淺析配網(wǎng)低壓環(huán)網(wǎng)柜性能特點和應用情況

王璇

[摘 要]隨著電力網(wǎng)絡的高速發(fā)展，供電質(zhì)量要求逐步改善，同時也要求降低設備的維護運行費用，對其可靠性和實用性提出了更高要求。環(huán)網(wǎng)柜出現(xiàn)的時間不算長，近年來卻得到了廣泛應用。文章從環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構原理入手，介紹了各主流柜型的性能特點和應用情況，論述了環(huán)網(wǎng)供電的重要性及必要性。

[關鍵詞]配網(wǎng)；低壓；環(huán)網(wǎng)柜；電力網(wǎng)絡；供電質(zhì)量；主流柜型

為提高供電可靠性，有些線路要合環(huán)運行（俗稱手拉手），使用戶可以從兩個方向獲得電源或進行負荷切斷轉(zhuǎn)換，將一條支路的負荷切換到另一支路上，這種供電方式稱為環(huán)網(wǎng)供電，實現(xiàn)這些功能的配電柜就叫環(huán)網(wǎng)柜。負荷密度較高的城區(qū)，供電的可靠性尤其重要。作為低壓配網(wǎng)中應用最為廣泛的電力設備之一，環(huán)網(wǎng)柜近年掛網(wǎng)運行量在穩(wěn)步增長。其主要作用分合負荷電流，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、通訊等模塊實現(xiàn)多種功能，廣泛應用于住宅小區(qū)、高層樓宇、大型公共建筑、廠礦企業(yè)等負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)構為主的配電網(wǎng)絡，保證供電的連續(xù)性，將供電設備故障、維護引起的停電影響降至最低，有效提高供電可靠性。

一、壓氣式環(huán)網(wǎng)柜

柜體內(nèi)選用壓氣式負荷開關。分斷時，通過動觸頭和固定活塞的相對運動，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、開關室、電纜室等組成。負荷開關在柜內(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。在前門進行合、分閘、接地等操作，合、分閘為手動操作彈簧儲能，具備“五防”機械聯(lián)鎖，確保操作人員安全。負荷開關-熔斷器柜具有一相或多相熔斷器熔斷時，其撞擊器使負荷開關自動分閘。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。

二、真空環(huán)網(wǎng)柜

真空環(huán)網(wǎng)柜的高壓回路通常采用負荷開關或真空接觸器控制，一般配有高壓熔斷器保護下一級負荷，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)本配電所的負荷電流與環(huán)網(wǎng)穿越電流之和進行選擇，以確保運行中高壓母線不過載運行。

該類柜型的原件布局結(jié)構大致相同。國內(nèi)很多廠家已經(jīng)積累了多年真空環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)和運行經(jīng)驗，差異化開發(fā)在型式試驗和現(xiàn)場運行中也展現(xiàn)出很好的性能。10kV線路一般采取相對成熟的真空滅弧技術，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和SF6開關優(yōu)越；開斷中電弧不外露，所以也不會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)比任何開關壽命都長，幾乎不需要檢修。另外，操動機構所需的合閘功也小，結(jié)構簡單精巧。目前真空環(huán)網(wǎng)柜的市場保有量較穩(wěn)定。

三、六氟化硫（SF6）環(huán)網(wǎng)柜

SF6負荷開關是近年來不少用戶體會到的一種優(yōu)良負荷開關，它使用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)，可以作為關合和開斷負荷電流及過載電流用，也可以作為關合和開斷空載線路、變壓器及電容器組等。完善的結(jié)構決定了其具備諸多的優(yōu)勢：（1）與真空負荷開關有共同的優(yōu)點，電壽命長、開斷力強等；（2）實現(xiàn)三工位，完成接通、斷開和接地任務；（3）滅弧與載流分開：滅弧系統(tǒng)專門滅弧，不承受動熱穩(wěn)定電流，而載流部分專門承載正常電流，不參與滅弧；（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，左右可靈活擴展；（5）滅弧柵式的滅弧更加簡單可靠，不像壓氣式那樣需由操動機構提供壓縮功；（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)柜的操動機構一般采用手動電動一體式交流彈簧機構。當采用電動彈簧儲能操作，并設有繼電保護、信號要求功能的環(huán)網(wǎng)柜時，應根據(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。

負荷開關配合熔斷器組合電器是把控制和保護兩功能分開，大量的、經(jīng)常發(fā)生的投切負荷依靠負荷開關來完成，而極少發(fā)生的短路保護由熔斷器來完成。由負荷開關來承擔過載電流和正常工作電流的關合和開斷，并且還要求承擔“轉(zhuǎn)移電流”的開斷。變壓器高壓側(cè)的短路保護和過載保護由高壓限流熔斷器來承擔。兩者的有機結(jié)合，就可滿足配電系統(tǒng)各種正常和故障下運行操作保護的要求。也就是說，用負荷開關操作正常電流，而用熔斷器切斷短路電流，兩者的結(jié)合取代了結(jié)構復雜、價格昂貴的斷路器。

斷路器配合負荷開關的組合用于用戶對保護要求較高的場合，可配用智能保護、通訊等模塊，實現(xiàn)后臺監(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。

四、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于一體，開關與高壓帶電部件采用環(huán)氧樹脂進行整體澆注，以固封作為帶電體對地及相間絕緣的新型配電設備，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/負荷開關和三工位隔離等導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。隔離開關和主開關彈簧操作機構為一整體，也安裝于此絕緣件上。操作機構為專用的彈簧和電動一體式機構，形成斷路器/負荷開關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，分隔成多個獨立的功能隔室。三工位開關與柜門之間均設有聯(lián)鎖裝置。

功能單元分為斷路器單元、負荷開關單元，組合電器熔斷器單元等，每個單元可以單獨使用也可自由擴展。根據(jù)配置的不同，可實現(xiàn)開斷負荷電流、短路電流，也可以進行雙電源進線的手動或自動切換，電流速斷保護、小電流接地系統(tǒng)的單相接地保護、通信等功能，可配備微機保護裝置（控制器），實現(xiàn)全密封、全絕緣的配電要求。

國內(nèi)部分企業(yè)和科研機構對固體絕緣技術進行了系統(tǒng)的研究和實踐，已有部分企業(yè)掌握了固體絕緣技術，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)品已通過型式試驗并掛網(wǎng)運行。國網(wǎng)公司2011年8月發(fā)布《國家電網(wǎng)公司第一批重點推廣新技術目錄》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。

五、其他環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜

近年來響應國家環(huán)保政策的環(huán)保氣體環(huán)網(wǎng)柜也應運而生。以氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）、碳氟氣體、惰性氣體等對大氣無污染（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、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、性能有待掛網(wǎng)運行檢驗。

六、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)用電負荷密度的加大，配電網(wǎng)絡對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。中低壓環(huán)網(wǎng)柜將以智能化、網(wǎng)絡化并結(jié)合通信技術為依托，向高可靠、免維護、小型化、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構簡樸，運行可靠且安全，維修量小，運行用度低，性能優(yōu)良且系列化，更擴展了環(huán)網(wǎng)柜的使用范圍和技術提升，在國家“堅強智能電網(wǎng)”建設中，環(huán)網(wǎng)柜必將起到更加重要的作用。

參考文獻：

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

[2] 鐘恒強.固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在配網(wǎng)中壓領域的技術現(xiàn)狀及市場前景分析[J].電氣應用，2011，（17）.