配網(wǎng)低壓環(huán)網(wǎng)柜淺析

摘要：隨著電力網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，供電質(zhì)量要求逐步改善，同時(shí)也要求降低設(shè)備的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)其可靠性和實(shí)用性提出了更高要求。環(huán)網(wǎng)柜出現(xiàn)的時(shí)間不算長(zhǎng)，近年來卻得到了廣泛應(yīng)用。文章從環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)原理入手，介紹了各主流柜型的性能特點(diǎn)和應(yīng)用情況，論述了環(huán)網(wǎng)供電的重要性及必要性。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)；低壓；環(huán)網(wǎng)柜；電力網(wǎng)絡(luò)；供電質(zhì)量；主流柜型 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM59 文章編號(hào)：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

為提高供電可靠性，有些線路要合環(huán)運(yùn)行（俗稱手拉手），使用戶可以從兩個(gè)方向獲得電源或進(jìn)行負(fù)荷切斷轉(zhuǎn)換，將一條支路的負(fù)荷切換到另一支路上，這種供電方式稱為環(huán)網(wǎng)供電，實(shí)現(xiàn)這些功能的配電柜就叫環(huán)網(wǎng)柜。負(fù)荷密度較高的城區(qū)，供電的可靠性尤其重要。作為低壓配網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的電力設(shè)備之一，環(huán)網(wǎng)柜近年掛網(wǎng)運(yùn)行量在穩(wěn)步增長(zhǎng)。其主要作用分合負(fù)荷電流，開斷短路電流及變壓器空載電流，可用于末端變電室供電，并配合控制、保護(hù)、通訊等模塊實(shí)現(xiàn)多種功能，廣泛應(yīng)用于住宅小區(qū)、高層樓宇、大型公共建筑、廠礦企業(yè)等負(fù)荷集中的配電站以及箱式變電站中。通過建立以環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主的配電網(wǎng)絡(luò)，保證供電的連續(xù)性，將供電設(shè)備故障、維護(hù)引起的停電影響降至最低，有效提高供電可靠性。

1 壓氣式環(huán)網(wǎng)柜

柜體內(nèi)選用壓氣式負(fù)荷開關(guān)。分?jǐn)鄷r(shí)，通過動(dòng)觸頭和固定活塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，壓縮氣體從噴口噴射出高速氣流將電弧熄滅。柜體由儀表繼電器室、開關(guān)室、電纜室等組成。負(fù)荷開關(guān)在柜內(nèi)可以正裝或側(cè)裝。柜體面板門上配有狀態(tài)顯示、故障指示等。在前門進(jìn)行合、分閘、接地等操作，合、分閘為手動(dòng)操作彈簧儲(chǔ)能，具備“五防”機(jī)械聯(lián)鎖，確保操作人員安全。負(fù)荷開關(guān)-熔斷器柜具有一相或多相熔斷器熔斷時(shí)，其撞擊器使負(fù)荷開關(guān)自動(dòng)分閘。由于壓氣式環(huán)網(wǎng)柜的局限性，近年來的用量已經(jīng)很少。

2 真空環(huán)網(wǎng)柜

真空環(huán)網(wǎng)柜的高壓回路通常采用負(fù)荷開關(guān)或真空接觸器控制，一般配有高壓熔斷器保護(hù)下一級(jí)負(fù)荷，除了向本配電所供電外，其高壓母線還要通流環(huán)形供電網(wǎng)的穿越電流，因此高壓母線截面要根據(jù)本配電所的負(fù)荷電流與環(huán)網(wǎng)穿越電流之和進(jìn)行選擇，以確保運(yùn)行中高壓母線不過載運(yùn)行。

該類柜型的原件布局結(jié)構(gòu)大致相同。國(guó)內(nèi)很多廠家已經(jīng)積累了多年真空環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，差異化開發(fā)在型式試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中也展現(xiàn)出很好的性能。10kV線路一般采取相對(duì)成熟的真空滅弧技術(shù)，空氣為絕緣介質(zhì)，在開斷空載變壓器、開斷空載電纜和架空線方面都要比空氣開關(guān)和SF6開關(guān)優(yōu)越；開斷中電弧不外露，所以也不會(huì)引起污染和損害柜內(nèi)的電器元件；開距小、弧壓低、電弧能量小、觸頭燒損少，所以其開斷額定電流的次數(shù)比任何開關(guān)壽命都長(zhǎng)，幾乎不需要檢修。另外，操動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的合閘功也小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精巧。目前真空環(huán)網(wǎng)柜的市場(chǎng)保有量較穩(wěn)定。

3 六氟化硫（SF6）環(huán)網(wǎng)柜

SF6負(fù)荷開關(guān)是近年來不少用戶體會(huì)到的一種優(yōu)良負(fù)荷開關(guān)，它使用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，可以作為關(guān)合和開斷負(fù)荷電流及過載電流用，也可以作為關(guān)合和開斷空載線路、變壓器及電容器組等。完善的結(jié)構(gòu)決定了其具備諸多的優(yōu)勢(shì)：（1）與真空負(fù)荷開關(guān)有共同的優(yōu)點(diǎn)，電壽命長(zhǎng)、開斷力強(qiáng)等；（2）實(shí)現(xiàn)三工位，完成接通、斷開和接地任務(wù)；（3）滅弧與載流分開：滅弧系統(tǒng)專門滅弧，不承受動(dòng)熱穩(wěn)定電流，而載流部分專門承載正常電流，不參與滅??；（4）SF6氣體優(yōu)異的絕緣性能，柜體積精巧，占地面積少，并可任意組合，左右可靈活擴(kuò)展；（5）滅弧柵式的滅弧更加簡(jiǎn)單可靠，不像壓氣式那樣需由操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供壓縮功；（6）不銹鋼氣箱板材的韌性、密封性優(yōu)良，配合成熟的焊接工藝確保氣體不泄露。

