SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的工程設計

1、SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的結構特點和工程設計黃冬玥（上海天靈開關廠有限公司 上海 201800）摘 要本文以上海天靈LMG/LCG-12環(huán)網(wǎng)柜為例，主要介紹了SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的結構、功能和特點，并論述了SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜在10kV配網(wǎng)供電系統(tǒng)中如何進行工程設計。關鍵詞10kV；SF6；全絕緣；環(huán)網(wǎng)柜1 引言隨著國家經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，城市電網(wǎng)負荷越來越大，密度越來越高，城市電網(wǎng)供電方式逐步向環(huán)網(wǎng)型供電方式發(fā)展。環(huán)網(wǎng)供電技術以其獨特的優(yōu)越性在城網(wǎng)配電系統(tǒng)中得到了廣泛運用，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著控制和保護作用。SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜是一種以低壓力SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的開關柜，與SF6半絕緣環(huán)網(wǎng)柜相比

2、，更具安全可靠，免維護，結構緊湊，小型化，易擴展，方案組合靈活多樣等優(yōu)越性，是環(huán)網(wǎng)供電和終端供電的重要開關設備，因此在國內(nèi)已得到普遍使用。LMG/LCG-12系列環(huán)網(wǎng)柜是由上海天靈和加拿大雷澤瑞奇公司合資生產(chǎn)的開關設備。綜合這一產(chǎn)品的結構、性能和特點，就SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜在10kV配網(wǎng)供電系統(tǒng)中如何進行工程設計作以下詳細的論述。2 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的結構特點概述SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜以負荷開關、負荷開關-熔斷器組合電器、隔離開關-斷路器等主開關構成各功能單元和密封氣箱，它將所有高壓帶電部分如負荷開關、母線側接地開關、母線等密封在充有低壓力SF6氣體的不銹鋼箱體內(nèi)，以SF6作為滅弧介質(zhì)，采用電動或

3、手動儲能彈簧操動機構，其母線通過母線連接器可以在左右方向任意擴展。適用于中壓配電系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的設計方案，任意排列，完成不同的配電任務。2.2 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的類型圖 1 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的9種基本柜型1、SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜按用途可分為以下9種基本類型（見圖一）： 負荷開關柜（C） 主要應用于：電纜進出線連接、分支、分段和控制等。 負荷開關+熔斷器組合電器柜（F） 主要應用于：二次配電網(wǎng)容量在1250kVA及以下的終端配電變壓器的控制和保護。 斷路器柜（V2） 不僅可應用于：電纜進出線連接、分支、分段和控制等。 也可應用于：較大容量配電變壓器的控制和保護。 電纜引入柜（B）SF6氣體

4、絕緣，高壓部分在SF6氣體內(nèi)。主要應用于：電纜進線的引入。 計量柜（M2） 空氣絕緣。 主要應用于：供電部門進線計量。 母聯(lián)柜（I）主要應用于：兩段母線的分段與聯(lián)絡。 電纜引入柜（A2）空氣絕緣，電纜接頭與母線直接相連，有金屬保護外殼。主要應用于：電纜進線的引入。 壓變柜（CPT）帶負荷開關的PT柜，可以拖動電機照明設備，便于PT維護和檢修。 壓變柜（APT1）空氣絕緣。PT最大容量為5000VA，可以拖動電機照明設備。2、SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜按結構可分為模塊式（LMG-12）和共箱式(LCG-12)兩大類。 模塊式（LMG-12）：氣箱為單氣箱，即每間隔只有一個氣箱。 共箱式(LCG-12)：

