全絕緣開關柜的結構特點和工程設計最新資料

1、SF6全絕緣開關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 201808）摘 要本文以上海天靈開關廠有限公司生產的LMG/LCG-12系列全絕緣開關柜為例，主要介紹了SF6全絕緣開關柜的結構、功能和特點，并論述了如何在10kV配網供電系統(tǒng)中進行SF6全絕緣開關柜的工程設計。關鍵詞10kV；SF6；全絕緣；開關柜1 引言隨著國家經濟建設的快速發(fā)展，城市電網負荷越來越大，密度越來越高，城市電網供電方式逐步向環(huán)網型供電方式發(fā)展，環(huán)網供電技術以其獨特的優(yōu)越性在城網配電系統(tǒng)中得到了廣泛運用。SF6全絕緣開關柜是一種以低壓力SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的開關柜，與SF6半絕緣開關柜相比，更

2、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)網供電和終端供電的重要開關設備。LMG/LCG-12系列全絕緣開關柜是由上海天靈和加拿大雷澤瑞奇公司合資生產的開關設備，本文綜合這一產品的結構、性能和特點，就SF6全絕緣開關柜在10kV配網供電系統(tǒng)中如何進行工程設計作以下詳細的論述。2 SF6全絕緣開關柜的結構特點2.1概述SF6全絕緣開關柜以負荷開關、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、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，以SF6作為滅弧介質，采用電動或手動儲能彈簧操動機構

3、，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全絕緣開關柜的類型圖 1 LMG/LCG-12全絕緣開關柜的10種基本柜型1、SF6全絕緣開關柜按功能可分為10種基本類型（見圖1）：（1）負荷開關柜（C） 主要應用于：電纜進出線的控制，接通及斷開進出線電纜與母線，可使進出線電纜三相同時接地，并具有短路關合能力。（2）負荷開關+熔斷器組合電器柜（F） 主要應用于：二次配電網容量在1250kVA及以下的終端配電變壓器的控制和保護。（3）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

4、于：較大容量配電變壓器的控制和保護。（4）斷路器母聯(lián)柜（V2-CT）主要應用于：兩段母線的分段與聯(lián)絡。配有隔離開關和斷路器，可以帶負荷接通或斷開主母線。（5）電纜引入柜（B）主要應用于：進出線電纜的連接。進出線電纜與母線直接連接。（6）計量柜（M） 主要應用于：供電部門電能計量。配有常規(guī)的電流互感器和電壓互感器，以方便電力部門的校驗。（7）母聯(lián)柜（I）主要應用于：兩段母線的分段與聯(lián)絡?？梢詭ж摵山油ɑ驍嚅_主母線。（8）電纜引入柜（A）主要應用于：電纜進線的引入。電纜接頭與母線直接相連，用于進出線電纜的連接。（9）壓變柜（CPT）主要應用于：監(jiān)測系統(tǒng)電壓和提供操作電源。可以帶負荷接通或斷開電壓互

5、感器及接地，電壓互感器最大容量為500VA。 （10）壓變柜（APT）主要應用于：監(jiān)測系統(tǒng)電壓和提供操作電源，配有電壓互感器并與母線直接連接，電壓互感器最大容量為5kVA。2、SF6全絕緣開關柜按結構可分為模塊式和共箱式兩大類。（1）模塊式（LMG-12）：氣箱為單氣箱，即每間隔只有一個獨立氣箱。（2）共箱式（LCG-12）：氣箱為共氣箱，即幾個間隔共用一個氣箱，每個模塊最多具有四個功能單元。2.3 SF6全絕緣開關柜的主要特點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，不受外界環(huán)境影響，如：污穢、潮濕、鹽霧、小動物等。氣箱采用進口3mm不銹鋼板激光焊接完成，保證設備在運

6、行中的高強度要求，防腐蝕，防渦流影響，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，防護等級可達IP67，氣密性非常好，可保證30 年不漏氣。2、柜體小型化使用三工位負荷開關，有效減少零部件數(shù)量，實現(xiàn)了機械五防聯(lián)鎖功能。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。緊湊的結構設計，使占地面積大大縮小。3、模塊化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-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、零表壓下耐壓即使發(fā)生漏氣，或漏到零表壓，

