按照隔室结构的特征，传统的分类方法将开关柜分为铠装式和金属封闭式两种。自2003年开始的新版标准IEC 62271—200一直延续到2011版本的《高压开关设备和控制设备 第200部分：额定电压1kV以上52kV及以下交流金属封闭开关设备和控制设备》中摒弃了过去沿用的这一分类方法，而改用“丧失运行连续性等级”这一概念取而代之。它规定了在打开主回路的一个隔室检修时，其他隔室或功能单元可保持带电继续运行及其相关连的范围。据此，开关柜分为LSC1和LSC2两类。LSC1在维修期间开关柜必须停电，从系统上退出运行；LSC2是使电网具有最高运行连续性的开关柜。LSC2又细分为当触及某一功能单元时，高压进线电缆必须不带电并接地，其他功能单元可继续运行的LSC2A类和功能单元的高压进线电缆可以保持带电的LSC2B类。GB 3906—2006《3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》完全等效采用IEC的上述新规定。
按照断路器（或其他开关电器）在柜内的位置区分，空气绝缘开关柜有固定式和可移开式两大类。
1.固定式开关柜
国内固定式开关柜按过去的分类方法有铠装式KGN和箱式XGN两种，结构示例简图如图3-2所示。固定式开关柜的特点是柜体深度小，使用的隔离开关、操作手柄、接地开关等均为通用件，易于生产和装配，成本低；在检修开关柜时，这两种柜内的断路器或其他部件必须全部停电，因而按IEC新的分类方法均属于LSC1型。
图3-2 铠装式和箱式柜型结构示例（单位：mm）
（a）KGN型12kV铠装固定式开关柜；（b）XGN型12kV箱式开关柜
2.可移开式开关柜
在可移开式开关柜内，装有一次动触头的断路器（或其他开关电器）的手车或带滚轮的活动支架称为可移开部件，它能够方便地进入工作位置或退出到断开位置（试验位置），触头起着隔离开关和与主回路连接的作用。可移开式开关柜是现行使用量最广的开关装置，由于在维护或测试断路器或其他开关电器、仪用互感器和避雷器时，无需将母线或整套装置停电，可方便地退出运行和再次投运，所以属于LSC2类开关装置。
图3-3 VTD型12kV开关柜及手车——垂直方向的可移开式开关柜与手车示例
可移开部件在柜内移动的方式有垂直运动和水平运动两种。垂直运动的柜型见于英国GEC和Hawker Siddey等公司的2LM型和VTD型等开关柜。它们均为双母线结构，手力操动一根长手柄先将手车驱动到通道里母线1开关室的下方，然后摇动手车的升降机构使断路器垂直上升进入开关室内与定触头紧密啮合。如果投入或退出母线2的断路器，则需驱动手车进入到通道更深处的第二个开关室下方。这种结构的优点是极大地减小了柜体的深度，例如12kV、1250A、25kA双母线的柜深仅1640mm，大容量3150A、40kA柜深也只有2215mm。但两个开关室的底部均是敞开的，如室内出现电弧故障则电弧将直接喷射到通道内。VTD型开关柜及手车的构造如图3-3所示。除上述英国的柜型外，其他国外公司和我国生产的移开式开关柜的可移开部件都采取水平运动方式。
在可移开式开关柜中，又按断路器固定的承载物和位于柜内部位的不同分为手车柜（也称落地手车式）和中置柜，后者因真空断断路器及承载它的支架附在开关柜框架的中部而得名。对50kA及以下容量的真空断路器，它们的重量较轻而且在合、分闸时的动载荷非常小，震动很轻，开关柜框架具有足够的机械强度可承受这种动、静载荷。但对于63kA真空断路器，则因断路器自重大框架容易变形，因而采用手车承载，这在中置式开关柜的设计中是惯例。
国际上较早推出和具有重要影响的两种中置柜是ABB Calor Emag公司的ZS-1型和Siemens公司的8BK20型，在以丧失运行连续性的等级分类中，均属LSC2级，具有高度的运行可靠性。图3-4所示为它们的主要结构，图3-5所示为8BK20型开关柜的外形。这两型开关柜一些主要的优点是：
