根据国家电网公司“关于推广20kV电压等级的通知”的精神，20kV电压等级很快升温，江苏省作为全国试点，率先在13个市开始推广20kV电压等级供电。早在1993年，苏州新加坡工业园区在国内第一个采用20kV电压供电。而目前我国中压配电网基本以10kV为主，随着经济的快速增长，特别是在经济发达地区，现有lOkV供配电系统容量小、损耗大等问题日益突出，已经很难承受急剧增长的用电负荷。与传统的10kV配电网相比，20kV配电网不但可以增加供电能力，加长供电距离，节约能源，降低75%的电力损耗，还具有显著的环保效益。据测算，输送同等功率20kV供电线路的有色金属耗量可比10kV供电减少50%，节约投资约40%。20kV电压等级早已被列入国际电工委员会标准( IEC38-1983)中，已被数十个国家和地区采用，我国于1993年将20kV电压等级列入GB156-1993标准中。
20kVid电电压的推广，将给高压开关制造业带来很大的商机，当然这也是一个漫长的过程，国内众多开关生产企业包括跨国企业均投入24kV开关设备的试制生产之中，但绝大多数企业只是一味地沿用KYN28-12开关柜的设计，或模仿国外企业的产品，毫无创新意识，不能根据具体运行环境和标准要求来进行改进创新设计，导致产品技术性能低，试验不过关，不能满足国内运行环境和标准的要求。
概述
下面就从技术和经济层面来谈一谈24kV开关设备，对于高压开关柜的设计看似简单，只是各种元器件在柜壳内的组合，关键无非就是绝缘、散热、联锁和强度，但是要把这些元器件组合好，把关键的问题都解决好也不是容易的。对于24kV开关设备来说，柜体和联锁机构还是基本沿用12kV的形式，是非常成熟的，所以联锁和整体强度应该是没有太大问题，剩下的就是绝缘和散热了。
众所周知，跨国公司如ABB．AREVA，SIEMENS很早就开始生产24kV开关设备，他们都是采用的IEC60694: 1996和GB/T11022-1999，耐压的要求为相间和对地1分钟50kV、隔离断口1分钟60kV，雷电冲击相间和对地95kV、隔离断口110kV，其对应的接地方式为中性点直接接地系统，而目前因架空线路较多，系统接地方式为小电流接地（即中性点不接地或经消弧线圈接地）．因此江苏省出台的企业标准将耐压水平提升为相闾和对地1分钟65kV、隔离断口1分钟79kV，雷电冲击相间和对地125kV、隔离断口145kV，本身24kV开关设备就是在12kV的基础上改进的，绝缘裕度都很小，因而许多跨国公司的产品都还达不到这样的绝缘水平，国内企业仿照跨国公司产品的24kV开关设备也都很难达到这样的绝缘水平。
目前变电所采用的1 10／20kV变压器额定容量达80MVA．20kV侧的额定电流就是80000/20/\/3=2309A。而目前国内企业研发生产的24kV开关设备最大额定电流为2500A，在实际运行使用中裕度太小，发热严重，夏天高负荷时开关柜某些部位的温度可达lOooC，长此以往会大大降低开关柜的使用寿命，并极易导致事故的发生。因此必须要用额定电流3150A的24kV开关设备来提高裕度，以降低温升，避免事故。
对于24kV开关柜来说，设计的关键在于：第一是断路器室的触头系统和活门机构，触头盒是绝缘和散热最薄弱的地方，活门机构也对绝缘有很大的影响。第二是母线室和电缆室的布置，既要考虑绝缘、散热，还要兼顾安装的方便和灵活性。
设计分析
KYN-24开关柜如图1所示，下面详细分析介绍设计时的关键点：
1、基本柜架结构与KYN28-12类似，只是柜体尺寸稍大，宽1000mm，深1800mm，高2300mm，设计时应注意角落部位的加强，防止扭曲变形；
2、24kV的空气绝缘距离标准规定是180mm，理论上是够了，条件是空气湿度不大、无粉尘污染、电场分布均匀，但从试验结果来看，实际运用中由于使用环境、元器件的布置和生产加工工艺的差别，180mm是不够的，必须增加10%的裕度，即24kV开关柜的空气绝缘距离应放到200mm。当然我们还是要尽量把元器件布置的合理些，生产加工工艺方面，采用圆角铜母线，切断处也要磨圆角，最好还要抛光处理，不要有任何的尖角留在高压带电体上或对着高压带电体；
