淺談環(huán)網(wǎng)柜在農(nóng)村電網(wǎng)中的應(yīng)用

徐戈 陸智通

摘要：農(nóng)村電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)一步向可靠性更高的城市靠攏，環(huán)網(wǎng)柜主要應(yīng)用于配電線路的開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)室、配電所、預(yù)裝式箱式變電站等，數(shù)量大、種類(lèi)多，因而，作為環(huán)網(wǎng)供電主設(shè)備的環(huán)網(wǎng)柜在農(nóng)村電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)供設(shè)備所占的比例越來(lái)越大。本文主要介紹了環(huán)網(wǎng)柜的種類(lèi)和性質(zhì),總結(jié)了環(huán)網(wǎng)柜在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,并對(duì)此提出了在環(huán)網(wǎng)柜選型工作中應(yīng)注意的事項(xiàng),以保證環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)中的安全、可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：環(huán)網(wǎng)柜農(nóng)村電網(wǎng) 安全運(yùn)行維護(hù)

一、環(huán)網(wǎng)柜的種類(lèi)和性質(zhì)

環(huán)網(wǎng)柜的分類(lèi)，其實(shí)質(zhì)在于其所使用的負(fù)荷開(kāi)關(guān)不同，環(huán)網(wǎng)柜因此也是以負(fù)荷開(kāi)關(guān)來(lái)命名的。負(fù)荷開(kāi)關(guān)是介于斷路器和隔離開(kāi)關(guān)之間的一種開(kāi)關(guān)電器，具有簡(jiǎn)單的滅弧裝置，能切斷額定負(fù)荷電流和一定的過(guò)載電流，但不能切斷短路電流。負(fù)荷開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)，比隔離開(kāi)關(guān)增加了滅弧裝置，但比斷路器簡(jiǎn)單。負(fù)荷開(kāi)關(guān)與高壓熔斷器串聯(lián)形成組合電器，可代替價(jià)格昂貴的斷路器使用。用負(fù)荷開(kāi)關(guān)切斷負(fù)荷電流，用熔斷器切斷短路電流及過(guò)載電流，這樣就降低了配電裝置的成本，而且操作和維護(hù)也較簡(jiǎn)單。環(huán)網(wǎng)柜的主要性能取決于所使用的負(fù)荷開(kāi)關(guān)的性能。因此，環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展過(guò)程，實(shí)質(zhì)上就是負(fù)荷開(kāi)關(guān)的發(fā)展過(guò)程。

環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展和運(yùn)用基本上經(jīng)歷了從最初的產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜到壓氣式、真空式環(huán)網(wǎng)柜，以及目前廣泛運(yùn)用的SF6半充氣、全充氣環(huán)網(wǎng)柜、全密封全絕緣環(huán)網(wǎng)柜。

1產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜

產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜是中國(guó)最先使用的環(huán)網(wǎng)柜，屬于半密封半絕緣，在上世紀(jì)80 末、90 年代初在全國(guó)各地廣泛使用，其代表產(chǎn)品是HXGN－10型環(huán)網(wǎng)柜, 環(huán)網(wǎng)柜中安裝的負(fù)荷開(kāi)關(guān)為產(chǎn)氣式的，無(wú)油無(wú)毒,其設(shè)計(jì)和使用相對(duì)簡(jiǎn)單。

產(chǎn)氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)是利用固體產(chǎn)氣的材料（如有機(jī)玻璃）制成滅弧元件，開(kāi)關(guān)分合電流時(shí)，在電弧的作用下，產(chǎn)氣材料分解出氣體，使電弧冷卻而熄滅。產(chǎn)氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是分合電流越大，電弧越強(qiáng)，分解的氣體越多，滅弧效果越好。

因此，產(chǎn)氣式開(kāi)關(guān)分合較大電流的能力較強(qiáng)，相反，分合小電流的能力較弱；另一個(gè)缺點(diǎn)是產(chǎn)氣材料可能會(huì)耗盡，而且難以知道究竟什么時(shí)候耗盡。產(chǎn)氣式開(kāi)關(guān)一般轉(zhuǎn)移電流約800 A，關(guān)合短路電流的能力是40kA，熱穩(wěn)定電流一般是16 kA，3s。