（1）柜体全部采取板式拼装结构，无焊接件。材料选用优质防腐高强度钢板加工：ZS-1采用2mm覆铝锌钢板并用双折边工艺增加支柱的强度；8BK20采用2.5mm加厚热镀锌钢板。
（2）柜体的防护等级高，为IP40。顶部都设有压力释放装置并通过内部故障电弧试验严格的考核。部件连接使用高强度和专用紧固件（铆螺母和嵌入螺母），既确保了部件连接的强度还加快了装配速度。
压力释放装置包括释压折板和增设的附加过滤器或排气管，后两种部件为按需选择件。
（3）高度可靠的防误操作机械联锁。ZS-1采用在真空断路器底部安装了一套通用性极强的驱动、连锁装置——底盘车；8BK20则设计了独特的钥匙联锁机构，它有效地提示工作人员正确的操作顺序，还能精确地控制动、静触头的啮合尺寸，精度到1mm。
（4）使用中置柜的变电站只需一两台服务小车在安装和维护时搬运可移开部件，与每台都有一辆手车的落地手车式开关柜相比，可节省大量钢材与制造成本。
（5）在柜内可移开部件的下部空间可安装电压测量小车，因而有时节省了一台测量柜；ZS-1型也可利用这一空间作为电缆室，因而使开关柜成为前接线形式，便于靠墙安装。
（6）快速接地开关具有两次关合短路电流的能力，用于非正常状态下的接地操作。
图3-4 ZS-1型和8BK20型12kV可移开式开关柜的结构简图（单位：mm）
（a）ZS-1型；（b）8BK20型
1—释压折板；2—母线室；3—圆铜母线；4—快速接地开关；5—电流互感器；6—电压互感器；7—低压室；8—开关室；9—真空断路器；10—可移开部件的驱动和连锁机构（或底盘车）；11—电缆室；12—电缆室释压通道；13—高压电缆
图3-5 8BK20型12kV可移开式开关柜
图3-6 JYN2型12kV可移开式开关柜（单位：mm）
除了上述的共同点之外，它们各自的特点有：ZS-1柜的驱动、联锁装置（底盘车）安装在断路器的底部，由于母线采用圆形管材制造，电场分布均匀，为适合中国工况的需要增加了复合绝缘，因而母线室较小，开关柜的深度尺寸也小；8BK20的驱动、联锁装置位于开关室门内，母线绝缘完全是有自恢复特性的空气，所以开关柜的深度尺寸较大。
常见国内设计的可移开式开关柜主要是JYN和KYN两大系列。JYN的柜体用焊接工艺制造，无压力释放装置，落地手车，开关室与母线室之间是绝缘活门，图3-6所示为它的结构简图。在20世纪末之前的几年里，由于深受引进产品ZS-1型和8BK20型的影响，KYN型的结构吸收了大量技术先进型产品的设计要素并更新了设计理念，如合理的布局、采用新型元器件、提高材质的质量和特性、改善防护等级，增设压力释放装置等，在生产上则采用引进的数控加工设备和许多新工艺，于是开关柜的性能有了大幅度提高，所以现在KYN的使用量已远远超过JYN。其中，尤其是参照ZS-1和8BK20设计的KYN28和KYN18中置柜现在已成为12kV开关柜的主流。防护等级的提高不但加强阻止异物侵入柜内，还可更好地减少进入柜内的灰尘，有利于避免发生绝缘体沿面闪络。防护等级的分类规定与特征描述见表3-1。增设压力释放装置可有效地降低故障电弧的破坏程度和避免事故的扩大化，确保工作人员安全，其意义非常重要。
表3-1 外壳的防护等级（GB/T 11022—2011）
KYN28和KYN18这两种柜型吸收了更多先进的设计要素，结构特征大体上与ZS-1和8BK20相似，但因为我国电力系统对绝缘结构的要求比欧洲国家严格得多，同时考虑国产化等因素，开关柜整体尺寸和部分结构有些改动。图3-7所 示 为KYN18型 和KYN28型可移开式开关柜的结构。对于不同制造厂生产的KYN28型可移开式开关柜和KYN18型可移开式开关柜，由于工艺条件或用户要求不同，所以虽然型号相同，在电流规格、局部构造、整体尺寸和防护等级几方面往往都有不少差异。此外，还有许多在这两种设计基础上加以少量改动的其他派生柜型，此处不予赘述。
