淺析開閉所環網柜應用的若干技術問題

馬竹影

摘要：作者探析環網柜功能結構和運用選型要點，分析環網柜在10kV配網改造中施工和運行維護的應用。結合配電網對配電設備的要求，對開閉所環網柜應用中的一次接線、環網柜型式、五防裝置、開關設備及操作電源系統的選擇配置問題作了探討。

關鍵詞：電力網 開閉所 環網柜 負荷開關 熔斷器 配置

環網柜是負荷開關柜和組合電器柜應用于環網供應單元的通稱，應用現代電子技術與傳感技術，將10kV開關柜，斷路器，負荷開關，TA、TV及計量儀表等裝置于一體，使城網一二次系統的集成化與裝配模塊化，實現電力設備的監測、保護、控制、計量，達到優化管理。提高電網運行的水平及可靠性，隨著城市配電網的發展，對設備的要求不斷提高，經歷了不同時期與不同類型的發展。其中以10kV環網柜為基礎的開閉所，由于其經濟、便捷、高效的優勢，在城市配網中發揮著越來越大的作用。本文總結我局近年來的應用經驗，結合實際，對開閉所環網柜應用中的若干技術問題作如下探討，供讀者參考。

環網柜的組成及性能指標，10kV戶外箱式環網柜，又稱環網供電單元（簡稱環網柜），每個環網供電單元由3～6路開關共箱組成，接線方式靈活多樣，可以滿足不同配電網絡節點的需求。由于開關裝置和硬母線密閉在同一個不銹鋼金屬外殼內，采用SF6作為滅弧介質和絕緣介質，開關采用三相聯動的三工位SF6負荷開關或斷路器，其額定電流可達1250A，短時耐受電流可達25kA/3S。由于這種特殊的排列結構，環網柜具有如下特點：戶外型、全絕緣、全密封結構，能適應任何惡劣環境;體積小、結構輕、結構緊湊，占地小;安裝簡單，操作方便，安全可靠、免維護;具有電動和手動操作機構，配FTU后即可實現配電自動化。由于它體積小、技術指標先進，完全可以取代常規的開閉所，從而減少占地面積和縮短出線電纜長度，降低整體造價和維護費用，因而廣泛應用于舊城區線路改造、街道、居民區、繁華商業中心等。

1一次主接線選擇

開閉所要求一次接線簡單清晰，采用單母線或者單母線分段接線。當采用單母線分段接線時，2路電源進線取于不同變電站或者同一變電站的不同母線段，6～10路出線，如此接線簡單，運行維護方便。如負荷較集中但超出單個開閉所的供電范圍的居民小區，需多個分散的開閉所供電，這類開閉所以設計為“手拉手”接線為優，“放射狀”接線（即單電纜環網聯結，開環運行）方式為次，其優點是：遇故障時，甩開故障點，可用環網恢復供電，提高供電可靠性。

2環網柜的選型

按照開關型式來分，國內環網柜主要有產氣式、壓氣式、真空和SF6等4種。產氣式和壓氣式環網柜由于存在開斷負荷時弧光外露，電壽命較低，檢修維護工作量大，可靠性不高等缺陷，一般不被采用。真空環網柜具有負荷開關操作功率小，開斷轉移電流大，容易實現操作等優點而被廣泛采用。SF6環網柜開斷和絕緣性能優異，操作過電壓低，操作功率小，是一種全封閉、全絕緣、免維護的產品。由于其性能優良、運行可靠、體積小等優點而受供電部門和用戶的普遍歡迎。小型化智能箱式開閉所的開關柜推薦選用進口的SF6開關柜，比如施耐德、ABB、西門子等公司的負荷開關柜。這些產品的可靠性高、體積小、免維護周期在20a以上。以施耐德SM6環網柜為例，此柜是可擴展模塊組合式金屬密封SF6開關柜。開關具有閉合—斷開—接地3種位置并具有閉鎖功能。模擬母線能可靠地顯示開關的閉合、斷開及接地3種位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上，簡化了操作;并有明顯的帶電指示器;柜內可配置電流互感器、繼電器、跳閘線圈等，滿足自動化及計量要求;開關柜與電纜的連接無須使用電纜頭。

