电厂项目中低压开关柜结构设计

科技信息一、引言低压开关柜壳体在结构设计上应符合GB7251系列标准所要求的壳体的定义、分类、性能和试验要求，柜体用于支撑和安装电气设备，具有足够的机械和电气强度，能承受运输、安装、外力和事故短路时电动力的影响而不损坏内部空间。随着国民经济的发展，农村电网和城市电网改造、轨道交通等国家重点项目的推进，都将直接拉动电气设备制造业的发展，进而拉动电厂项目的建设。电厂项目中所需的低压开关柜不但要附合常规开关柜壳体的基本要求，而且由于其环境的特殊性，如粉尘、温度、湿度、防护等级等因素，对开关柜壳体提出了更高的要求。在生产实践中我们根据经验，在结构设计上做出了一些尝试，取得了一定效果，现抛砖引玉，与大家共同提高。电厂中的低压柜体一般为GCK、MNS、GCS等常规抽出式低压柜，当然也有一些国外公司引进的各种柜型，我们以改进型MNS为例做以阐述。二、改进型MNS低压抽出式开关柜的特点MNS改进型低压抽出式开关柜一般在原来的标准MNS柜体上，根据国内的实际情况进行国产化改造。其框架一般采用“C”型材组装而成，模数孔高度E=25mm，标准化程度高，装配速度快，经济实用，并可灵活地根据客户需求进行各种方案组合。抽屉联锁有MNS标准型大联锁、丝杠机构、MNS3.0单手柄推进机构等多种形式；抽屉一次插件采用“CJZA、CJTA”型系列插件，二次插件采用“RCA”型及其它型号系列插件。A、抽屉回路规格：8E/4、8E/2、8E、12E、16E、24E；B、有效安装空间1800mm，单元模数高度为200mm，最多可装36个出线回路；C、额定电流：水平母线至4700A；垂直母线规格根据客户需求定，抽屉主回路至600A，抽屉辅助回路10A。改进型的MNS柜型在外观上同标准的MNS柜体，垂直母线通道及接插件按GCK产品的方式布置，既保证产品的使用性能，又降低了产品成本,况且1/2单元抽屉电流可达100A，二次线可达到20线；1/4单元抽屉电流可达40A，二次线可达到12线，抽屉单元上进线用的活门采用了防护等级更高的进线罩。改进型MNS抽屉内元器件安装方便，导线和插件联接简单，一二次插件接插性能可靠，垂直排载流量可根据需要灵活配置，其优越的性能被大多数客户所选择。三、电厂项目中对开关柜的总体要求低压开关柜的柜架为垂直地面安装的自撑式结构,采用封闭式结构，间隔式布置，间隔内装有电气元件的功能板，可旋出柜面进行检修，还可方便卸下。由于环境空间比较狭小，间隔小室内防护板应为活动的可拆式，并有足够的检修空间。其它的一般要求如下：1、柜体钢板采用敷铝锌板，柜体钢板厚度2mm；柜架采用C型材；面板喷塑，均匀平滑美观；结构合理匀称，平直度高。2、PC段防护等级：IP42，MCC段防护等级：IP54；柜间设金属隔板，柜体材料及柜体结构能防止故障电弧的产生，一旦发生故障电弧，能在短时间内熄灭。3、柜体的电气连接和机械安装维护工作量小，抽屉单元组合灵活。4、开关柜体应分隔成三个小室，即主母线室，电器室和电缆室。5、每个电器室及主母线与单元间有隔板，电缆出入口应采取密封措施。设备保证任何一个分支回路故障，可不停主母线更换开关和元件、检修电缆。6、柜体结构应能满足电缆从底部及顶部引入屏内，为靠墙和不靠墙安装两种形式。对柜顶出线在每个柜顶设置电缆出线室，用于各段PC电缆引接。7、柜顶设有小母线室，小母线采用6mm2BVR软线，贯穿整列开关柜。柜内设置铜接地母线。接地母线的两端配有压接式端子，用于与外部接地电缆相连。8、当断路器进行操作或抽出推拉时，装于柜体上的仪表和继电器的性能及正常工作不受影响。9、电缆小室有足够空间便于电缆接线。10、在特殊条件下如粉尘大、湿度大、温度高等环境中设备能够正常运作，不受其影响。针对以上电厂项目中对壳体的要求，我们从以下几个方面入手：（1）进线方式处理目前低压进线柜进线方式常用的有三种：一种是侧进线，一种是电缆下进线，一种是柜顶进线。