环网开关柜学术资讯 - 科技工作者之家

环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。

产品介绍环网柜一般分为空气绝缘和SF6绝缘两种，用于分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，一定距离架空线路、电缆线路的充电电流，起控制和保护作用，是环网供电和终端供电的重要开关设备。柜体中，配空气绝缘的负荷开关主要有产气式、压气式、真空式，配SF6绝缘的负荷开关为SF6式，由于SF6气体封闭在壳体内，它形成的隔断断口不可见。环网柜中的负荷开关，一般要求三工位，即切断负荷，隔离电路、可行靠接地。产气式、压气式和SF6式负荷开关易实现三工位，而真空灭弧室只能开断，不能隔离，所以一般真空负荷环网开关柜在负荷开关前再加上一个隔离开关，以形成隔离断口。

环网柜是俗称，一般指用于环网线路中或终端的SF6负荷开关及SF6负荷开关+熔断器组合电器。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，除电寿命长，开断力强等与真空负荷开关有共同的优点外，其突出优点是容易实现三工作位（接通、断开和接地），小电流（电感、电容）开断，抗严酷环境条件能力强。适宜在城乡中压配电网推广应用。
负荷开关是带有简单灭弧装置的一种开关电器，使用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的负荷开关称为SF6负荷开关，它可以作为关合和开断负荷电流及过载电流用，亦可以作为关合和开断空载线路、空载变压器及电容器组等，凡具有接通、断开和接地功能的三工作位负荷开关，都有结构简单、价格便宜的特点。只是负荷开关不能断开短路电流。
SF6负荷开关+熔断器组合电器是由SF6负荷开关来承担过载电流（此过载电流对SF6负荷开关来说仍在负荷开关额定开断电流的范围以内）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。而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。这时一组SF6负荷开关及三个带触发器的熔断器，只要任何一个触发器动作，其联动机构会使负荷开关三相同时自动分闸。两者有机的结合起来，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。
环网柜可分为户内环网和户外环网
户内环网一般用于高压侧的配电，由进线柜、计量柜、PT柜、变压器出线柜组成，对于用电要求较高的用户，进线必须采用双电源切换柜。七楼所说的“也有人将负荷开关及熔断器组合的高压开关柜叫环网柜，主要是容易和用断路器的开关柜区分开来”不太准确，环网柜也有装断路器的方案
户外环网一般用于城市电网，采用共箱式的SF6环网柜，这种柜型最大的特点是防护等级高，可以做到IP67，适合用于户外，并且能短时间浸水。环网供电的方案一般采用一路环进，一路环出，两到三回做做出线回路，即形成手拉手的环网供电模式。
为保证供电的可靠性，连续性，采用两个进线供电，这就形成了一个环.采用SF6负荷开关，3工位（合闸，分闸，接地），分线路，变压器。

选购要点随着城网建设与改造，环网供电方式越来越被普遍采用，相应而配套的环网柜亦应运而生。环网柜是一种新型的成套装置，一般由三个间隔组成：即进。出线间隔（或称支路单元）和变压器回路间隔（或称配电单元）环网柜是环形线路中最重要的设备之一，其各方面性能，直接影响着环网供电的可靠性。一个完善的环同供电方案，也必需有优良的环网控制设备，才能恰到好处地发挥其优越性。因此10kV环网开关拒的选择变得至关重要。1 10kV环网开关柜选购要点：
110kv环网开关柜的技术要求
拉手环网供电方案,这种方案的特点是由若干个供电分支节点，即10kV杯网开关或称支路单元、配电单元（如图A01A02A03等）电力电缆等通过拉手方式连成一闭合林网结线。