12kV中置柜还有一种箱式拼装结构，如Siemens公司的NXAirS型。它由低压室、开关室、母线室和电缆室几个独立的箱形大模块组合而成，该柜型的特点是适宜分别加工模块的流水作业、总装便捷、降低人工成本。基于这一原因，2008年版新设计结构的目的更是为了配装3AH85型固封极柱的真空断路器。其最大电气参数为12kV、50kA、4000A（风冷），现已成为Siemens公司力推的AIS，NXAirS型开关柜的结构如图3-8所示。
图3-7 KYN18型和KYN28型12kV可移开式开关柜
（a）KYN18A型；（b）KYN28型
1—释压折板；2—母线室；3—母线室穿墙套管；4—主母线；5—触头罩；6—电流互感器；7—接地开关；8—高压电缆；9—避雷器；10—电缆室；11—低压室；12—金属活门；13—二次插头；14—真空断路器；15—开关室；16—小母线室
图3-8 NXAirS型12kV可移开式开关柜（箱式拼装结构的示例）
1—过滤器；2—释压折板；3—主母排；4—母线室模块；5—电缆室模块；6—快速接地开关；7—低压室模块；8—开关室模块；9—3AH85型真空断路器及底盘车
对金属封闭的空气绝缘开关柜而言，散热方式只有辐射和对空气的传导。当运行电流约在2500A以上时，800mm宽度的柜体已很难维持原来的热平衡状态。为使温升仍处于合格范围内，一种措施是增加柜的宽度到1000mm，从而扩大柜体表面与空气的接触面，加强热传导效果；而常用的另一措施则是采用强制冷却设计，在柜顶适当部位固定风扇、开关室下方开设进气窗，使冷气进入柜内形成气流，按设定的途径沿着发热量高的灭弧室上触臂、软连接导电带，一次动、静触头等部位最后从顶端排到柜外，因而提高了开关柜的额定电流。国外设计的12kV、4000A大电流开关柜都是内装3150A真空断路器用上述措施将额定电流提高的。为保障上述开关柜长期稳定运行，风扇的质量至关紧要。为此，风扇的运行需被继电器监控，或附设一备用风扇。为维持柜体原有的防护等级，进气窗口内须安装孔径与柜体原有防护等级要求一致的金属筛网。作为强制风冷设计的典范，图3-9绘出了大容量8BK20开关柜采用的两种风冷系统示意图。图3-9（a）中冷却的主要部位为一次触头的触指，在图3-9（b）中的风冷系统中，冷却的部件还包括灭弧室、分支母排与主母排连接处以及电流互感器等，因而风量应适当加大。
图3-9 大容量开关柜的强制风冷系统(www.xing528.com)
（a）额定电流2000～2500A；（b）额定电流3150～4000A
容量和体积最大的空气绝缘中压开关柜是Siemens公司的8BK40型，额定电压7.2～17.5kV，额定短路电流63kA，额定电流5000A，体积为1100mm×2500mm×2300mm（宽×高×深）。为适应大型元器件的重量，柜体用焊接工艺制造，断路器用落地手车承载，开关柜的结构如图3-10所示。8BK40型开关柜采取强风冷却的设计，顶部装有两个强力风扇，其中一个为备用。该型柜主要用于小容量发电机组，就用途而言属于发电机柜。
图3-10 8BK40型发电机柜
国外设计的开关装置中还有24kV的开关柜，我国鉴于江苏苏州外资工业园区20kV供电系统的经验，在少数地区也增加了该电压等级的配电线路，相应地有些厂家制造出24kV空气绝缘开关装置。这些产品在结构特征上与12kV柜型相同，只因绝缘强度不同，在尺寸上有差异而已。
与可移开式柜内三相导体布置的传统设计方案不同，Alstom公司VISAX型纵旋可移开式开关柜是一种新颖的设计。它将断路器与隔离开关复合在一起，三个极柱在柜内纵向布置。在柜前操作通过连杆纵向驱动三个极柱横向旋转，断路器分闸后自动与主回路隔离，形成上、下两个明显的隔离断口。与其配套的是纵旋式真空隔离断路器。其操动机构设计非常简捷，仅用一个涡卷弹簧储能，然后经封闭的平面槽凸轮机构将能量输出操纵断路器的合、分闸动作。纵旋移开式设计的最大优点可实现开关柜的小型化，另外还因减少了连接点而可以节约铜材。
