[发明专利]10kV高压开关柜防爆安全设计方法

说明书

本发明公开了一种10kV高压开关柜防爆安全设计方法，该方法包括：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，针对其内部发生短路电弧引起的爆炸冲击过程，基于温度场、流体场和位移场耦合的有限元计算方法，利用热源等效和分舱建模方式，对开关柜内部电弧冲击过程进行了仿真计算，兼顾了准确性和灵活性。得到在分隔舱室泄压板动作时刻内，柜体关键及薄弱部位压力分布随时间的变化关系，分析柜体的抵受性能，并得出开关柜关键部位(柜体厚度、柜门螺栓数量)安全设计方法，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设计方法。

背景技术

10kV开关柜以其操作方便、运行可靠等优点，迅速在电力系统中普及。然而，由于10kV开关柜的密封结构，内部短路电弧引起地爆炸、失火事故是影响其安全运行的主要问题。为降低10kV开关柜内部短路电弧造成的事故损失，GB 3906—2006和IEC 62271-2003中，均将10kV开关柜内部电弧燃弧试验列为强制性试验，检验开关柜的柜体承受内部电弧燃弧产生的爆炸冲击波的性能。生产厂家在10kV开关柜内部普遍采用分隔舱室，分别配有泄能装置，并在柜门处安装加强螺栓，以起到防爆效果。

然而，实际运行中，10kV开关柜发生爆炸失火的事故仍是有发生。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。其中，电缆接头的电弧故障约占总事故的25％。可见，10kV开关柜内部电弧故障引发的爆炸事故仍是不可忽视的一大隐患。

针对开关设备内部短路电弧冲击过程计算，大多通过开关设备内部发生短路电弧故障引起柜内压力上升的多种简化数值计算方法，并通过现场试验与数值计算等，分析模型压力上升情况。但该方法大多针对简单的封闭容器内部短路电弧引起的爆炸压力进行研究，没有体现开关柜的实际结构，所得结果不够准确。

基于流体动力学(CFD)的仿真计算方法是近些年来尝试采用的方法，该方法采用磁流体动力学原理，建立与实际接近的电弧等离子模型，获得的压力数值精确度高，但计算量较大，对实际开关柜的应用有限。因此，有必要对实际开关柜内部短路电弧冲击过程的实用性仿真计算方法开展进一步研究，并对薄弱和关键部件的安全设计提出建议。

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，针对其内部发生短路电弧引起的爆炸冲击过程，基于温度场、流体场和位移场耦合的有限元计算方法，利用热源等效和分舱建模方式，对开关柜内部电弧冲击过程进行了仿真计算，兼顾了准确性和灵活性。得到在分隔舱室泄压板动作时刻内，柜体关键及薄弱部位压力分布随时间的变化关系，分析柜体的抵受性能，并得出开关柜关键部位(柜体厚度、柜门螺栓数量)安全设计方法，为10kV开关柜的安全设计提供方法指导。

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足，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，针对其内部发生短路电弧引起的爆炸冲击过程，基于温度场、流体场和位移场耦合的有限元计算方法，利用热源等效和分舱建模方式，对开关柜内部电弧冲击过程进行了仿真计算，兼顾了准确性和灵活性。得到在分隔舱室泄压板动作时刻内，柜体关键及薄弱部位压力分布随时间的变化关系，分析柜体的抵受性能，并得出开关柜关键部位(柜体厚度、柜门螺栓数量)安全设计方法，因而本专利提出的安全设计方法分2个步骤。

10kV高压开关柜防爆安全设计方法，包括以下步骤：