5、氣箱為共氣箱，即幾個間隔（兩至四間隔）共用一個氣箱。共箱式每個模塊最多具有四個功能單元（四個單元中C、F功能任意組合，如CC、CF、CCF、CCC、CFF、CCCC、FCCF、CFFF等）。2.3 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的主要特點1、全密封、全絕緣所有高壓帶電部分全部密封在充低壓力SF6氣箱內(nèi)，不受外界環(huán)境影響，如：污穢、潮濕、鹽霧、小動物等。2、柜體尺寸小使用三工位旋轉式負荷開關，有效減少零部件數(shù)量，實現(xiàn)了機械五防聯(lián)鎖。真空斷路器充以SF6 絕緣氣體使整體結構更緊湊。 限流熔斷器也向小型化發(fā)展，兩者結合，柜體越來越小。3、模塊化的設計采用模塊化的設計方案，其基本模塊單元為負荷開關模塊、負荷開關-

6、熔斷器組合電器模塊、隔離開關-斷路器模塊及其他特殊功能模塊任意組合，任何模塊之間都可以利用硅橡膠母線連接器實現(xiàn)任意擴展和連接。4、絕緣性能高氣箱采用進口3mm不銹鋼板激光焊接完成，保證設備在運行中的高強度要求，防腐蝕，防渦流影響，防護等級可達IP67。氣密性非常好，可保證30 年不漏氣。5、零表壓下耐壓即使發(fā)生漏氣，或漏到零表壓，仍能確保設備的絕緣和開斷性能，正常使用。7、激光焊接防止長期使用中，氣箱焊縫因溫差變化引起的氣箱呼吸效應使得焊縫疲勞開裂。8、全屏蔽電纜進出線電纜連接采用標準DIN標準型的電纜套管，安裝方便、可靠。 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的結構特點 總體結構SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜總體結構分為

7、兩大部分，充氣的密封箱體部分和控制室、電纜室、框架、泄壓通道等不充氣部分。高壓主回路置于充氣的密封箱體內(nèi)，機構室位于正面的上方，電纜室位于正面的下方，泄壓通道位于后下方。用全屏蔽電纜終端進出線。圖 2 柜體結構.2 部件結構. 密封箱體氣箱充以SF6氣體，采用全焊接密封技術，并經(jīng)過同步抽真空氦檢漏。在整個運行壽命期間不需要重新充氣而能保持安全操作。. 三工位負荷開關安裝在充氣殼體內(nèi)的負荷開關是三工位負荷開關，有合閘、分閘及接地三個位置。當動刀片位于分閘位置時，它有足夠的絕緣距離。用一個操作手柄可以分別對主開關和接地開關進行合分操作，主開關和接地開關之間有機械聯(lián)鎖。圖 3 三工位負荷開關 合閘狀

8、態(tài) 分閘狀態(tài) 接地狀態(tài)圖 4 三種開關位置狀態(tài).2.3 熔斷器接地開關在負荷開關+限流熔斷器的組合電器柜中，裝有與三工位負荷開關聯(lián)動的熔斷器接地開關，對熔斷器出線端提供可靠接地；當負荷開關在合閘、分閘操作中該熔斷器接地開關基本不動作，當負荷開關接地操作時，該熔斷器接地開關同時動作與熔斷器出線端的靜觸座可靠接觸，以保證熔斷器出線側可靠接地。.2.4 熔斷器熔斷器+負荷開關構成變壓器保護回路，高遮斷限流熔斷器裝于環(huán)氧澆注的絕緣殼體內(nèi)。當發(fā)生短路時熔斷器熔斷后，彈出的撞針使負荷開關分閘，使故障線路得到切除。熔斷器撞擊器選用彈簧式撞擊器。. 柜架柜架（除去密封箱體以外的殼體部分）是所有零部件裝配的基體

9、，同時對密封箱體起支撐和固定作用。選用敷鋁鋅板采用多重折彎成形，通過高強度螺栓、螺母（8.8級）和拉鉚螺母連接。柜架可分為三個主要隔室：控制室、電纜室和泄壓通道；控制室內(nèi)有機構、熔斷器固定架和二次回路；電纜室內(nèi)有電纜及其固定架、接地母排，根據(jù)需要可配置電流互感器；泄壓通道在電纜室的后面。壓力表、動態(tài)主接線模擬圖、帶電顯示器、操作孔及操作按鈕、銘牌、機構室的門、電纜室的門等均位于正面。.泄壓裝置在密封箱體下部的泄壓通道設有防爆膜，當萬一發(fā)生內(nèi)部燃弧故障時，密封箱體內(nèi)部的高壓力氣體可將防爆膜沖開，釋放壓力，同時SF6氣體通過泄壓通道排入地溝以確保操作人員的安全。.2.7接地回路在電纜室內(nèi)單獨設有5