侧进线又分前侧进线和后侧进线，技术人员要考虑柜体和变压器上母线联接位置，柜体进线侧边封板上开母线孔；电缆下进线则在柜体底板上开电缆孔，安装密封胶圈，断路器进线端只需做出搭接铜排，预留电缆联接孔即可；柜顶进线一般从柜顶后部进线，在顶板上开孔，主母线走柜前，顶上做母线桥或电缆桥架。为方便主母排安装，柜体我们采用上部开口型，主母线夹采用托装方式，这样在配电室空间不足够大时，母排可以从柜顶放置，主母线上部顶盖一侧采用铰链联接，另一侧用锁或螺钉联接在顶部框架上，方便旋转打开；顶盖上开桥形散热孔，以利于铜排散热同时附合防护等级要求。（2）防护等级处理由于电厂中设备所处的环境比较差，所以对低压柜外壳防护等级提出了比较高的要求，我们一般在PC段柜内提供防凝露用的空间加热器及自动控制加热器运行的温、湿度控制器，防护等级达到IP42；MCC段工作环境恶劣，防护等级一般要求达到IP54。在设计时，考虑到密封，配电柜内电器元件的降容系数IP42柜体按照0.8，IP54柜体按照0.7予以计算。对于要求达到IP54防护等级的，在保证柜体外形尺寸的基础上，我公司再做如下方案设计：A、外观：在功能操作单元外加防尘和防溅水的铝型材玻璃门，门内加装密封胶条，抽屉单元后置，这样处理后解决了柜体正面的防水和防尘的问题。柜体四根2200长C型材立柱侧面有别于常规低压柜C型材，只留并屏孔。（见图1）图1玻璃门改进型MNSB、顶板：柜体顶部做平顶板，四周加回头弯，外形同柜体尺寸，和框架接触部分加密封胶条，柜顶吊环和顶板连接处加密封胶圈，这样处理既可以防尘也方便并柜后做密封处理。C、后封板及门：柜体后部用封板加密封胶条，为考虑柜体散热要求，在后封板上下部位做百叶窗处理，百叶窗内部加装海绵及防水盒。D、并柜：柜体并屏后的边柜侧面，加封板及密封胶条，在螺钉孔处打玻璃胶，进一步加强密封效果。如果柜体防护等级要求为IP42，我们的处理方案是：柜体顶板制作同IP54柜体顶板，同时在抽屉单元、电缆室门、后封板和框架接触部分加装密封胶条，其它制作和常规一致。（3）出线方式柜体出线方式大的方案上有两种，一种是从柜顶出线，若母线靠前放置，则从后面出线；母线靠后放置，电缆则从柜前电缆室顶部转出，一般在顶部对应电缆室的位置开出线孔并安装固定电缆用的架板。另外一种出线方式是柜底出线，或在柜前，或在柜后。对于改进型MNS前侧下出线，出线插件原本放置在柜后，做前侧出线要另外增加转接件从电缆室后板将线引至前方电缆室。（4）电器元件安装空间A、进线柜根据进线方式要考虑断路器的放置高度，合适的高度可以让成套方节省铜排，降低成本；B、800或1000宽馈电柜内装抽出式断路器最多能放3个2000A断路器，断路器偏置，铜排采用侧翻排；C、电容补偿柜要考虑隔离开关的放置位置，且手柄多为偏心，柜内熔断器、热继电器、接触器的布置方式因客户安装电厂项目中低压开关柜结构设计分析许继电气股份有限公司王卫红宋建峰刘建民［摘要］本文介绍了改进型MNS低压抽出式开关柜壳体的结构特点，并针对电厂项目中的一些特殊要求，从防护等级、进出线方式、一二次插件的应用等方面，总结了一些经验，为结构设计人员提供了一些解决方案。［关键词］低压开关柜防护等级进出线方式一二次插件（下转第392页）——391科技信息习惯不同而有所变化，有的采用横梁安装，有的按组竖向安装；D、抽屉柜中抽屉单元内一般安装塑壳断路器、接触器、电流互感器，根据断路器大小确定抽屉所用模数高度,一般100A及100A以下断路器可以选择1/2单元抽屉；250A以下可以选择1单元、5单元抽屉；400A可以选择2单元抽屉；630A推荐选用3模数固定单元，但很多客户也有要求放在抽屉内。当抽屉内安装的接触器外形比较大或双接触器时,要适当增加抽屉模数；抽屉测控板上的仪表是否能装下也是需要注意的一项。（5）抽屉内一二次插件的选用图2一次静插件图3一次动插件对于改进型的MNS抽屉柜，我们选用的动静插件散热面积大、压力弹簧具有温度补偿、接触电阻小、温升低、触头接触线长等特点。