为了更好地保证城镇供电的可靠性，提高电能质量，这种环网供电线路要求10kV环网开关拒应具备如下技术性能：
1．l继电保护
如图1当电缆L1发生接地（或相间短路）故障时，环形线路对故障的切除与隔离处理可分为两种情况：
1．环网开关A02B01迅速跳闸，将故障电缆隔离，而不影响对用户的供电或越级跳闸。这就要求环网开关A02B01配置纵联差动保护装置（如LCD3A或方向过电流保护装置；这种处理要求A02B01为断路器开关并具备完整的继电保护系统，能满足选择性、快速性、灵敏性和可靠性的要求。
2．变电站开关F01F02迅速跳闸，再由配网自动化系统通过SCADA功能操作使A02B01分闭，将故障电缆隔离，然后迅速恢复对用户的供电。这种处理方式，A02B01可选用负荷开关但必须具备完整的自动化配电系统所需的检测、监视、控制和遥信全部功能接口，以达到选择性、快速性、灵敏性和可靠性的要求。
在拉手环网供电方案中当配变001发生（短路）故障时。作为保护变压器的开关A03应能迅速跳闸（配变发生故障不应由变电站出口开关动作）能在20m内将故障配变隔离，而不影响环型线路供电或超级跳闸。这就要求A03开关为断路器或负荷开关+限流熔断器，并配备过流、速断和接地（零序）保护功能。同样要满足选择性、快速性、灵敏性和可大性的要求。
1．2配网自动化
环网供电作为今后输配电的一种发展方向，配网自动化是提高配网运行、维护和管理水平所必需的技术措施，也是进一步提高供电可靠性、保证电能质量最直接、最有效的技术手段。
配网自动化的具体内容为：
遥控：通过系统控制中心能模拟或有效地对每个环网点三侧环网开关进行分合闸操作。但不能控制接地开关接地开关只能在工作现场按有关程序进行手动操作；
遥测：系统控制中心或现场均能检测到每个环网点的母线三相电压、电流值（有功、无功功率，有功、无功电度）以及每个环网点的负荷电压、电流值（有功、无功功率，有功、无功电度）直流系统的电压、电流值和配变温度等；
遥信：系统控制中心或现场均能监视到每个环网点环网开关接地开关位置，直流电源开关位置，环网开关就地及远方操作信号，各种保护动作信号、烟感信号，控制保护电源、辅助导线监视信号等。
10kV环网开关拒应具有上述数据接口，保证环网供电能由手动操作逐步升级到SCADA和配合将来分步实施配网自动化配电系统所需的检测、监视控制和遥信全部功能。
1．3主要技术参数
l．环网开关拒额定电压及绝缘水平
所选取环网开关额定电压应大于或等于所在配电系统的电压。但应注意的国内外关于额定电压的定义是不同的国内所讲的额定电压是指具有定值或设备承受的标称电压，并非最大值，最大电压为额定电压的115%；而国外所讲的额定电压，指系统具有或设备承受的电大电压值。因此，就额定电压本身的意义来指的中国的额定电压10kV接近与国外的额定电压12kV另外，由于国内外配电系统中性点接地方式不同，国外的配电电压等级，为中性点接地系统。而国内大部分地区为中性点不接地系统（仅少数沿海城市，已改为中性点经小电阻接地）因此国内外对开关和开关拒的耐压要求是不同的下面列表对比。
国内外绝缘标准对比
国内：中性点接地方式(不接地)，额定电压(10KV),工频耐压（42KV/imin),标准雷电冲击耐压（75KV/min),辅助回路工频耐压（3.5KV/min),最小绝缘距离（125min),标准（ICE)
国外:中性点接地方式(接地)，额定电压(12KV),工频耐压（28KV/imin),标准雷电冲击耐压（75KV/min),辅助回路工频耐压（3.5KV/min),最小绝缘距离（125min),标准（KL40291DL40491)
2．环网开关柜额定电流、动、热稳定和开断性能
所选取环网开关额定电流应大于所在馈线的最大负荷电流。除此之外，环网开关还应具备如下能力：
a．具有开断空变的能力。配变空载电流一般为额定电流的2%左右。如果选用负荷开关+限流熔断器控制配变，配变容量不宜大于1250kVA否则应选用断路器或开断性能较好的真空负荷开关SF6负荷开关