2 壓氣式環(huán)網(wǎng)柜

壓氣式環(huán)網(wǎng)柜因采用壓氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)而命名，其代表產(chǎn)品是HXGN－12 型環(huán)網(wǎng)柜。壓氣式開(kāi)關(guān)是利用壓縮空氣吹弧，分閘時(shí)，壓氣活塞快速運(yùn)動(dòng)，將氣缸內(nèi)的空氣壓縮，當(dāng)滅弧觸頭分離產(chǎn)生電弧時(shí)，壓縮氣體經(jīng)噴口吹向電弧，使電弧拉長(zhǎng)，在電流低點(diǎn)熄滅，壓氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般轉(zhuǎn)移電流在1 kA 左右，達(dá)到50 kA 的關(guān)合短路電流，熱穩(wěn)定電流一般是20 kA，3s。

但產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜和壓氣式環(huán)網(wǎng)柜存在開(kāi)斷負(fù)荷時(shí)弧光外露，電壽命較低，檢修維護(hù)工作量大，可靠性不高等缺陷，安全性能較差，現(xiàn)已通過(guò)技術(shù)革新更換淘汰。

3真空環(huán)網(wǎng)柜

取而代之的是1996 年后各大廠家陸續(xù)推出各種真空環(huán)網(wǎng)柜，真空環(huán)網(wǎng)柜具有負(fù)荷開(kāi)關(guān)操作功率小，開(kāi)斷轉(zhuǎn)移電流大，容易實(shí)現(xiàn)操作等優(yōu)點(diǎn)，中國(guó)廠家自行開(kāi)發(fā)真空環(huán)網(wǎng)柜的依據(jù)是國(guó)內(nèi)已有多年生產(chǎn)和使用真空斷路器及真空開(kāi)關(guān)柜的經(jīng)驗(yàn)，真空技術(shù)相對(duì)比較成熟，是開(kāi)發(fā)真空環(huán)網(wǎng)柜的有力支撐。多家廠家開(kāi)發(fā)的不同形式的真空環(huán)網(wǎng)柜在型式試驗(yàn)中均表現(xiàn)出較高的性能：轉(zhuǎn)移電流一般都大于2 kA，一般都能達(dá)到20 kA，4 s 的短時(shí)耐受電流及50 kA的短路關(guān)合能力。雖然真空環(huán)網(wǎng)柜有較高的技術(shù)指標(biāo)，但始終未能廣泛使用，原因有以下幾個(gè)方面：

(1)設(shè)計(jì)不完善。雖然多個(gè)廠家推出不同形式的產(chǎn)品，但至今為止，還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)品令人滿意。

(2)機(jī)構(gòu)不過(guò)關(guān)。由于真空開(kāi)關(guān)的操作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，基于目前國(guó)內(nèi)的原材料、加工工藝和質(zhì)量控制水平，還沒(méi)有一家的操作機(jī)構(gòu)是真正過(guò)關(guān)的。

(3)維護(hù)困難。真空環(huán)網(wǎng)柜如果普遍在配電網(wǎng)中運(yùn)行，如何檢測(cè)其真空度的問(wèn)題則成為運(yùn)行維護(hù)的一大難題。

4 SF6 環(huán)網(wǎng)柜

與真空環(huán)網(wǎng)柜出現(xiàn)的還有SF6環(huán)網(wǎng)柜，是農(nóng)村電網(wǎng)的變壓器臺(tái)區(qū)配電房多采用小型化智能箱式開(kāi)閉所的開(kāi)關(guān)柜推薦選用的SF6 開(kāi)關(guān)柜，而且這種柜可以左右擴(kuò)展，多達(dá)16 種組合，其中KR 和KKR 的組合是農(nóng)村電網(wǎng)中配變臺(tái)區(qū)的常用主流設(shè)備，其代表產(chǎn)品是國(guó)產(chǎn)化的ABB、施耐德-Schneider，西門(mén)子－SIEMENS，阿海琺-AREVA，霍斯通-FOKSTONE，歐瑪嘉寶-ORMAZABA 等公司的負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜。