抽屉内一次插件额定电流要不小于塑壳断路器的额定电流；根据断路器的极数不同，一次插件分三极和四极两种，按照方案需求配置。二次插件根据二次线数的多少，从6线、8线、10线到32线不等，可以有多种选择，自由组合，一般应该留有2—4线的余量。四、结束语以上粗浅地分析了电厂中低压开关柜的结构特殊要求及我们的做法，是为了让结构设计人员及成套厂家的技术人员能够更多的了解低压开关柜的内部配置，并对电厂项目中低压柜的特殊要求做出更妥当的解决方案。随着电气工业的日益发展，客户的需求会越来越高，我们将更执着于本职工作，在低压开关柜结构设计方案上与大家同进步，共提高。参考文献［1］GB7251《低压成套开关设备》第七章：设计和结构要求［2］GB/T20641-2006《低压成套开关设备和控制设备空壳体的一般要求》［3］GB/T22764.4-2008《低压机柜》（上接第391页）1.前言莱钢5#汽轮鼓风机是2003年从唐钢引进的二手机组，该机组于1993年5月由杭州汽轮机股份有限公司生产制造出品，型号NK40/56/25额定功率13613（kW），额定工作转速5760（r/min）。在唐钢运行时，由于机组设计安装不合理、膨胀不畅，振动一直偏大，故障频发，仅运行五年就退役。5#汽轮鼓风机于2003年9月在我厂安装投运，作为主力机组一直连续运行到2008年3月。安装投运以来，振动一直不稳定，并呈逐渐放大趋势，无法满足长期安全运行需要。2.问题的现状分析2008年先后请专业院校和科研单位做过两次现场动平衡。最终平衡效果并不理想,机组稳定性差。2008年7月份以后主要作为备机使用。为了使该机组真正达到备用，2009年4月对该机组的汽轮机侧进行了单机试车、空负荷试车等试验，通过监测，各项数据均正常。但是在随后进行的带负荷实验过程中，情况出现了变化。当机组带到40t负荷时，振动值快速上涨，被迫打闸停机。停机前降负荷过程中，振动值随负荷的降低而下降。从振动趋势上可以看出，机组振动对负荷较敏感。在振动监测、频谱分析过程中发现，振动高时1#轴瓦有明显松动和油膜涡动的现象，解体检查发现轴承合金局部脱落，但进行处理后松动成分仍然存在。并且发现问题仍在1#轴承处。我们根据故障特征除对该轴承进行细致的检查外，并对整个支撑和滑销系统也进行了检查，发现了一些问题。3.检查发现问题点3.1前轴承座支撑有软脚现象机组长期运行后，支撑球面垫圈的螺纹出现蜕变失效现象，造成机组移位，定位刚度变差。汽轮机加负荷或满负荷后，由于进汽量大造成受力增大，致使机组1#轴承座支撑调整螺母变形退让，汽轮机转子头部产生下陷，振动迅速增加。3.2前轴承座立键与球面垫圈接触处有沟槽该风机经过长期运行，致使1#轴承座导向立键球面垫圈单侧松动移位，并磨出近1.5mm深沟槽。3.3关键支撑点膨胀间隙控制不当在检查过程中发现汽缸导向立键球面垫圈南侧没有可靠放松，造成松动位移，间隙达0.7mm，超出0.03mm的装配标准值24倍。4.振动要因确定4.1球面垫圈支撑结构不合理该机组采用球面垫圈的支撑方式，在调整轴承座时较为简便，调整量较好控制。但汽轮机高负荷、大振动的运行状态下，由于受力面积小，单位受力过大，造成支撑螺纹塑性变形退让严重，导致机组高负荷时运行状态劣化，出现了油膜涡动、结构松动等故障特征，并使轴瓦损坏。4.2轴承座导向件有变形和损伤该机组被唐钢弃用后保管不当，在我厂运行期间振动一直不稳定，轴承座立键，调整螺栓，汽缸导向立键等金属部件均有不同程度的塑性变形或损伤。该风机长期运行，由于导向件材料强度不够，机组安装精度逐步下降。4.3关键支撑点膨胀间隙控制不当在检修过程中发现各膨胀间隙的调整不是太准确并没有可靠放松，长期运行后造成松动位移，导向性变差，使得轴系发生变化，从而引起机组振动超标。5.问题整改5.1参考厂家设计及可行性分析后认为需改变支撑方式。采用球面垫圈的支撑方式，在调整轴承座时较为简便，调整量较好控制，但受力大易变形。如改为平面支撑方式虽然在对轴承座调整的方便性上不及球面垫圈，但与支