3、导轨是直接承载断路器，并起导向作用的，由于24kV断路器重量比12kV断路器增加了三分之一，加之推进行程由12kV的200mm增加到了300mm，故导轨也加长了一百多毫米，是个薄弱环节，特别是在运输过程中或断路器承受短路电流冲击时导轨易变形，所以导轨必须加中间支撑点进行加强（如图1，A处），左右各两块三角形撑板，侧边与柜体侧板固定，上边与导轨连接；
4、电缆室的布局应充分考虑安装、检修维护和巡视的方便，就是要尽量合理地布局使空间最大化，如图1，接地开关安装在开关柜中柱上，电流互感器倒装，避雷器在接地开关下方。这样，一方面电缆室的有效空间就大大增加，工作人员可以方便地从柜后进行安装和检修维护，巡视时从开关柜后门的观察窗可以一目了然地看到所有的元器件，另一方面，电流互感器的一次高压桩头向下，不易积灰而影响绝缘；
5、母线室的布置，三相主母线有“品”字形布置的，也有“1”字形垂直布置的，综合分析后笔者个人认为还是“1”字形垂直布置较为合理，虽然从散热方面说虽然后者稍差，进行温升试验时，数据表明后者A相母线的温升仅比前者高2—3K，B相高1～2K，C相相同，但后者的优越性较多，如：母线安装方便，并可加支撑；柜顶进线或翻排时空间大、母线走向易布置，电场分布均匀；由于三相母线的窄边相对，加上母线有支撑，承受短路电流冲击的能力大大提高；
6、其实整个开关柜最复杂、最关键的是断路器室。断路器室的设计处理面临着诸多的问题：空间小、断路器和触头发热量大；断路器操作推进机构、地刀操作联锁机构、活门机构、一次触头、导轨（上面第3点已论述）等都要配合的恰到好处，机构要灵活，联锁要可靠，绝缘强度要好，散热性能要保证。对于额定电流2500A及以下的开关柜可以只设计空气对流的通道而不安装强制风冷，但额定电流3150A及以上时应该设计强制风冷通道，采用风量大、噪音小的横流风机。
7、触头盒的设计，如图2是传统的触头盒，根据电流大小需要3种外形尺寸，3套模具，深度太大(A段)，对绝缘毫无用处，只会增加触头盒重量，增加成本，还影响空气对流散热，前部圆环（B段）太短，导致触臂和触头盒安装板之间的直线绝缘距离太短，极易导致其间击穿放电。图3是经特殊设计的触头盒，采用错落式内、外伞裙，以增大爬电距离大，提高了抗污闪能力；安装法兰面前端圆环加长，一方面增加了爬电距离，另一方面消除了断路器触臂和触头盒安装板之间的直线距离，解决了直线绝缘距离太小，易发生绝缘击穿事故的问题；铜排出口加大，最多可穿120X10的三拼铜排，还加强了通风散热效果；触臂人口处和安装法兰面加大，一方面增加了空气绝缘距离，另一方面加大了空气对流通道，加强了通风散热效果；通用化设计，只须一套模具，同一种外型和安装尺寸，额定电流可以从630A～3150A，仅需改变触头盒中心静触头安装嵌件螺纹孔尺寸即可。
8、24kV开关柜活门机构的设计应注意，由于受开关柜体积的限制，活门机构的导向杆、导向杆支架和活门行程如不加改进，它们与断路器触臂之间的绝缘距离均只有70— 90mm，虽然触臂上有热缩套管或触臂绝缘套，这样距离的复合绝缘用在12kV开关柜是不会有问题的。但是，试验和运行经验表明，在24kV开关柜中用热缩套管的复合绝缘距离应 不小于130mm，即使在触臂上套2层热缩套管也是岌岌可危，治标不治本，所以要解决根本问题，必须对活门机构进行改进如图4：活门打开行程加大到约280mm，活门打开后到断路器触臂绝缘净距离不小于140mm，因此活门可以采用金属材料而不需要采用绝缘材料，更安全，更环保，成本更低；活门导向系统改进设计，导向杆采用拉制环氧玻璃纤维棒，表面光洁度高，导向套采用在金属板的导向孔周围镶嵌特制尼龙圈，既大大降低了摩擦系数，使机构运动灵活，又不会划伤环氧玻璃纤维棒的表面；导向杆采用拉制环氧玻璃纤维棒，导向杆支架采用SMC或尼龙材料制作，消除了断路器触臂到导向杆及其支架绝缘距离不够的隐患。
结束语
由于20kV比10kV供电有着不可比拟的优势，国外许多国家和地区如美国、德国、俄罗斯、日本、意大利等均已大量采用20kV电压等级供电，我国也在逐步推广使用，对于20kV的输配电设备需求也会逐步增加，我们要做的是如何在推广过程中积累经验和数据，尽快研制出高性能、高可靠、大容量的20kV开关设备，为国家电网公司建设坚强智能电网作出贡献。
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