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：本文闡述了開發成功的新型鎧裝移開式封閉開關柜的理由和主要創新點、產品結構和主要參數，分析了新型鎧裝移開式封閉開關柜和傳統箱式開關柜的主要區別和技術優勢，論證了新型鎧裝移開式封閉開關柜替代網珊結構和傳統箱式開關柜，并提供了新型鎧裝移開式封閉開關柜的多種一次技術方案供客戶選擇使用。
關鍵詞：新型；鎧裝柜；問世
川鐵電氣股份有限公司始終堅持技術創新保持企業可持續發展。每年都有足夠的技術創新資金投入，堅持現代技術和傳統技術結合，老中青技術人員結合，發揮專業配套的技術團隊作用。堅持開發新產品要“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、儲備和生產新產品，服務于電氣化鐵道牽引供電技術發展和牽引供電市場的需求開發新產品。近年來，卓有成效地開發成功新型鎧裝移開式封閉開關柜替代箱式開關柜，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發展需要的產品升級和換代，保證牽引供電技術安全。
開發新型鎧裝柜理由
隨著我國鐵路的高鐵和普鐵牽引供電技術發展和鐵道勘察設計院陸續提出產品升級換代的要求，保證供電線路質量，防護等級要求更高，防止箱式開關柜事故的再次發生，立項開發新型鎧裝移開式封閉開關柜替代傳統的網柵結構和箱式開關柜，用于27.5kV單相交流 50Hz 的電氣化鐵道供電系統的牽引變電所、分區亭、開閉所，做為開、合負載和開斷故障電流專用的開關設備，對牽引供電電路進行控制和保護。
產品特征和產品創新點
新型鎧裝移開式封閉開關柜通過推廣應用，具有鮮明的產品特征和技術優勢，推進和加快供電開關柜的更新換代，可替代網柵結構和箱式開關柜。
1、新型鎧裝移開式封閉開關柜特征
（1）結構特征
新型鎧裝移開式封閉開關柜，獲準了國家行業型號使用證KYN101A型，其結構設計成鎧裝隔室結構，分別由斷路器室、母線室、饋線電纜室、儀表室、活門機構和防止誤操作的聯鎖裝置、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、導向導軌和相關電器元件組成。同類手車都可以準確的互換，在柜內都有試驗位置和工作位置的鎖定狀態。由絲杠推進機構實現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生故障時進行快速切斷，各類手車可關門操作，通過觀察窗可以觀察到各類手車位置和分合狀態，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?？筛鶕p極供電系統，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。也可以根據主回路方案設計需要，可以安裝接地開關、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、按鈕和各類綜合保護裝置，便于計量、觀測和操作。
5）防止誤操作的聯鎖裝置
一是防止帶負荷合閘。柜內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
活門機構設計采用鏈式傳動結構，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
饋線電纜室內設有接地銅排，貫通接地回路，用于直接接地，使開關柜本體、各隔室和各類手車框架都處于良好的接地狀態，保持運行和人身安全。
8）泄壓裝置
在斷路器室、母線室、饋線電纜室都設有單獨的泄壓通道和泄壓裝置，當發生故障時，各室內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境中產生凝露而帶來危害，在斷路器室和饋線電纜室分別裝設電子加熱器。
12)可加裝帶電顯示裝置和觸頭測溫裝置。
新型鎧裝開關柜，按照用戶需求，可以裝設監視一次回路的帶電狀態的帶電顯示裝置和觸頭測溫裝置，顯示高壓回路帶電狀態。
（2）重點參數特征
新型鎧裝移開式封閉開關柜，滿足國標GB/T28428-2012《電氣化鐵路27.5kV和2×27.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》、GB11022-2011高壓開關設備和控制設備標準的公用技術要求和行業（鐵標）標準TB/T2803-2003、JB/T385-2008規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“內部故障”型式試驗；
2、鎧裝柜的主要創新點和優點
新型鎧裝移開式封閉開關柜開發設計實踐過程中，堅持采用高新技術，實現高起點、高標準、高可靠性、低成本的理念。獲取了多項技術創新點和技術專利，使新型鎧裝移開式封閉開關柜，實現了高質量和高可靠性，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發展使用要求。
1） 創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） 優選創新的模塊化操作機構
機構采用齒輪傳動儲能，提高傳動效率，增加傳動的平穩性，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象和因長期動作造成塑性變形，引起的機械特性變化。
3）創新選用固封極柱滅弧室代替傳統的滅弧室
將超低電阻值的真空滅弧室和導電元件澆注到環氧樹脂中以實現固體絕緣，可以免受灰塵、潮氣、凝露和污穢的影響，提高了斷路器的環境適應性和絕緣的可靠性，保證滿足GB/DL 標準規定的二級污穢地區爬距要求。
4）創新柜體加工方法和優選柜體材料
柜體結構材料選用具有強抗腐蝕與抗氧化的敷鋁鋅鋼板，經過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接組裝，保證了零部件通用化和互換性，更便于產品組裝和現場安裝調試。
5） 運行連續性能力高。
運行連續性喪失類別為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運行?？稍谥骰芈穾щ姷那闆r下，對開關柜其他隔室進行檢修維護。
6） 內部隔板是連續并接地的金屬隔板/活門，根據GB/T3906隔板等級為PM級，高于PI級。PI級即內部具有一個或多個非金屬隔板/或活門。
7） IAC級開關設備。
產品等級為IAC級，AFLR，即開關柜為內部電弧級開關設備，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、側面及后面。