3“五防”裝置

開閉所環網柜“五防”是指防止誤分、合開關，防止帶負荷拉、合隔離開關，防止帶電掛（合）接地線（開關），防止帶接地線（開關）合斷路器（隔離開關），防止誤入帶電間隔等五項措施。現有的環網柜內負荷開關一般有2種結構：①只有合、分功能的二工位負荷開關 ②具有三工位的負荷開關。產氣式、壓氣式及真空負荷開關以二工位居多，而SF6負荷開關以三工位為多。這類負荷開關用于饋電回路時優勢非常明顯。接地工位提供了很好的安全措施。可以滿足“五防”要求。對防止帶電合接地開關（或掛接地線），通過負荷開關與接地開關的聯鎖來實現，具有當負荷開關斷開，出線側無電時，才可操作接地開關。電纜室門板與接地開關之間設有閉鎖裝置，只有接地開關閉合時才能打開門板，反之，只有門板閉合時才允許打開接地開關。

4進出線開關設備的選用

環網柜開關保護設備選擇一般有兩種途徑：一是利用斷路器，另一種是用負荷開關。斷路器既可斷開正常負荷電流也可斷開短路電流。負荷開關一般用于開斷正常工作電流。即負荷電流，但它與熔斷器配合使用時，則具有一定的開斷短路電流能力。

5操作電源配置

在開閉所中，由于開關柜數量較少，線路結構簡單，多為單回路或雙回路進線，基本上沒有所用電源或外電源，這給開關操作電源的選取帶來一定困難。目前，主要由以下幾種供電方式：TV供電方式、DC供電方式、UPS供電方式。

（1）TV供電方式主要是利用TV向操作回路提供電源。一種方法是直接利用TV提供100V操作電源;另一種方式是由TV經中間變壓器提供220V操作電源。當進線柜要承擔電能計量功能時，由于計量用TA或TV必須使用獨立的二次線圈，如果計量和操作回路分別使用一組TV，則很難裝在一臺高壓開關柜中，對于這種情況，往往對TV二次側采用雙繞組的方式，一組精度為0.2級的繞組用于計量，另一組大容量繞組用于提供操作電源。因此，如果操作回路中有整流器件，將產生諧波并耦合到計量回路中，對計量精度產生影響。此外，對于TV供電方式，當高壓母線或進線發生兩相或三相短路時，電壓互感器安裝處的殘壓非常低，二次電壓下降到低于斷路器分閘線圈最低動作電壓，若采用微機保護，將使保護設備不能正常工作。

（2）DC供電方式是采用蓄電池通過直流電源屏向操作回路提供電源。系統正常運行時，由整流回路或高頻開關電源提供直流操作電源。交流失電時，由蓄電池經穩壓回路提供直流操作電源。直流電源可靠性好但造價高，開閉所由于結構緊湊，放置直流屏也很困難。

（3）UPS供電方式是低壓系統交流電源通過UPS向操作回路供電。當系統發生故障時，UPS通過將蓄電池的直流電逆變成交流電不間斷地向操作回路和保護設備供電。高壓電源正常時，由低壓電源向操作回路供電，系統失電或故障時由UPS供電。UPS供電，操作電源不受高壓母線電壓的影響，可避免TV供電方式時出線的計量問題和保護拒動現象。

總之，開關操作電源采用TV供電方式，雖然不需要在高壓柜以外增加設備，但對電能計量和保護回路都有潛在的影響，在工程設計時應盡量避免使用TV供電方式。DC供電方式和UPS供電方式沒有對高壓電源的依賴性，對計量和保護沒有影響并具有很高的可靠性。對于有條件的開閉所可優先選擇操作電源采用DC供電。如果從節省工程造價角度出發可選用UPS供電方式也完全可以滿足可靠性的要求。

6結語

近年來，國家投入巨額資金進行城鄉電網建設與改造，然而舊城區配電線路的改造卻成為棘手的問題。舊城區配電線路建設年代較早，建設標準與現代需求相比相對較低下，設備老化嚴重，迫切要求對原有電力線路進行改造。但受架空線路走廊和景觀要求限制，很多的電力線路需改造為電纜線路，狹小的街巷缺乏開閉所作為負荷分配的轉供點，而10kV戶外箱式環網柜能在配電節點中起著分支、分段、聯絡的功能，在城市電網改造中得到了廣泛的應用，在開閉所環網柜設計選型時，只有根據實際要求制定適當的方案，才能在保證安全可靠的前提下，提高經濟性。

參考文獻：

[1]林功平.配電網饋線自動化技術及其應用[J].電力系統自動化，1998（4）：64-68.

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