以施耐德SM6 環(huán)網(wǎng)柜為例，此柜是可擴(kuò)展模塊組合式金屬密封SF6 開(kāi)關(guān)柜。開(kāi)關(guān)具有閉合—斷開(kāi)—接地3 種位置并具有閉鎖功能。模擬母線能可靠地顯示開(kāi)關(guān)的閉合、斷開(kāi)及接地3 種位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上，簡(jiǎn)化了操作；并有明顯的帶電指示器；柜內(nèi)可配置電流互感器、繼電器、跳閘線圈等，滿足自動(dòng)化及計(jì)量要求。這些產(chǎn)品的可靠性高、體積小、免維護(hù)周期在20a以上，操作過(guò)電壓低，操作功率小，是一種全封閉、全絕緣、免維護(hù)的產(chǎn)品。但同時(shí)也暴露出一些不足,SF6 環(huán)網(wǎng)柜存在以下的問(wèn)題：(1)電纜頭等均需要專(zhuān)用配件，成本較高；(2)安裝要求嚴(yán)格，如安裝達(dá)不到要求技術(shù)規(guī)范，則無(wú)法達(dá)到其應(yīng)有的性能；(3)氣體的微水含量問(wèn)題,無(wú)論進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)SF6 環(huán)網(wǎng)柜，很少提供SF6 微水含量試驗(yàn)報(bào)告。作為設(shè)備運(yùn)行單位，供電部門(mén)也無(wú)法對(duì)微水含量進(jìn)行測(cè)量。SF6 環(huán)網(wǎng)柜氣包內(nèi)氣體較少，如果用目前常用的DP19做微水試驗(yàn)，氣包內(nèi)氣體幾乎會(huì)被放空。以目前的設(shè)備和技術(shù)條件，無(wú)法進(jìn)行微水測(cè)量。但SF6 氣體水分含量的高低直接影響SF6 滅弧功能及設(shè)備的安全操作性能,加上中國(guó)南方的春季天氣潮濕，有安全隱患。對(duì)于運(yùn)行多年的SF 環(huán)網(wǎng)柜，如何判斷其滅弧性更是道難題；(4)泄漏問(wèn)題,SF6 環(huán)網(wǎng)柜還可能存在密封不嚴(yán)的氣體泄漏問(wèn)題。開(kāi)始使用的多數(shù)半充氣環(huán)網(wǎng)柜往往不設(shè)SF6 壓力指示，而實(shí)際運(yùn)行情況表明，進(jìn)口設(shè)備雖然具有良好的密封性能，但也有漏氣現(xiàn)象發(fā)生。由于沒(méi)有氣體監(jiān)視裝置，即使漏了氣用戶也不知道，容易成為事故隱患，特別是環(huán)網(wǎng)柜在零表壓下的性能(絕緣、投切等)和耐內(nèi)部電弧故障性能。而此類(lèi)產(chǎn)品往往多用手動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)行人員與設(shè)備是面對(duì)面地操作，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。目前半充氣環(huán)網(wǎng)柜帶壓力指示已成為硬性指標(biāo)納入SF6 環(huán)網(wǎng)柜的必需附件之列。例如2009 年更換的阿?，mSF6 環(huán)網(wǎng)柜,在最近的供電設(shè)備巡視中發(fā)現(xiàn)，氣壓表進(jìn)入紅色區(qū)域，表示氣壓不足，必須要進(jìn)行維修，否則如果出現(xiàn)突發(fā)搶修情況時(shí)，SF6 環(huán)網(wǎng)柜的開(kāi)關(guān)無(wú)法合上。但檢修的成本非常高，通常漏氣可能是電纜頭安裝不合格造成漏氣，所以需要停電更換后重新充氣，也有可能是其他部分裝置出問(wèn)題。ABB 柜也存在過(guò)漏氣的問(wèn)題，必須重點(diǎn)關(guān)注。特別是并柜，拆裝的過(guò)程中，必須注意拆裝規(guī)范，特別是要保持柜與柜之間連接部分的處理。

二、確定SF6環(huán)網(wǎng)柜的選型

了解了環(huán)網(wǎng)柜的使用發(fā)展經(jīng)歷，從最初的產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜到壓氣式、真空式環(huán)網(wǎng)柜，以及目前廣泛運(yùn)用的SF6 半充氣、全充氣環(huán)網(wǎng)柜、全密封全絕緣環(huán)網(wǎng)柜。隨著進(jìn)口SF6 環(huán)網(wǎng)柜的推廣使用，原來(lái)的全封閉型SF6 環(huán)網(wǎng)柜逐漸被可擴(kuò)展型的SF6 環(huán)網(wǎng)柜所取代。可擴(kuò)展型的環(huán)網(wǎng)柜基本上解決了上述全封閉型柜的不足，使用靈活，易于擴(kuò)展，安裝簡(jiǎn)易。使用較多的有MG的SM6環(huán)網(wǎng)柜，ABB的RGC（半擴(kuò)展）環(huán)網(wǎng)柜、西門(mén)子的8DH10 環(huán)網(wǎng)柜等。結(jié)合以上運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，做好環(huán)網(wǎng)柜的選型工作應(yīng)注意以下3 點(diǎn)：