該類環(huán)網(wǎng)柜的操動(dòng)機(jī)構(gòu)一般采用手動(dòng)電動(dòng)一體式交流彈簧機(jī)構(gòu)。當(dāng)采用電動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作，并設(shè)有繼電保護(hù)、信號(hào)要求功能的環(huán)網(wǎng)柜時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求提供交流或直流二次電源，電源可由電壓互感器柜提供。

負(fù)荷開關(guān)配合熔斷器組合電器是把控制和保護(hù)兩功能分開，大量的、經(jīng)常發(fā)生的投切負(fù)荷依靠負(fù)荷開關(guān)來完成，而極少發(fā)生的短路保護(hù)由熔斷器來完成。由負(fù)荷開關(guān)來承擔(dān)過載電流和正常工作電流的關(guān)合和開斷，并且還要求承擔(dān)“轉(zhuǎn)移電流”的開斷。變壓器高壓側(cè)的短路保護(hù)和過載保護(hù)由高壓限流熔斷器來承擔(dān)。兩者的有機(jī)結(jié)合，就可滿足配電系統(tǒng)各種正常和故障下運(yùn)行操作保護(hù)的要求。也就是說，用負(fù)荷開關(guān)操作正常電流，而用熔斷器切斷短路電流，兩者的結(jié)合取代了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器。

斷路器配合負(fù)荷開關(guān)的組合用于用戶對(duì)保護(hù)要求較高的場(chǎng)合，可配用智能保護(hù)、通訊等模塊，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控，智能集成化程度較高。近年來的智能化變電站、開閉所等常用此種單元配置。

4 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是一種集外固封、絕緣母線及組合單元小型化三種技術(shù)于一體，開關(guān)與高壓帶電部件采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行整體澆注，以固封作為帶電體對(duì)地及相間絕緣的新型配電設(shè)備，不排放任何有毒物質(zhì)，無漏氣爆炸與內(nèi)部燃弧的隱患。斷路器/負(fù)荷開關(guān)和三工位隔離等導(dǎo)電回路完全固封在環(huán)氧樹脂絕緣件內(nèi)，三相分體式結(jié)構(gòu)。隔離開關(guān)和主開關(guān)彈簧操作機(jī)構(gòu)為一整體，也安裝于此絕緣件上。操作機(jī)構(gòu)為專用的彈簧和電動(dòng)一體式機(jī)構(gòu)，形成斷路器/負(fù)荷開關(guān)配合三工位隔離的組合電器。專用接頭和母線相連，配合可觸摸專用插頭。柜體為敷鋁鋅板折彎組裝而成，分隔成多個(gè)獨(dú)立的功能隔室。三工位開關(guān)與柜門之間均設(shè)有聯(lián)鎖裝置。

功能單元分為斷路器單元、負(fù)荷開關(guān)單元，組合電器熔斷器單元等，每個(gè)單元可以單獨(dú)使用也可自由擴(kuò)展。根據(jù)配置的不同，可實(shí)現(xiàn)開斷負(fù)荷電流、短路電流，也可以進(jìn)行雙電源進(jìn)線的手動(dòng)或自動(dòng)切換，電流速斷保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)的單相接地保護(hù)、通信等功能，可配備微機(jī)保護(hù)裝置（控制器），實(shí)現(xiàn)全密封、全絕緣的配電要求。

國(guó)內(nèi)部分企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)固體絕緣技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和實(shí)踐，已有部分企業(yè)掌握了固體絕緣技術(shù)，正在研制和生產(chǎn)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，少數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品已通過型式試驗(yàn)并掛網(wǎng)運(yùn)行。國(guó)網(wǎng)公司2011年8月發(fā)布《國(guó)家電網(wǎng)公司第一批重點(diǎn)推廣新技術(shù)目錄》通知中，已將固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的新增容量和比例提升到規(guī)劃層面，具有逐步取代SF6環(huán)網(wǎng)柜的趨勢(shì)。

5 其他環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜

近年來響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策的環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜也應(yīng)運(yùn)而生。以氮?dú)猓∟2）、二氧化碳（CO2）、碳氟氣體、惰性氣體等對(duì)大氣無污染（或污染很?。┑沫h(huán)保氣體為代表。這些氣體的絕緣性能不如SF6，因而柜體結(jié)構(gòu)、布置及絕緣性能上要周全考量，產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠性成為關(guān)鍵。目前環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜屬于理念型產(chǎn)品，仍處于探索階段，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能有待掛網(wǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)。

6 結(jié)語

伴隨著電網(wǎng)發(fā)展步伐的不斷加快，城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)用電負(fù)荷密度的加大，配電網(wǎng)絡(luò)對(duì)可靠性的要求也越來越高。地域電網(wǎng)的供電方式向環(huán)網(wǎng)型供電方式轉(zhuǎn)變成為一種趨勢(shì)。中低壓環(huán)網(wǎng)柜將以智能化、網(wǎng)絡(luò)化并結(jié)合通信技術(shù)為依托，向高可靠、免維護(hù)、小型化、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，運(yùn)行可靠且安全，維修量小，運(yùn)行用度低，性能優(yōu)良且系列化，更擴(kuò)展了環(huán)網(wǎng)柜的使用范圍和技術(shù)提升，在國(guó)家“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”建設(shè)中，環(huán)網(wǎng)柜必將起到更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳家斌.SF6斷路器實(shí)用技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2004.

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作者簡(jiǎn)介：楊玉輝（1979-），男，石家莊科林電氣股份有限公司主任工程師，中級(jí)職稱，研究方向：電力設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：蔣建華）