環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

車(chē)日全

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名茂港供電局，廣東 茂名 525000）

0 引 言

當(dāng)前，城市配電網(wǎng)發(fā)展速度較快，多采用環(huán)網(wǎng)供電模式，其占有比例越來(lái)越大。環(huán)網(wǎng)柜屬于環(huán)網(wǎng)供電主要設(shè)備，越來(lái)越受到重視。做好環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)中的應(yīng)用分析，對(duì)提高環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用有效性的提高至關(guān)重要。當(dāng)前的智能化電網(wǎng)工程建設(shè)中應(yīng)用了大量的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，具有良好的絕緣性能，屬于智能電網(wǎng)建設(shè)的重要設(shè)備，顯著提升了配電網(wǎng)供配電工作的安全性和可靠性。所以，本文重點(diǎn)研究配電網(wǎng)建設(shè)期間的環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用。

1 環(huán)網(wǎng)柜的種類(lèi)和性質(zhì)

環(huán)網(wǎng)柜的分類(lèi)主要以其使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)類(lèi)型為主。根據(jù)負(fù)荷開(kāi)關(guān)命名，負(fù)荷開(kāi)關(guān)屬于開(kāi)關(guān)電器的一種，介于隔離開(kāi)關(guān)與斷路器之間，滅弧裝置簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)過(guò)載電流和額定負(fù)荷電流的切換，但是無(wú)法切斷短路電流。環(huán)網(wǎng)柜的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)與隔離開(kāi)關(guān)比較，具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在負(fù)荷開(kāi)關(guān)方面，可知設(shè)計(jì)的有滅弧裝置，大大提高了供電可靠性，且環(huán)網(wǎng)柜有著結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的斷路器。具體使用環(huán)網(wǎng)柜時(shí)可以串聯(lián)熔斷器（高壓）、負(fù)荷開(kāi)關(guān)，以發(fā)揮斷路器的作用，價(jià)格低廉。過(guò)載電流和短路電流使用熔斷器切斷，負(fù)荷電流使用負(fù)荷開(kāi)關(guān)切斷，能夠很大程度上降低配電裝置成本，便于操作維護(hù)。環(huán)網(wǎng)柜的性能很大程度上受負(fù)荷開(kāi)關(guān)性能因素影響，環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展相當(dāng)于負(fù)荷開(kāi)關(guān)的發(fā)展。下面主要介紹環(huán)網(wǎng)柜的幾個(gè)不同種類(lèi)。

1.1 產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜

產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜主要應(yīng)用在20世紀(jì)八九十年代，其負(fù)荷開(kāi)關(guān)中滅弧元件為固體產(chǎn)氣材料，如有機(jī)玻璃，在電流電弧作用下，固體產(chǎn)氣材料分解出氣體，熄滅電弧。隨著產(chǎn)氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)分合電流的增大，電弧明顯升高，分解出更多的氣體，滅弧效果顯著。產(chǎn)氣式分合開(kāi)關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中能夠分合較大電流，在小電流分合方面的能力不佳。另外，固體產(chǎn)氣材料使用過(guò)程中會(huì)持續(xù)消耗，難以確定具體的耗盡時(shí)間。

1.2 壓氣式環(huán)網(wǎng)柜

該類(lèi)型環(huán)網(wǎng)柜的開(kāi)關(guān)屬于壓氣式負(fù)荷開(kāi)關(guān)，使用時(shí)可以借助壓縮空氣、壓氣活塞運(yùn)行活動(dòng)進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)吹弧、氣缸空氣壓縮的目的，進(jìn)而在電弧拉長(zhǎng)處理后可以讓電弧熄滅于電流低點(diǎn)。

1.3 真空環(huán)網(wǎng)柜

當(dāng)前，我國(guó)真空環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)指標(biāo)相對(duì)較高，但是尚未實(shí)現(xiàn)廣泛使用。這主要與以下兩個(gè)方面因素有關(guān)：一方面是操作機(jī)構(gòu)方面問(wèn)題，真空開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)復(fù)雜，如果使用質(zhì)量性能較差的原材料和應(yīng)用落后的生產(chǎn)工藝，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的設(shè)備質(zhì)量無(wú)法達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)；另一方面，運(yùn)行維護(hù)難度非常大，如對(duì)真空環(huán)網(wǎng)柜的真空度運(yùn)行維護(hù)檢測(cè)技術(shù)還尚未攻克。