10、30mm2的主接地銅排，貫穿整個排列，供直接接地的組件使用。三工位負荷開關的接地觸座通過銅排與主接地銅排相連，構成接地回路，使整個柜子都處于良好的接地狀態(tài)，確保操作人員的安全。.2.8母線連接器母線連接器由三只硅橡膠接合器組成，安裝在欲連接的各柜的側面上水平排列的內(nèi)錐套管（母線輸出）之間，為母線提供連續(xù)性，并封閉結合處。使用這種連接器可以使不同的開關柜的母線方便簡單的連接在一起而不需更換SF6氣體。不僅能夠防止局部放電和保證絕緣特性，還可以耐受開關柜可能具有的額定及短路電流。圖 5 母線連接器.2.9五防機械聯(lián)鎖 環(huán)網(wǎng)柜、負荷開關柜及組合電器柜均有可靠的機械聯(lián)鎖，且主接線模擬圖有開關狀態(tài)的指示

11、，必須按規(guī)定的操作程序操作才能得以進行。 只有當負荷開關在分閘位置時，接地開關才能進行合閘操作； 只有當接地開關在分閘位置時，負荷開關才能進行合閘操作； 只有當接地開關在接地位置時，柜門才能打開； 只有當柜門關閉后，接地開關才能進行分閘操作。 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的主要技術參數(shù)表 1 主要技術參數(shù)3 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的工程設計3.1 氣箱類型的選擇SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜氣箱有單氣箱和共氣箱兩種類型，其性能完全相同。從節(jié)約成本的角度來說，選擇共氣箱更為經(jīng)濟實惠，但是從另一角度來看，一旦其中一臺柜子發(fā)生事故，需要更換的是一整臺氣箱，這樣就提高了維護成本。所以在設計時應該根據(jù)用戶的需求，結合經(jīng)濟等因素考

12、慮來選擇。共氣箱一般只能由C、F單元任意組合，因為C、F單元相對功能簡單，發(fā)生事故率較低，而斷路器單元經(jīng)常容易發(fā)生事故，所以不可以和其他單元共氣箱。而且至多四個間隔共一個氣箱，以免發(fā)生事故，維護成本上升。3.2 擴展方式的選擇 SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的使用場所分為戶內(nèi)和戶外。如果用于戶內(nèi)，大部分開閉所會面臨二期增容擴建和改造的問題，所以在工程設計中需要考慮將SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜的端柜母線采用兩側可擴展的方式，當不需要擴展時，可用堵頭封堵，當需要二期增容或改造時，再用插拔式硅橡膠母線連接器拼柜連接。便于用戶或變電所增容改造。 如果用于戶外，一般不考慮增容，所以端柜可不用考慮擴展。但如遇特殊要求，比如戶

13、外房只作為臨時站用途，等使用一段時間后，開關設備放入戶內(nèi)使用，那么還是采用兩側可擴展的連接方式。3.3 柜體高度的選擇LMG/LCG-12系列環(huán)網(wǎng)柜的柜體高度有四種規(guī)格（單位mm）：1200、1450、1600、1800。柜體的高度需要根據(jù)使用場合來定，一般情況下，戶內(nèi)使用1800，箱變使用1600，戶外使用1450、1200。因箱變和戶外房用于室外安裝，對于外形尺寸的要求很高，它的外殼本身有一定的大小，如果柜體高度過高，外殼尺寸需相應加大，這樣會影響周邊環(huán)境的美觀，所以必須考慮此因素而降低高度。而且戶內(nèi)的開關柜操作次數(shù)相對頻繁，柜高需與配合運行人員的高度，如柜體過高，儀表安裝位置也相應增高，

