配网低压环网柜浅析
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摘要：随着电力网络的高速发展，供电质量要求逐步改善，同时也要求降低设备的维护运行费用，对其可靠性和实用性提出了更高要求。环网柜出现的时间不算长，近年来却得到了广泛应用。文章从环网柜的结构原理入手，介绍了各主流柜型的性能特点和应用情况，论述了环网供电的重要性及必要性。
关键词：配网；低压；环网柜；电力网络；供电质量；主流柜型 文献标识码：A
中图分类号：TM59 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.
为提高供电可靠性，有些线路要合环运行（俗称手拉手），使用户可以从两个方向获得电源或进行负荷切断转换，将一条支路的负荷切换到另一支路上，这种供电方式称为环网供电，实现这些功能的配电柜就叫环网柜。负荷密度较高的城区，供电的可靠性尤其重要。作为低压配网中应用最为广泛的电力设备之一，环网柜近年挂网运行量在稳步增长。其主要作用分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，可用于末端变电室供电，并配合控制、保护、通讯等模块实现多种功能，广泛应用于住宅小区、高层楼宇、大型公共建筑、厂矿企业等负荷集中的配电站以及箱式变电站中。通过建立以环网结构为主的配电网络，保证供电的连续性，将供电设备故障、维护引起的停电影响降至最低，有效提高供电可靠性。
1 压气式环网柜
柜体内选用压气式负荷开关。分断时，通过动触头和固定活塞的相对运动，压缩气体从喷口喷射出高速气流将电弧熄灭。柜体由仪表继电器室、开关室、电缆室等组成。负荷开关在柜内可以正装或侧装。柜体面板门上配有状态显示、故障指示等。在前门进行合、分闸、接地等操作，合、分闸为手动操作弹簧储能，具备“五防”机械联锁，确保操作人员安全。负荷开关-熔断器柜具有一相或多相熔断器熔断时，其撞击器使负荷开关自动分闸。由于压气式环网柜的局限性，近年来的用量已经很少。
2 真空环网柜
真空环网柜的高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，一般配有高压熔断器保护下一级负荷，除了向本配电所供电外，其高压母线还要通流环形供电网的穿越电流，因此高压母线截面要根据本配电所的负荷电流与环网穿越电流之和进行选择，以确保运行中高压母线不过载运行。
该类柜型的原件布局结构大致相同。国内很多厂家已经积累了多年真空环网柜的生产和运行经验，差异化开发在型式试验和现场运行中也展现出很好的性能。10kV线路一般采取相对成熟的真空灭弧技术，空气为绝缘介质，在开断空载变压器、开断空载电缆和架空线方面都要比空气开关和SF6开关优越；开断中电弧不外露，所以也不会引起污染和损害柜内的电器元件；开距小、弧压低、电弧能量小、触头烧损少，所以其开断额定电流的次数比任何开关寿命都长，几乎不需要检修。另外，操动机构所需的合闸功也小，结构简单精巧。目前真空环网柜的市场保有量较稳定。
3 六氟化硫（SF6）环网柜
SF6负荷开关是近年来不少用户体会到的一种优良负荷开关，它使用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，可以作为关合和开断负荷电流及过载电流用，也可以作为关合和开断空载线路、变压器及电容器组等。完善的结构决定了其具备诸多的优势：（1）与真空负荷开关有共同的优点，电寿命长、开断力强等；（2）实现三工位，完成接通、断开和接地任务；（3）灭弧与载流分开：灭弧系统专门灭弧，不承受动热稳定电流，而载流部分专门承载正常电流，不参与灭弧；（4）SF6气体优异的绝缘性能，柜体积精巧，占地面积少，并可任意组合，左右可灵活扩展；（5）灭弧栅式的灭弧更加简单可靠，不像压气式那样需由操动机构提供压缩功；（6）不锈钢气箱板材的韧性、密封性优良，配合成熟的焊接工艺确保气体不泄露。
