中鐵電化局、中鐵建電化局、有關(guān)鐵路設(shè)計院和朔黃鐵路公司等單位參加鑒定會。并邀請了19位資深專家擔任鑒定會評委，對新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜進行了技術(shù)鑒定，評委專家給出了鑒定評價和評語:“------新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)先進、性能可靠、產(chǎn)品達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，可以批量生產(chǎn)，同意通過省部級鑒定--------”。
產(chǎn)品使用條件和產(chǎn)品推廣應用
1、正常使用條件
a)周圍空氣溫度不超過40℃，且在24h內(nèi)測得的平均值不超過35℃。
最低周圍空氣溫度為-5℃。
b）陽光輻射的影響可以忽略。
c）海拔不超過2000m。
d）周圍空氣沒有明顯地受到塵埃、煙、腐蝕性和/或可燃性氣體、蒸氣或鹽霧污染。
e）濕度條件如下：
——在24h內(nèi)測得的相對濕度的平均值不超過95%；
——在24h內(nèi)測得的水蒸氣壓力的平均值不超過2.2 kPa；
——月相對濕度平均值不超過90%；
——月水蒸氣壓力平均值不超過1.8 kPa。
在這樣的條件下偶而會出現(xiàn)凝露。
f) 來自開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備外部的振動或地動是可以忽略的。
g) 在二次系統(tǒng)中感應的電磁干擾的幅值不超過2000V。
注：超出上述使用條件時，與川鐵股份有限公司協(xié)商確定。
2、推廣應用
新型鎧裝柜經(jīng)過型式試驗、掛網(wǎng)試運行和省部級新產(chǎn)品技術(shù)鑒定，先后向有關(guān)電氣
化設(shè)計研究院、鐵路局供電處、供電段進行多次推廣和交流，普遍認為“新型鎧裝柜是高新技術(shù)產(chǎn)品，有獨到的創(chuàng)新點，解決了箱式柜存在的不安全因素，是替代箱式柜升級換代的新產(chǎn)品”?，F(xiàn)已用于青阜線、西安和諧型大功率機車檢修段等，并與多條新建鐵路線路形成使用意向。
鎧裝柜與箱式柜
川鐵 KYN101A-31.5鎧裝式開關(guān)柜與市場同電壓等級開關(guān)柜特征的主要技術(shù)優(yōu)勢。
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序號 |
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川鐵鎧裝柜 |
++++箱式柜 |
++++固定柜 |
++++箱式柜 |
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1 |
型號 |
KYN101A-31.5 |
XYN-27.5 |
KGN8-27.5 |
XYN21-27.5 |
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名稱 |
鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備 |
箱型移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備 |
鎧裝固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備 |
箱型移開式戶內(nèi)交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備 |
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2 |
斷路器 安裝方式 |
手車式 |
手車式 |
固定安裝 |
手車式 |
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3 |
活門機構(gòu) |
有 |
無 |
無 |
無 |
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4 |
斷路器 |
小型化固封極柱式 彈簧操作機構(gòu) |
敞開式 彈簧操作機構(gòu) |
絕緣筒 彈簧操作機構(gòu) |
敞開式 永磁操作機構(gòu) |
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5 |
維護檢修 |
電流互感器與斷路器手車一體，可在母線帶電情況下移出維護檢修，維護簡單 |
斷路器手車在母線帶電時不能移出維護 |
電流互感器固定安裝在饋線室，維護時必須停電；斷路器固定安裝，無法互換 |
斷路器手車在母線帶電時不能移出維護 |
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6 |
燃弧試驗 |
通過內(nèi)部故障型式試驗，為AFLR類 IAC級設(shè)備：均為31.5kA，0.5s |
否 |
BFLR斷路器室為20kA，0.8s 電纜室為20kA，0.2s |
無 |
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7 |
防護性能 |
IP4X（柜體）、IP2X（柜內(nèi)），可關(guān)門操作，防止接觸到所有的帶電部件 |
IP4X（柜體），無（柜內(nèi)）開門操作，不能防止接觸到帶電部位 |
IP4X（柜體）IP2X（柜內(nèi)）可關(guān)門操作，防止接觸到所有帶電部件 |
IP4X（柜體），無（柜內(nèi)）開門操作，不能防止接觸到帶電部位 |
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5 |
五防聯(lián)鎖 |
完善，可有效防止誤操作和誤入帶電間隔 |
不完善 |
不完善 |
不完善 |
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6 |
故障隔離 |
鎧裝隔室結(jié)構(gòu)，可有效隔離故障，防止故障蔓延 |
非鎧裝隔室結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障，直接蔓延整個開關(guān)柜內(nèi) |
柜內(nèi)分儀表室、斷路器室、母線室和電纜室，可有效隔離故障， |
非鎧裝隔室結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)故障，直接蔓延整個開關(guān)柜內(nèi) |
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7 |
模塊化 |
操作機構(gòu)模塊化、固封極柱模塊化、電流互感器和斷路器一體模塊化、地刀和避雷器模塊化 |
/ |
/ |
/ |
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8 |
隔板等級 |
PM：金屬隔板 |
無隔板 |
PM：金屬隔板 |
無隔板 |
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9 |
柜體更換 |
方便 |
能 |
困難 |
能 |
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10 |
斷路器更換 |
方便 |
方便 |
困難 |
方便 |
小結(jié)
新型鎧裝移開式封閉開關(guān)柜，經(jīng)過運行試驗、產(chǎn)品型式試驗、新產(chǎn)品鑒定和推廣應用實踐，完全滿足國家標準和行業(yè)標準規(guī)定的功能，是替代網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)和箱式柜升級換代的新產(chǎn)品。具有高新技術(shù)含量高，保證使用安全可靠、免維護、操作方便、便于檢修、長壽命、價格低的特點。用于27.5kV單相交流 50Hz 的電氣化鐵道供電系統(tǒng)的牽引變電所、分區(qū)亭、開閉所，作為開、合負載和開斷故障電流專用的開關(guān)設(shè)備，對電路進行控制、保護的新產(chǎn)品，有著廣泛的潛在市場。