b．具有开断电缆充电电流的能力。接入环网柜的进出电缆截面为240mm2时，其充电电流为0.8A/Km进出电缆截面为300mm2时，其充电电流为0.9/Km因此一般要求正常情况下能开断不小于16A环网电缆的充电电流；
c．具有开断短路电流的能力。如果选用负荷开关时，则不能满足这要求，这时只能靠变电站出口开关来开断；
d．具有动热稳定承受能力。短路或异常情况下能开断短路电流。国大部分地区一般要求热稳定电流在1620kV/2左右，动稳定电流则按标准规定为相应热稳定电流的2.5倍，随着系统容量的不断增大，该数值也将会有所升高。若制造商纷出的热稳定电流不是2s值，则可按I2t相等的原则进行换算后校核。
1．4操作、保护、信号电源
SCADA要求每个环网开关应有电讯号操作功能，因此，每个环网点应能提供可供开关操作及保护信号的电源，一般可分为两种情况：
1．交流操作这在选用负荷开关时使用得比较多，操作电源由开关自带PT提供或由配变提供，其特点是比较简单，但首次操作只能手动或提供外电源；
2．直流操作这在选用断路器开关时使用得比较多，操作电源由专门直流电源装置（可配置一套全自动免维护的直流电源装置）提供，其特点是投资比较大，但可靠性高。直流电源充电机输入电压应为380/220V直流输出电压为220V或相应值。
作为高压开关操作电源和保护、信号电源均应能为RTU提供其电压、电流以及运行（包括正常或故障）状态数据接口。
1．5开关及其操作机构
开关环网柜的核心，而操作机构又是开关核心，其操作性能优劣直接影响着环形线路的可靠性，所以开关操作机构应能满足如下要求：
l．开关操作机构应坚固耐用，能抵受操作时的机械力量。操作杆应有防滑及由上至下操作设计，操作机构的力量不能大于350牛顿（35Kgf操作距宜在300mm至1850mm之间；
2．开关操作机构应不会因短路或邻近开关操作而引起的外力而受到误动影响；
3．开关操作机构应由储能的弹簧操作，即由单一弹簧储能将分间的开关合闸；由单一弹簧储能将合闸的开关分闸。当开关分闸后，弹簧应能人手或自动储能，弹簧应能长时间停留于储能状态下及不会因任何机构震动而释放力能，弹簧的储能应可用人手或电。信号释放；
4．由人手或电信号脱扣的线圈温度应能达到50℃时而不致于影响开关操作（脱扣线圈电信号多为直流）
5．人手脱扣分合闸应有护罩保护，以防止误操作；
6．每个支路和配电开关应配备由机械操作的分”合”和“弹簧已储能”指示器，并应能通过辅助开关为RTU提供其状态数据接口；
7．当开关操作机构处于合闸状态，如果操作人员认为有必要，弹簧应能释放储能而开关不动作；
8．基于极潮湿环境的情况下，所有操作机构应具备防蚀功能和表面处理适合户外环境；
9．开关应有防止带地刀合闸、防止带电合地刀送电、防止误入带电间隔、防止误拉开关等措施。
1．6母线及母线连接
如果环形线路最大负荷电流按350A400A来考虑，那么环网柜母线及母线连接应能承受630A额定电流。因此，网柜母线及母线连接应能满足如下要求：
l．母线连接处应有防腐蚀措施，母线接合口宜作镀银处理；
2．制造商应提供适当措施来解决导体因温度的升降而引起膨胀或收缩的物理现象。导体的排列和支柱应能维持带电体与接地导体或导体之间于任何时候（包括短路时）安全距离（具体要求按照中华人民共和国行业标准DL40491户内交流高压开关柜订货技术条件》
3．当两种不同的金属连接在一起时，应采取适当措施防止电化学作用。
l．7接地开关
对须停电检修线路进行接地是保证安全的技术措施，由于环形线路支路单元开关分闸与母线隔离后，线路（电缆）侧并不一定停电，因此，对开关接地操作应在主开关已与母线隔离，并且线路侧停电的情况下进行，环网柜支路单元开关接地刀在设计制造上应考虑如下情况：
1．主开关合”开”和“开”接地”操作应是分开而不是连续的应防止因操作人员手动操作时超出范围而引起不必要的接地；