14、工作人員不方便操作和觀察。如柜體太低，運行人員使用負荷開關的操作手柄不方便。戶外型操作頻率較低，可以不考慮這一問題。 3.4 柜型的不同組合和方案設計SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜可以以不同的任意組合，可以實現(xiàn)不同的方案設計，滿足各種不同的供電要求。1、箱變方案：可用CCF單元。2、戶外房方案：可用CCCC或CCF+F或CCC+CC單元。3、戶內(nèi)開閉所方案： APT+I+CCC+I+CCC 此系統(tǒng)中，APT為所用變柜，可提供所用變的二次電源，I柜為母聯(lián)柜，C柜作為環(huán)網(wǎng)進出線柜。 F+CPT+CC+I+CC+CPT+F 此系統(tǒng)中，C柜作為環(huán)網(wǎng)進出線柜。F柜為出線柜，與變壓器連接，可控制和保護變壓器。CPT柜

15、作為PT柜，測量電壓，可以測量電壓。I柜為母聯(lián)柜。 M1+CPT+V2 此系統(tǒng)中，M1為帶負荷開關計量柜，V2柜為出線柜，保護和控制變壓器。 V2+M+CPT+V2+V2 此系統(tǒng)中，進線為V2柜，出線為V2柜,M柜作為進線計量用，可由供電部門安裝電度表等計量裝置。 C+M+F+I+F+M+C 此系統(tǒng)中，C柜為進線柜，F(xiàn)柜為出線柜，M柜為計量柜，I柜為母聯(lián)柜。4、需注意的問題： 當進線電纜240mm2時后背包深度為890mm，當進線電纜240mm2時后背包深度為690mm。 F柜所保護的變壓器容量最大至1250kVA,如超出最大值需采用斷路器保護。 F柜高壓熔斷器額定電流大小需根據(jù)用戶提供的變壓

16、器容量配置。SFLDJ-12型高壓熔斷器額定電流最大至125A， 3.5 操作機構和控制回路操作機構可分為手動和電動。手動柜可以加裝輔助接點，F(xiàn)柜可以加裝脫扣線圈。為實現(xiàn)配網(wǎng)自動化，可在操作機構室內(nèi)加裝電機，并在操作機構室上增加控制儀表箱?，F(xiàn)場仍可保留按鈕合、分閘功能。電機一般有AC220V、DC220V、DC110V、DC48V、DC24V等多種電壓等級供用戶選擇。控制回路可以通過外引電源或者壓變柜PT取電，還可加裝電源轉換模塊。3.6 電流互感器和電壓互感器的選擇電流互感器作為測量儀表、計量裝置和繼電保護的電流源，由于各自的功能不同，準確等級不同，對額定電流范圍要求也不相同，從而要求電流互

17、感器具有不同功能的二次繞組。通常電流互感器應具備測量用、計量用和繼電保護用二次繞組。進出線柜電纜室內(nèi)可加裝低壓穿芯式電流互感器實現(xiàn)對電流的測量。計量柜安裝母排式電流互感器。電流互感器應根據(jù)供電部門的要求選擇變比，精度和準確級，容量要滿足測量和保護的要求。電流互感器的外形尺寸和內(nèi)徑需根據(jù)電纜的大小和柜體的寬度和高度進行選擇，以免因柜體尺寸太小不能安裝。電壓互感器的用途是將繼電保護裝置、測量儀表和計量裝置的電壓回路與高壓一次回路安全隔離，并取得固定的100V或100/3V，220V二次標準電壓。電壓互感器按接線方式分為單相式、三相式和V型接線式，按接地方式分有接地式和不接地式。對不同的接線方式，其