1.4 SF6環(huán)網(wǎng)柜

實(shí)際應(yīng)用中，SF6環(huán)網(wǎng)柜性能優(yōu)良，運(yùn)行安全可靠，不需要充氣和維護(hù)，應(yīng)用廣泛，如施耐德RM6、西門(mén)子8DJ20等，如圖1所示。但是，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。第一，組合不夠靈活，只能從廠家提供的方案中進(jìn)行選擇，很難滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要；第二，電房設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展；第三，電纜頭等專(zhuān)用配件成本較高；第四，對(duì)安裝要求嚴(yán)格，如果安全技術(shù)水平不足，很難取得理想的應(yīng)用效果。

全充氣環(huán)網(wǎng)柜組合不夠靈活，半充氣SF6環(huán)網(wǎng)柜在配單網(wǎng)中有廣泛應(yīng)用。半充氣環(huán)網(wǎng)柜有單元獨(dú)立氣包，擴(kuò)展和更換較為方便。隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在SF6負(fù)荷關(guān)鍵技術(shù)方面逐漸掌握，很多國(guó)產(chǎn)SF6環(huán)網(wǎng)柜質(zhì)量和數(shù)量明顯改善。但是，當(dāng)前10 kV、20 kV SF6環(huán)網(wǎng)柜市場(chǎng)，還以ABB、施耐德等為主。

圖1 SF6環(huán)網(wǎng)柜

2 SF6環(huán)網(wǎng)柜在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1 SF6氣體微水含量問(wèn)題

不管是國(guó)產(chǎn)SF6環(huán)網(wǎng)柜，還是進(jìn)口SF6環(huán)網(wǎng)柜，都很少有微水含量試驗(yàn)方面的報(bào)告。供電公司屬于設(shè)備運(yùn)行單位，不具備微水含量測(cè)量條件。SF6環(huán)網(wǎng)柜氣包中氣體相對(duì)較少，微水試驗(yàn)選擇DP19，幾乎會(huì)放空氣包中的氣體。SF6環(huán)網(wǎng)柜中，氣體水分含量對(duì)SF6環(huán)網(wǎng)柜滅弧性能和設(shè)備操作安全性有影響。SF6環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，滅弧性的判斷存在較大難度。

2.2 SF6泄露問(wèn)題

SF6環(huán)網(wǎng)柜如果密封不嚴(yán)，非常容易出現(xiàn)氣體泄露。當(dāng)前，使用的半充氣環(huán)網(wǎng)柜很多都沒(méi)有SF6壓力指示，結(jié)合其實(shí)際運(yùn)行情況，雖然進(jìn)口設(shè)備的密封性能較好，但是在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)有漏氣情況出現(xiàn)[1]。沒(méi)有相應(yīng)氣體監(jiān)視裝置，用戶(hù)很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏氣情況，事故隱患較大，尤其在環(huán)網(wǎng)柜零表壓下性能等方面。另外，這些產(chǎn)品多為手動(dòng)機(jī)構(gòu)，運(yùn)行人員與設(shè)備面對(duì)面操作，有事故情況出現(xiàn)時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。

2.3 機(jī)構(gòu)問(wèn)題

配電主變保護(hù)多選擇負(fù)荷開(kāi)關(guān)加熔斷器組合柜型，負(fù)荷電流利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)切斷，短路和過(guò)載電流使用熔斷器切斷。當(dāng)前所使用的全充氣環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)熔斷器熔斷等情況，故障變壓器無(wú)法失電，變壓器故障容易擴(kuò)大，產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失和影響。事故原因多為操作機(jī)構(gòu)拉線(xiàn)行程過(guò)大。針對(duì)這類(lèi)缺陷，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺母松緊度方式處理。設(shè)備投入運(yùn)行前，還需要進(jìn)行主變單元熔斷器模擬試驗(yàn)。

