配電系統(tǒng)中環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用

摘要：本文從配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢、環(huán)網(wǎng)柜的種類、優(yōu)點及運行使用等方面對環(huán)網(wǎng)柜在城區(qū)配網(wǎng)建設(shè)與改造中的應(yīng)用進行探討，提出了在現(xiàn)階段的城區(qū)配網(wǎng)建設(shè)與改造中應(yīng)盡量采用SF6 環(huán)網(wǎng)柜的基本觀點。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和電能對人們生活的影響越來越大，特別是對于負(fù)荷密度較高的城區(qū)，供電的可靠性尤其重要。通過建立以環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)為主的配電網(wǎng)絡(luò)，能有效提高供電可靠性，保證供電的連續(xù)性，將配電設(shè)備故障、維護停電的影響降至最低，而作為環(huán)網(wǎng)運行方式中的重要設(shè)備———環(huán)網(wǎng)柜，在配網(wǎng)改造中的應(yīng)用也越來越廣，本文從配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢、環(huán)網(wǎng)柜的種類、優(yōu)點及運行使用等方面淡淡環(huán)網(wǎng)柜在城區(qū)配網(wǎng)改造中的應(yīng)用。

1 配電網(wǎng)的主要結(jié)構(gòu)

一般城市的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指中壓配電網(wǎng)，即10kV電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，早期建設(shè)的10kV配電線路多數(shù)是單輻射狀分布供電，一旦線路、設(shè)備或電源發(fā)生故障，容易導(dǎo)致全線停電，造成的損失和影響較大，因此按照省集團公司提出的規(guī)劃和要求，在城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與改造中應(yīng)考慮建立環(huán)網(wǎng)供電、開環(huán)運行的模式，如圖1 所示，一旦其中一側(cè)電源有故障或進行檢修工作，可以通過合上環(huán)網(wǎng)開關(guān)繼續(xù)對負(fù)荷進行供電，如果線路出現(xiàn)故障，通過線路上安裝的分段開關(guān)也可以把停電范圍大大減小。由于城區(qū)空間有限，且出于城市整體美觀的需要，使用電纜取代架空導(dǎo)線已成為城區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)改造與建設(shè)的趨勢。城區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以電纜“2- 1”單環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為主要接線方式，隨著負(fù)荷的增長可將單環(huán)網(wǎng)改造為“3- 1”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以提高線路的負(fù)載率。典型的電纜“2- 1”單環(huán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和“3- 1”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的接線如圖2、圖3 所示。從圖中可見，通過建立配電環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可有效減少，甚至避免停電，從而提高供電可靠性。

2 環(huán)網(wǎng)柜的種類

要實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)目的，必須要使用環(huán)網(wǎng)設(shè)備。目前，在配電網(wǎng)絡(luò)中，可起環(huán)網(wǎng)功能的設(shè)備主要有環(huán)網(wǎng)型電纜分支箱和環(huán)網(wǎng)柜。

環(huán)網(wǎng)型電纜分支箱是在普通電纜分支箱上的基礎(chǔ)上加裝了SF6 或真空負(fù)荷開關(guān)，通過負(fù)荷開關(guān)的配合，實現(xiàn)供電方式的轉(zhuǎn)換。由于其價格較低，安裝地點較靈活，特別是在城區(qū)建設(shè)定型，無法得到配電房位置(環(huán)網(wǎng)柜必須安裝于配電房內(nèi))的情況下，環(huán)網(wǎng)型電纜分支箱顯示出其靈活的優(yōu)點，因此近年來得到較普遍應(yīng)用，但環(huán)網(wǎng)型分支箱始終是在電纜分支箱基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與環(huán)網(wǎng)柜相比，基最大的缺點是安全性能不夠(特別是防誤操作方面的措施)，操作環(huán)境不理想，存在一定的危險性，如果條件允許，筆者建議應(yīng)優(yōu)先考慮使用環(huán)網(wǎng)柜進行環(huán)網(wǎng)。

環(huán)網(wǎng)柜因其所使用的負(fù)荷開關(guān)種類不同而分為產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜、壓氣式環(huán)網(wǎng)柜、真空環(huán)網(wǎng)柜、SF6 環(huán)網(wǎng)柜等幾種，其中產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜、壓氣式環(huán)網(wǎng)柜因所采用的負(fù)荷開關(guān)存在致命缺陷，可靠性低，現(xiàn)已基本淘汰。真空環(huán)網(wǎng)柜、SF6 環(huán)網(wǎng)柜因性能指標(biāo)高、操作維護、維護運行可靠等優(yōu)點已在配電網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛使用。

3 環(huán)網(wǎng)柜的基本接線單元

圖4 給出了一個最簡單的全封閉環(huán)網(wǎng)柜的接線圖。中壓饋線的進線裝有負(fù)荷隔離開關(guān)，通過一個串接限流熔斷器的負(fù)荷開關(guān)把變壓器接到環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)上，既保護到變壓器的故障，又能隔離故障變壓器，使環(huán)網(wǎng)不致斷開?，F(xiàn)在應(yīng)用的柜環(huán)網(wǎng)都是在基本接線單元的基礎(chǔ)上改進、擴展而成的。