18、額定一次電壓和額定二次電壓不同。電壓互感器應根據(jù)供電部門的要求，選擇接線方式，二次繞組的配置要求和額定輸出容量大小。3.7 電纜附件的選擇電纜頭可觸摸型電纜前接頭，在結構上采用多層結構：在電纜頭內(nèi)層為半導體屏蔽層，用來均衡內(nèi)部電場，中間一層為絕緣層，選用進口高質(zhì)絕緣橡膠材料全自動注射工藝制作，確保絕緣強度。電纜頭外層為半導體屏蔽層，確保外屏蔽層接地保持零電位。應力控制體下端內(nèi)層與電纜的半導體層緊密接觸，而外半導體屏蔽層與電纜頭外半導體層緊密接觸，并通過可觸摸型電纜接頭上的接地孔接地，這樣不僅解決了電纜終端的外屏蔽層切斷處的電場集中問題，而且使電纜頭的外屏蔽層保持零電位，確保維護操作人員人身安全

19、，保證設備正?？煽窟\行。電纜連接室位于環(huán)網(wǎng)柜的正前方，電纜終端頭采用預制式可觸摸硅橡膠絕緣電纜終端頭在正面插接，它不僅很好地解決了電纜終端的絕緣恢復和磁場突變等難題，而且免除了柜體小帶來的電纜安裝不便的缺點。運行中不受污穢塵埃、凝露等影響，檢修時可拆卸、能快速恢復、安裝方便。外表面用新型半導體材料作屏蔽層，運行時外表面接地，不受潮濕、凝露、灰塵、污穢的影響，安全性更高，免維護。一般銅芯或鋁芯電纜的截面為35240mm2 (F柜)或35500 mm2(C或V2柜)。電纜頭有前插式和后插式兩種。如果有雙拼電纜進線或出線，電纜頭一個用前插式，一個用后插式。 避雷器環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)可安裝避雷器，實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜的

20、保護，避雷器為后插式，可插在電纜頭上。避雷器參數(shù)有HY5WZ-17/45和HY5WS-17/50。 絕緣帽絕緣帽是帶電套管接頭的附屬配件，為帶電套管接頭提供絕緣封套，為不帶電的套管接頭提供防塵，防潮封套。當預留有備用出線時，必須要用絕緣帽將其密封。所以如果開關柜作為備用柜，不安裝電纜頭時，需加裝絕緣帽。3.8 帶電顯示器環(huán)網(wǎng)柜進出線線路側裝設帶電顯示器，具有核對相位功能，以便操作人員監(jiān)視此回路是否帶電(氖燈泡指示)和校驗相位(插孔)。帶電顯示器分為強制閉鎖型（Q型）和提示型（T型）兩種。強制閉鎖型帶電顯示器與電磁鎖配合使用，一般裝于接地開關，當進線側有高壓時，電磁鎖不能打開，防止帶電合接地開關

21、。3.9 故障指示器故障指示器一般有面板型和電纜型兩種，目前普遍使用面板型。短路傳感器時刻檢測供電線路中的電流，當其值達到或超過短路電流報警整定值時，短路傳感器發(fā)出光信號，主機通過光纖接收到此信號后，產(chǎn)生報警指示信號。接地傳感器是檢測供電線路中三相電流總和或零序電流，當其值達到或超過接地電流報警整定值時，主機功過電纜接收到故障后，產(chǎn)生報警指示信號。并可將此信號送到遠方控制室，可自動、手動和遙控復位。故障指示器可裝于儀表箱或操作機構室的面板上。3.10 聯(lián)鎖/程序鎖為防止誤操作，環(huán)網(wǎng)柜可加裝聯(lián)鎖（掛鎖、接地電磁鎖）或程序鎖裝置（三鎖兩鑰匙、兩鎖一鑰匙）。掛鎖裝于操作機構室的負荷開關和接地開關操作孔擋板的掛鎖孔上，擋板有三個位置，鎖定在負荷開關位置時，可以操作接地開關，鎖定在接地開關位置時，可以操作負荷開關，鎖定在中間位置時，負荷開關和接地開關均不能操作。接地電磁鎖主要用于進線柜的接地開關上，防止進線側有高壓，合接地開關。三鎖兩鑰匙主要用于兩段母線有兩臺進線和一臺母聯(lián)柜的系統(tǒng)中，防止兩臺進線柜和母