2.4 均壓罩材質(zhì)問(wèn)題

半充氣環(huán)網(wǎng)柜中針對(duì)電纜頭聯(lián)接處距離不夠問(wèn)題，一般使用均壓罩解決。但是，鋁質(zhì)均壓罩在實(shí)際應(yīng)用中非常容易受到外界環(huán)境如潮濕等因素影響，雖然安裝有防止凝露加熱器，但是很難在潮濕地區(qū)取得理想應(yīng)用效果[2]。尤其是20 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)，存在著非常嚴(yán)重的均壓罩銹蝕問(wèn)題。經(jīng)過(guò)檢查，該問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)解決，銹蝕后生成的銹蝕物呈粉末狀，會(huì)導(dǎo)致壓罩表面電場(chǎng)分布不均勻，無(wú)法起到均壓效果。另外，隨著均壓罩間距變小和氣溫的巨大差異變化，對(duì)氣包底部進(jìn)行詳細(xì)的觀察研究可知，生成有較多的凝露。這些凝露后續(xù)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)會(huì)直接向壓罩部位回流，繼而位于底部的環(huán)氧材料會(huì)受到液體浸入發(fā)生電腐蝕、放電等問(wèn)題。一旦發(fā)生放電，則會(huì)在壓罩間、氣包底部位置產(chǎn)生放電通道，致使表面發(fā)生絕緣擊穿。

3 SF6環(huán)網(wǎng)柜選型

SF6環(huán)網(wǎng)柜的選型需要注意以下幾方面問(wèn)題。第一，選擇可擴(kuò)展環(huán)網(wǎng)柜，安裝簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展，屬于SF6環(huán)網(wǎng)柜的一個(gè)主要應(yīng)用方向[3]；第二，就維護(hù)角度而言，在SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)上安裝專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)SF6壓力裝置；第三，結(jié)合配電場(chǎng)所條件，可以選擇凝露試驗(yàn)產(chǎn)品，使用全充氣型環(huán)網(wǎng)柜，且在終端型設(shè)備方面不考慮小環(huán)網(wǎng)室，最大限度降低凝露在設(shè)備方面的影響，以滿(mǎn)足配電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際需要。

4 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜

現(xiàn)階段，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在智能化配電網(wǎng)建設(shè)中具有非常高的應(yīng)用價(jià)值，可以替代SF6環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行工作[4]。此種環(huán)網(wǎng)柜安裝應(yīng)用期間，對(duì)周邊環(huán)境的不良影響較小，具有非常理想的應(yīng)用安全性和可靠性?；诖朔N環(huán)網(wǎng)柜的配電網(wǎng)，發(fā)生運(yùn)行故障、異常的風(fēng)險(xiǎn)較小。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的組成部分有分支母線(xiàn)、隔離與接地開(kāi)關(guān)、主母線(xiàn)以及滅弧室（真空）等。將上述內(nèi)容進(jìn)行單一、組合處理后，再進(jìn)行外部的包裹封裝處理（常用的封裝絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂），最后再將封裝材料置于密封絕緣且涂抹有屏蔽層（導(dǎo)電、半導(dǎo)電）模塊中，即可接地利用。該環(huán)網(wǎng)柜具有環(huán)保、無(wú)需維護(hù)、結(jié)構(gòu)緊湊、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)勢(shì)，但是由于制造工藝復(fù)雜、造價(jià)高等缺陷，當(dāng)前未在我國(guó)全面普及，需要科研人員對(duì)這兩方面問(wèn)題加強(qiáng)研究，提高固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的利用率。

5 結(jié) 論

SF6環(huán)網(wǎng)柜在配電網(wǎng)中有著非常廣泛的應(yīng)用，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在有SF6氣體微水含量、SF6泄露、機(jī)構(gòu)、均壓罩材質(zhì)等方面的問(wèn)題，必須結(jié)合SF6環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用實(shí)際情況，做好SF6環(huán)網(wǎng)柜的選型，降低SF6環(huán)網(wǎng)柜實(shí)際運(yùn)行中受到的影響，更好地滿(mǎn)足配電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際需要，最大限度發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步。