[发明专利]10kV高压开关柜安全性能提升方法

说明书

本发明公开了一种10kV高压开关柜防爆安全设计提升方法，该方法包括：针对其内部短路电弧冲击过程，基于多物理场耦合的有限元计算方法，计算开关柜各隔离舱室的安全裕度值，针对安全裕度薄弱部位，在其内侧覆盖高分子复合耐火材料的方法来缓和、均衡短路电弧过程中薄弱部位所受冲击力，从而提升薄弱部位的安全裕度，进而提升隔离舱室整体的安全等级，为10kV高压开关柜的安全设计提供方法指导。本发明可在现有开关柜的防爆设计基础上，进一步提升开关柜的运行安全性。

技术领域

本发明涉及10kV高压开关柜防爆领域，尤其涉及一种由内部短路电弧引起的防爆安全性能提升方法。

背景技术

随着电力系统配电网的快速发展，稳定、可靠的电能供应成为配电网的不断追求，10kV高压开关柜以其运行可靠、操作方便等特点，在配电网中被广泛使用。然而，由于操作不当或厂家制造工艺存在缺陷等问题易导致10kV开关柜发生内部短路电弧故障，引发爆炸事故。

为了减小短路电弧事故引发的爆炸事故造成的二次伤害，开关柜大都采用分离舱室设计，每个独立舱室均配有独立的泄能通道。GB3906-2006把10kV开关柜内部短路电弧燃弧试验列为强制性试验，以此检验开关柜的安全性能是否达标。

尽管10kV开关柜已有配套的安全设计和测试标准，但开关柜因爆炸引发的二次伤害事故仍时有发生。据统计，仅手车柜型式的开关柜，全国每年因短路电弧烧毁就多达200多面，多数造成了柜体破裂或柜门被冲开。可见，10kV开关柜内部短路电弧故障引发的爆炸事故仍不可忽视。

目前，开关柜各隔离舱室的安全等级的提升方式主要通过对柜体、柜门和泄压通道的优化设计，提高开关柜在短路电弧冲击过程中的安全等级。但开关柜内部短路电弧冲击过程产生的爆炸冲击波在开关柜内部的分布不均衡，开关柜内部结构也并不一致，必然存在耐受冲击抵受性能较弱的薄弱部位。各隔离舱室整体的安全指标是由其最薄弱处的安全指标来确定。因而，要提升开关柜的整体安全性能，关键在于找出其安全抵受性能薄弱的环节，并针对性地采取措施使其达到与整体其他部位相匹配的安全等级。

在实际开关柜现有的防爆设计(隔离舱室分别加泄压板)的基础上，基于多物理场耦合的有限元计算方法，计算开关柜各隔离舱室的安全裕度值，针对安全裕度薄弱部位，在其内侧覆盖高分子复合耐火材料的方法来缓和、均衡短路电弧过程中薄弱部位所受冲击力，从而提升薄弱部位的安全裕度，进而提升隔离舱室整体的安全等级。为10kV开关柜的安全性能的提升提供方法指导。

发明内容

本发明提供一种针对10kV高压开关柜防爆安全设计提升方法，用以解决10kV高压开关柜由于安全设计的理论和方法不完善，在发生内部短路电弧爆炸时，造成周围人员的伤亡和设备损坏的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

在实际开关柜现有的防爆设计(隔离舱室分别加泄压板)的基础上，针对其内部短路电弧冲击过程，基于多物理场耦合的有限元计算方法，计算开关柜各隔离舱室的安全裕度值，针对安全裕度薄弱部位，在其内侧覆盖高分子复合耐火材料的方法来缓和、均衡短路电弧过程中薄弱部位所受冲击力，从而提升薄弱部位的安全裕度，进而提升隔离舱室整体的安全等级。

10kV高压开关柜防爆安全性能提升设计方法，包括以下步骤：

1、开关柜各隔离舱室安全裕度确定方法：

短路电弧爆炸持续过程中，泄压板未动作时，可以将隔离舱室看成一个密闭的环境。电弧能量会迅速扩散，使周围环境温度骤然升高，隔离舱室内压力骤增，在内外压差的持续作用下，可能导致柜体撕裂或隔离舱室的柜门被冲开，严重威胁到周围工作人员的生命安全和设备的正常运行。因此，隔离舱室的安全裕度计算关键在于柜体和柜门安全裕度值，并以柜体、柜门2者安全裕度值较小值作为整个舱室的安全裕度，包括以下步骤：