4 環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)點

由于國內(nèi)外生產(chǎn)和使用真空、SF6 開關(guān)及開關(guān)柜已有多年，技術(shù)相對成熟，因而無論是真空環(huán)網(wǎng)柜還是SF6 環(huán)網(wǎng)柜一般都能達(dá)到較高的性能指標(biāo)，操作簡便，而各種新技術(shù)的應(yīng)用，使環(huán)網(wǎng)柜在人身設(shè)備的安全方面也有了足夠的保證。

(1)防止誤操作，有效保護人身及設(shè)備安全。以汕頭特區(qū)成套廠生產(chǎn)的真空環(huán)網(wǎng)柜為例，該產(chǎn)品所采用的真空負(fù)荷開關(guān)是具有三工位的高壓開關(guān)設(shè)備。即隔離、關(guān)合、接地，隔離開關(guān)與接地開關(guān)具有可見的斷口，負(fù)荷開關(guān)與隔離開關(guān)具有自動聯(lián)動的功能，即當(dāng)真空負(fù)荷開關(guān)斷開后，隔離開關(guān)自動斷開，形成可見斷口，當(dāng)真空負(fù)荷開關(guān)合閘時，隔離開關(guān)自動先行閉合;負(fù)荷開關(guān)與接地開關(guān)也具有嚴(yán)格的機械聯(lián)鎖與電氣聯(lián)鎖，從而在結(jié)構(gòu)上首先保證兩者不可能出現(xiàn)誤動，即當(dāng)負(fù)荷開關(guān)在合閘位置時，不可能進行接地開關(guān)的合閘操作，同樣，當(dāng)接地開關(guān)在閉合位置時，也不可能進行負(fù)荷開關(guān)的合閘操作;環(huán)網(wǎng)柜前門一旦打開，負(fù)荷開關(guān)不能再合閘，從而有效防止了誤操作的發(fā)生。

再以廣東珠江開關(guān)廠生產(chǎn)的SF6 絕緣環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜為例，該產(chǎn)品除了在防誤操作、機械電氣聯(lián)鎖等方面令人滿意外，還在柜中安裝了內(nèi)部故障電弧限制裝置，安裝在電纜室內(nèi)的自動快速接地開關(guān)能在故障電弧產(chǎn)生的幾毫秒內(nèi)迅速動作熄弧，故障排除后只需對開關(guān)柜進行檢查即可繼續(xù)投入使用，使設(shè)備損壞降至最低，且沒有高溫氣體從SF6 絕緣部分散逸，確保了人身及設(shè)備安全。

(2)性能指標(biāo)高。真空環(huán)網(wǎng)柜、SF6 環(huán)網(wǎng)柜所采用的真空、SF6 負(fù)荷開關(guān)為可頻繁操作型，其“合- 分”額定有功負(fù)載的次數(shù)可達(dá)100 次，為產(chǎn)氣式、壓氣式負(fù)荷開關(guān)等一般負(fù)荷開關(guān)的10 倍以上，而且具有良好的開斷能力，短時耐受電流一般達(dá)到20kA，短路關(guān)合電流一般都能達(dá)到50kA。

(3)維護方便。環(huán)網(wǎng)柜一般安裝于配電房內(nèi)，避免了環(huán)網(wǎng)電纜分支箱可能會遇到的如車輛碰撞、人為破壞、水淹進水等危險，室內(nèi)操作維護也將天氣對操作的影響降到最低。柜面的清晰面板設(shè)計，使接線方式以模擬圖的形式標(biāo)示在柜面，讓人一目了然，部分廠家的環(huán)網(wǎng)柜更將操作指導(dǎo)及注意事項標(biāo)注在柜面上，進一步減少了操作人員發(fā)生誤操作的可能;大多數(shù)產(chǎn)品都安裝了可監(jiān)測主回路帶電狀態(tài)的帶電顯示裝置，不但可以提示高壓帶電狀況，而且可以與電磁鎖配合實現(xiàn)強制閉鎖手柄門，提高防誤性能;在前門安裝的透明有機玻璃觀察窗，可直接察看負(fù)荷開關(guān)的分合閘狀態(tài)。

(4)使用靈活，易于擴展。隨著運行經(jīng)驗的增加，可擴展型環(huán)網(wǎng)柜正逐步取代以前的全封閉型環(huán)網(wǎng)柜;隨著緊湊型設(shè)計、模塊化拼接等方面的進步，現(xiàn)在環(huán)網(wǎng)柜的配置已能很靈活地滿足各種設(shè)計方案的要求，實現(xiàn)按客戶實際需要任意組合;電纜橋架的連接方式也更加靈活，即使在地面不夠平整的情況下，也能實現(xiàn)柔軟連接，不會出現(xiàn)局部放電的現(xiàn)象;安裝配備自動化接口，為建設(shè)配電自動化做好準(zhǔn)備。

5 結(jié)束語

多年的實踐運行表明，在各種環(huán)網(wǎng)柜中，SF6 環(huán)網(wǎng)柜的性能指標(biāo)、可靠性都較高，而且體積較小，對空間的需求很低，維護量少，因而應(yīng)用最廣。考慮各種綜合因素，如維護費用、二次投資、可靠性等，在配電網(wǎng)絡(luò)改造與建設(shè)過程中，建議在條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用SF6 環(huán)網(wǎng)柜，并在規(guī)劃建設(shè)過程中，充分考慮自動化裝置，采用安全、可靠、先進的設(shè)備，提高配電水平，使配電網(wǎng)絡(luò)更可靠、更安全。