(1)選用可擴(kuò)展型的環(huán)網(wǎng)柜，組合靈活，安裝簡(jiǎn)易，易于擴(kuò)展，是SF6 環(huán)網(wǎng)柜的使用方向。

(2)從便于維護(hù)的角度來(lái)看，SF6 負(fù)荷開(kāi)關(guān)最好裝有能監(jiān)測(cè)SF6 壓力的監(jiān)測(cè)裝置，否則，應(yīng)通過(guò)零表壓開(kāi)斷試驗(yàn)。

(3)基于氣候及配電場(chǎng)所條件，應(yīng)選用通過(guò)凝露試驗(yàn)的產(chǎn)品。對(duì)于終端型等不考慮預(yù)留擴(kuò)建的小環(huán)網(wǎng)室，使用全充氣型環(huán)網(wǎng)柜，可極大地減小凝露對(duì)設(shè)備影響。

三、農(nóng)村電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行維護(hù)需要注意的問(wèn)題

環(huán)網(wǎng)柜五防聯(lián)鎖功能,可以減少人為事故，提高運(yùn)行可靠性起到很大的作用。五防功能，指的是可以防止五種類(lèi)型的電氣誤操作，這五種防誤操作功能是：

⑴防止誤分、誤合斷路器。

⑵防止帶負(fù)荷合上或分?jǐn)喔綦x開(kāi)關(guān)(或隔離插頭)。

⑶防止帶電操合接地開(kāi)關(guān)或掛接地線——此功能涉及系統(tǒng)人為短路接地或人身生命安全，故定為強(qiáng)制性聯(lián)鎖。它要求：①當(dāng)斷路器或上下隔離開(kāi)關(guān)處于合鬧時(shí)，接地開(kāi)關(guān)絕不能被操合；②只有當(dāng)接地開(kāi)關(guān)合閘之后，柜體的后門(mén)和下前門(mén)才能被打開(kāi)，才可能掛夾臨時(shí)性接地線。這通常采用機(jī)械聯(lián)鎖方式，使得ａ．隔離開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)位置接地開(kāi)關(guān)才能操臺(tái)；ｂ．隨之前、后門(mén)才能開(kāi)啟掛接臨時(shí)接地線。作為輔助措施，可在前、后門(mén)上加設(shè)高壓帶電顯示裝置作警示。

⑷防止帶有臨時(shí)接地線或接地開(kāi)關(guān)合鬧時(shí)送電——此項(xiàng)也是強(qiáng)制性的，目的是保證系統(tǒng)和人身的安全。

⑸防止誤入帶電間隔——亦是強(qiáng)制性的，以保人身安全。

歸納起來(lái)，實(shí)施五防功能方面，有非強(qiáng)制性的⑴項(xiàng)和強(qiáng)制性的⑵、⑶、⑷、⑸項(xiàng)；有主動(dòng)性防御和被動(dòng)性防御。被動(dòng)防御指采用高壓帶電顯示裝置，只是提示性的，不夠可靠。主動(dòng)防御大致可分三類(lèi)：①采用機(jī)械聯(lián)鎖裝置，用機(jī)械零部件來(lái)傳動(dòng)并產(chǎn)生約束，可靠性最高(除非零件損壞、斷裂)，宜優(yōu)先推薦使用；②采用翻牌(插頭)和機(jī)械程序銷(xiāo)，可靠性稍遜，因鎖與匙之間并非絕對(duì)一一對(duì)應(yīng)；③采用電氣聯(lián)鎖，可靠性又差一些，因?yàn)殡姶沛i和導(dǎo)線都有損壞的可能，而且也需電源供電(須與繼保回路電源分開(kāi))，但優(yōu)點(diǎn)是可以長(zhǎng)距離傳送。

四、結(jié)束語(yǔ)

按“十二五”規(guī)劃要實(shí)現(xiàn)全國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)普遍得到改造，農(nóng)村居民生活用電得到較好保障，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電問(wèn)題基本解決，基本建成安全可靠、節(jié)能環(huán)保、技術(shù)先進(jìn)、管理規(guī)范的新型農(nóng)村電網(wǎng)，而環(huán)網(wǎng)供電是一種經(jīng)濟(jì)可靠的方式。確保農(nóng)村電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，是為社會(huì)主義新農(nóng)村服務(wù)的基礎(chǔ)，隨著環(huán)網(wǎng)型電源供應(yīng)方式的廣泛發(fā)展，保證環(huán)網(wǎng)柜在農(nóng)村中壓電網(wǎng)的正常運(yùn)作是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的因素。