该类环网柜的操动机构一般采用手动电动一体式交流弹簧机构。当采用电动弹簧储能操作，并设有继电保护、信号要求功能的环网柜时，应根据要求提供交流或直流二次电源，电源可由电压互感器柜提供。
负荷开关配合熔断器组合电器是把控制和保护两功能分开，大量的、经常发生的投切负荷依靠负荷开关来完成，而极少发生的短路保护由熔断器来完成。由负荷开关来承担过载电流和正常工作电流的关合和开断，并且还要求承担“转移电流”的开断。变压器高压侧的短路保护和过载保护由高压限流熔断器来承担。两者的有机结合，就可满足配电系统各种正常和故障下运行操作保护的要求。也就是说，用负荷开关操作正常电流，而用熔断器切断短路电流，两者的结合取代了结构复杂、价格昂贵的断路器。
断路器配合负荷开关的组合用于用户对保护要求较高的场合，可配用智能保护、通讯等模块，实现后台监控，智能集成化程度较高。近年来的智能化变电站、开闭所等常用此种单元配置。
4 固体绝缘环网柜
固体绝缘环网柜是一种集外固封、绝缘母线及组合单元小型化三种技术于一体，开关与高压带电部件采用环氧树脂进行整体浇注，以固封作为带电体对地及相间绝缘的新型配电设备，不排放任何有毒物质，无漏气爆炸与内部燃弧的隐患。断路器/负荷开关和三工位隔离等导电回路完全固封在环氧树脂绝缘件内，三相分体式结构。隔离开关和主开关弹簧操作机构为一整体，也安装于此绝缘件上。操作机构为专用的弹簧和电动一体式机构，形成断路器/负荷开关配合三工位隔离的组合电器。专用接头和母线相连，配合可触摸专用插头。柜体为敷铝锌板折弯组装而成，分隔成多个独立的功能隔室。三工位开关与柜门之间均设有联锁装置。
功能单元分为断路器单元、负荷开关单元，组合电器熔断器单元等，每个单元可以单独使用也可自由扩展。根据配置的不同，可实现开断负荷电流、短路电流，也可以进行双电源进线的手动或自动切换，电流速断保护、小电流接地系统的单相接地保护、通信等功能，可配备微机保护装置（控制器），实现全密封、全绝缘的配电要求。
国内部分企业和科研机构对固体绝缘技术进行了系统的研究和实践，已有部分企业掌握了固体绝缘技术，正在研制和生产固体绝缘环网柜，少数企业的产品已通过型式试验并挂网运行。国网公司2011年8月《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》通知中，已将固体绝缘环网柜的新增容量和比例提升到规划层面，具有逐步取代SF6环网柜的趋势。
5 其他环保气体环网柜
近年来响应国家环保政策的环保气体环网柜也应运而生。以氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、碳氟气体、惰性气体等对大气无污染（或污染很小）的环保气体为代表。这些气体的绝缘性能不如SF6，因而柜体结构、布置及绝缘性能上要周全考量，产品的稳定可靠性成为关键。目前环保气体环网柜属于理念型产品，仍处于探索阶段，产品的结构、性能有待挂网运行检验。
6 结语
伴随着电网发展步伐的不断加快，城网农网用电负荷密度的加大，配电网络对可靠性的要求也越来越高。地域电网的供电方式向环网型供电方式转变成为一种趋势。中低压环网柜将以智能化、网络化并结合通信技术为依托，向高可靠、免维护、小型化、绿色环保的方向发展。环网柜结构简朴，运行可靠且安全，维修量小，运行用度低，性能优良且系列化，更扩展了环网柜的使用范围和技术提升，在国家“坚强智能电网”建设中，环网柜必将起到更加重要的作用。
参考文献
[1] 陈家斌.SF6断路器实用技术[M].北京：水利水电出版社，2004.
[2] 钟恒强.固体绝缘环网柜在配网中压领域的技术现状及市场前景分析[J].电气应用，2011，（17）.
作者简介：杨玉辉（1979-），男，石家庄科林电气股份有限公司主任工程师，中级职称，研究方向：电力设备设计与应用。