国内参照研制的12kV WK1-12型纵旋可移开式开关柜在遵循DL/T 404—1997《3.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》规定的空气绝缘净距125mm的前提下，最大限度地实现了小型化。例如1250A、31.5kA的柜宽为600mm，3150A、40kA的柜宽只有800mm，深度都仅为1400mm。WK1-12型纵旋可移开式开关柜的结构如图3-11所示。
图3-11 WK1-12型纵旋可移开式开关柜（单位：mm）
1—低压室；2—开关室；3—电缆室；4—主母线；5—压力释放通道；6—隔离断路器手车；7—组合式电流互感器；8—电缆接线端；9—排气散热通道；10—排气管；11—小母线室；12—母线室；13—母线套管；14—二次插头、插座；15—旋转隔离操动机构；16—快速接地开关
国内自主开发的40.5kV开关柜的形式也主要有固定柜和移开式柜两种，图3-12和图3-13所示为固定柜示例XGN17型和可移开式开关柜示例KYN61型的结构。图3-14～图3-18还示出了符合GB 3906和DL/T 404的几家国外设计的、见于我国市场的几种40.5kV开关柜，它们是Eaton公司的ET2型和ASN1型（原Cooper公司产品现归属Eaton）、ABB Calor Emag公司的ZS3.2型和Siemens公司的NXAirS型。
几种常见的12～40.5kV空气绝缘开关柜的技术数据见表3-2和表3-3。
图3-12 XGN17型40.5kV固定式开关柜（单位：mm）
1—开关室；2—断路器（真空或六氟化硫）手车；3—电流互感器；4—低压室与小母线；5—隔离开关；6—主母线室；7—旁路母线室（可选）；8—高压电缆；9—电缆室
图3-13 KYN61型40.5kV可移开式开关柜（单位：mm）
1—开关室；2—二次接线插座；3—断路器手车；4—低压室；5—金属活门；6—小母线室；7—释压折板；8—母线室穿墙套管；9—母线室；10—触头盒；11—接地开关；12—绝缘隔板；13—高压电缆；14—电缆室；15—电流互感器
图3-14 Eaton公司ET2型40.5kV可移开式开关柜（单位：mm）
1—释压折板；2—母线室；3—主母线；4—分支母线；5—电流互感器；6—避雷器；7—电缆室；8—低压室；9—开关室；10—真空断路器与底盘车
图3-15 Eaton公司ASN1型40.5kV可移开式开关柜（原Cooper1公司设计）（单位：mm）
1—母线穿墙套管；2—母线室；3—接地开关；4—相间绝缘隔板；5—电缆室；6—电流互感器；7—释压折板；8—主母线；9—低压室；10—VN1-40.5型真空断路器手车；11—开关室
图3-16 ABB Calor Emag公司ZS3.2型40.5kV可移开式开关柜（单位：mm）
1—释压折板；2—低压室；3—开关室；4—六氟化硫断路器手车；5—二次插头；6—电缆室；7—主母线；8—穿墙套管；9—母线室；10—接地开关；11—触头罩；12—绝缘隔板；13—高压电缆；14—板式加热器；15—电流互感器
图3-17 Siemens公司NXAirS型40.5kV可移开式开关柜（单位：mm）
1—过滤器；2—释压折板；3—主母线；4—母线室；5—电流互感器；6—电缆室；7—高压电缆；8—低压室；9—3AH84型真空断路器及底盘车；10—开关室；11—接地开关
图3-18 Westinghouse公司WZ2型40.5kV可移开式开关柜（单位：mm）
1—低压室；2—真空断路器手车；3—开关室；4—释压折板；5—母线室；6—避雷器；7—电流互感器；8—电缆室
表3-2 几种12kV中压开关柜的技术数据
续表
注 国内不同制造厂生产的相同型号的开关柜在电流规格、柜体尺寸与局部结构上常有差异。
表3-3 几种40.5kV中压开关柜的技术数据
续表
注：国内不同制造厂生产的相同型号的开关柜在电流规格、柜体尺寸与局部结构上常有差异。
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