2．主开关从“合”开”和“开”接地”应有机械和电气连锁，当主开关打开与母线隔离后，确认线路侧已停电，接地开关才能接地；当线路两侧中任一接地开关接地后，线路两侧开关都不能会闸（线路两侧地刀与其两侧开关应加装电气连锁）
3．为使接地开关合闸前确保线路已停电，线路侧应有带电显示，并应对停电线路先进行验电。为防止违章操作，线路开关接地开关后门之间可加装程序锁控制，其控制程序为：
a．线路开关分闸、线路接地操作程序：拉开线路开关如图1中A02将程序锁旋转一定角度→将开关拉至实验位置→检查线路带电指示。若线路有电，则操作线路另侧开关由运行状态转为检修状态（如图1中B01若线路无电，则取出线路开关程序锁插入后门锁孔并旋转一定角度→打开后门验电→确认线路无电，则关后门，取程序锁插入接地刀销孔并旋转一定角度→会上接地刀。
b拉开线路接地刀，会上线路开关操作程序与上述相反。
4．接地开关应有两个清楚表示的操作位置“分开”和“合上”分开”位置，接地开关绝缘水平应符合本规范中的绝缘要求；
5．在环网开关背面底部应提供一个不小于25*3mm厚）接地喘口作为接地导体的引入；
6．接地开关分开”和“合上”状态应能通过辅助开关给RTU提供可靠的数据接口。
1．8辅助开关
环网柜主开关接地开关开/合状态、弹簧的已储能/已释放的状态、通过辅助开关反应出来的辅助开关也是主开关接地开关与RTU接口的桥梁，因此，环网柜主开关接地开关应配置一定数量的辅助开关并应能满足如下要求：
l．对于封闭式设计的环网柜，辅助开关应为免维护，开关接触面需有防氧化处理，否则应能可调，可清洁，可检视。
2．辅助开关数目如下：
支路单元主开关三个常开，三个常闭。一对用于分合闸就地指示、一对用于分合闸远方指示、一对备用。
配电单元主开关三个常开，三个常闭。一对用于分合闸就地指示、一对用于分合闸远方指示、一对用于两台配变并列运行时电气连锁控制。
所有接地开关两个常开，两个常闭。一对用于分会闹远方指示、一对用于线路两侧开关电气连锁控制。
弹簧储能：辅助开关一个常开，一个常闭。用于弹簧储能远方指示；
3．所有辅助开关应为无电压触点，并应能开合10A交流至380V或直流至220V负载。
l．9就地/远方选择开关
为了防止非常或误操作，应在每个支路单元及配电单元容易接触的位置上配备一个就地/远方选择开关选择开关远方”位置应能锁定现场操作。就地/远方选择开关应有一对无电压触点作为远方显示
1．10二次结线及端子
所有二次结线应采用BVV绝缘铜线，其截面应不少于2.5mm27/0.67nun二次结线端子应考虑安装接线、维修方便，同时接线工作应不受环网单元带电或主电缆已接入的影响，外接控制电缆也应不受电力电线接人或退出的影响。
电压互感器、电流互感器、脱扣电源和所有其它接线应分开，每组接线应有详细标记。所有二次结线需应能承受3.5kV/1分钟的绝缘耐压试验，二次结线应按颜色配线，具体要求如下：
二次结线配线颜色要求
AC交流回路:颜色,AU黄色、BV绿色、CW红色、N蓝色
DC直流回路:颜色,灰色
PE地线:颜色,双色线
1．11故障指示器
每一个支路单元应配装相对相、相对地等故障指示器及其所需的电流互感器，当接地故障电流在80A或相间短路故障电流在2500A时，指示器应有所动作。故障指示器应能在220V±10%）50Hz电压下自动复位，故障指示器应有就地指示和一对无电压触点作为远方指示。当220V±10%50Hz电流回复正常时，就地和远方指示都应该自动复位。
1．12试验配置对相设备
为了能使连接线路进行试验，每一个支路和配电单元可配备一种能注入高压或电流的装置。该装置在线路接地后安装，当安装完毕后才能打开接地装置以及连接外置试验设备。
环形线路投入运行前，必须确保整条线路相位一致，因此对相是一项非常重要的工作。除了用常规的核相盘之外，可在每一个支路单元其中两相安装线路带电或无电的指示器。指示器最好是氖灯，同时其位置最好安装在可令操作人员在操作接地时能见到地方。每一个氖灯应该是并联连接出一个端子，能反映出导体的相位，端子是作为对相之用，两个端子间的电压不应超过110V配电单元不需配备上述两装置。1