8） 外殼防護等級高。
產品達到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。
具有足夠的結構強度、故障泄壓通道、閉門操作和五防聯鎖，有效的防止誤操作，更加保證了安全。
10）產品符合GB /T 28428、TB/T 2010和GB /T 3906等標準的要求。
3、鎧裝柜技術專利
新型鎧裝移開式封閉開關柜，獲有9項技術專利：帶有變壓器室的鎧裝式金屬封閉開關柜；帶有電壓互感器手車式鎧裝式金屬封閉開關柜；帶有架空出線的鎧裝式金屬封閉開關柜；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關柜；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關柜導軌裝置；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關柜的活門結構；電氣化鐵道鎧裝式金屬封閉開關設備的斷路器室結構；戶內固封極柱式斷路器；鎧裝式金屬封閉開關設備的架空出現及負荷開關柜。
產品型式試驗與產品技術鑒定
新型鎧裝移開式封閉開關柜，按照國家新產品開發條例，進行了產品型式試驗，驗證了開發設計和制作工藝符合設計標準。經國家級（AQTC）機械工業高壓電器設備質量檢測中心，按照國家標準GB/T28428-2012、GB/T1984-2003和行業（鐵標）標準TB/T2803-2003、JB/T385-2008的有關條款，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“內部故障”試驗。各項技術指標均達到和高于國家和行業標準。特別是產品通過強制性“內部故障”試驗后，“新型鎧裝移開式封閉開關柜形態完好，壓力釋放裝置正常打開，在規定時間內柜體沒有開裂現象，熱氣體沒有燃點指示燈等”。
在完成試制、掛網試運行、型式試驗的基礎上，2014年6月8日由天津市科學技術評價中心組織省部級新產品鑒定會，邀請了鄭州局、柳州局、濟南局、中鐵電化局、中鐵建電化局、有關鐵路設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柜進行了技術鑒定，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柜產品結構先進、性能可靠、產品達到國內領先水平，可以批量生產，同意通過省部級鑒定--------”。
產品使用條件和產品推廣應用
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內測得的相對濕度的平均值不超過95%；
——在24h內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凝露。
f) 來自開關設備和控制設備外部的振動或地動是可以忽略的。
g) 在二次系統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商確定。
2、推廣應用
新型鎧裝柜經過型式試驗、掛網試運行和省部級新產品技術鑒定，先后向有關電氣
化設計研究院、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產品，有獨到的創新點，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品”。現已用于青阜線、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鎧裝式開關柜與市場同電壓等級開關柜特征的主要技術優勢。
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序號 |
|
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設備 |
箱型移開式交流金屬封閉開關設備 |
鎧裝固定式金屬封閉開關設備 |
箱型移開式戶內交流金屬封閉開關設備 |
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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 |
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 |
敞開式 彈簧操作機構 |
絕緣筒 彈簧操作機構 |
敞開式 永磁操作機構 |
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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 |
通過內部故障型式試驗，為AFLR類 IAC級設備：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），可關門操作，防止接觸到所有的帶電部件 |
IP4X（柜體），無（柜內）開門操作，不能防止接觸到帶電部位 |
IP4X（柜體）IP2X（柜內）可關門操作，防止接觸到所有帶電部件 |
IP4X（柜體），無（柜內）開門操作，不能防止接觸到帶電部位 |
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5 |
五防聯鎖 |
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 |
鎧裝隔室結構，可有效隔離故障，防止故障蔓延 |
非鎧裝隔室結構，出現故障，直接蔓延整個開關柜內 |
柜內分儀表室、斷路器室、母線室和電纜室，可有效隔離故障， |
非鎧裝隔室結構，出現故障，直接蔓延整個開關柜內 |
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7 |
模塊化 |
操作機構模塊化、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
新型鎧裝移開式封閉開關柜，經過運行試驗、產品型式試驗、新產品鑒定和推廣應用實踐，完全滿足國家標準和行業標準規定的功能，是替代網柵結構和箱式柜升級換代的新產品。具有高新技術含量高，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的牽引變電所、分區亭、開閉所，作為開、合負載和開斷故障電流專用的開關設備，對電路進行控制、保護的新產品，有著廣泛的潛在市場。