7、仍能確保設備的絕緣和開斷性能，正常使用。5、全屏蔽可觸摸電纜進出線電纜連接采用DIN標準型的電纜套管，安裝可靠方便。2.4 SF6全絕緣開關柜的結構特點 總體結構SF6全絕緣開關柜總體結構分為兩大部分，充氣的密封箱體部分和操作機構室、電纜室、底架、泄壓通道、低壓室等不充氣部分。高壓主回路置于充氣的密封箱體內，操作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。（見圖2）1234567891.低壓室 2.操作機構室 3.模擬線路圖 4.電纜室 5.氣壓表 6.母線內錐套管 7.氣箱 8.帶電顯示器 9.柜體圖 2 柜體結構2.4.2 部件結構2.4.2.1

8、 密封箱體氣箱充以SF6氣體，額定壓力為0.03MPa,采用激光焊接全密封技術，并經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。2.4.2.2 三工位負荷開關安裝于氣箱內的負荷開關有三個工位，合閘、分閘、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。 合閘狀態(tài) 分閘狀態(tài) 接地狀態(tài)圖 3 三種開關位置狀態(tài)2.4.2.3 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。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。

9、熔斷器撞擊器選用彈簧式撞擊器。2.4.2.4 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。2.4.2.5 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，同時對密封箱體起支撐和固定作用。柜架可分為三個主要隔室：操作機構室、電纜室和泄壓通道；操作機構室內有機構、熔斷器固定架和二次回路；電纜室內有電纜及其固定架、接地母排，根據(jù)需要可配置電流互感器；

10、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。2.4.2.6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)生內部燃弧故障時，密封箱體內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，并能有效防止對電纜及變電站內其余開關設備的損害。2.4.2.7接地回路在電纜室內單獨設有5×30mm2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。2.4.2

11、.8母線連接器母線連接器是為各柜提供電氣、機械連接的器件。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錐套管之間，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 4 母線連接器2.4.2.9五防機械聯(lián)鎖 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，必須按規(guī)定的操作程序操作才能得以進行。（1） 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； （2） 只有當接地開關在分閘位置時，負荷開關才能進行合閘

12、操作；（3） 只有當接地開關在接地位置時，柜門才能打開；（4） 只有當柜門關閉后，接地開關才能進行分閘操作。2.5 SF6全絕緣開關柜的主要技術參數(shù)表 1 主要技術參數(shù)3 SF6全絕緣開關柜的工程設計3.1 氣箱類型的選擇SF6全絕緣開關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，選擇共氣箱更為經濟實惠，減少了板材和連接器。但是從另一角度來看，一旦其中一個間隔發(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。所以在設計時應根據(jù)用戶的需求，結合經濟等因素考慮來選擇。一般來說共氣箱可由C、F、B單元任意組合，因為C、F、B單元相對功能簡單，故障率較低，而斷路器單元結

13、構復雜，容易發(fā)生事故，所以不推薦和其他單元共一個氣箱。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全絕緣開關柜的使用場所分為戶內和戶外。如果用于戶內，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全絕緣開關柜的端柜母線采用兩側可擴展的方式，當一期不需要擴展時，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進行拼柜連接,便于變電所增容改造。如果用于戶外，一般無需考慮增容，因此端柜母線可以不擴展。但如遇特殊要求，比如戶外房只作為臨時站用途，等使用一段時間后，開關設備放入戶內使用，那么就要采用兩側可擴展的連接方式。S

14、F6全絕緣開關柜除左右可擴展外，還可以從頂部擴展。在柜頂安裝母線套管，通過母線擴展連接器或者電纜頭與相鄰柜拼接，以滿足用戶的特殊要求，還可解決與其他廠家生產的開關柜的拼接問題。3.3 柜體高度的選擇LMG/LCG-12系列SF6全絕緣開關柜的柜體高度主要有四種規(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，戶內采用1800，箱變采用1600，戶外采用1450、1200。因箱變和戶外房安裝于室外，使用環(huán)境條件苛刻，占用面積有一定限制，對于外形尺寸的要求較高。箱變和戶外房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

15、邊環(huán)境的美觀，所以必須考慮此因素而降低高度。然而開閉所一般有足夠的安裝空間，對于柜體的高度要求不是很苛刻，因此用于戶內的開關柜，一般采用1800mm的高度，電纜離地高度約1000mm左右，這樣電纜室有足夠的空間，便于施工人員連接電纜。另外，用于戶內的開關柜操作次數(shù)相對頻繁，柜高需配合運行人員的高度，若柜體過高，儀表安裝位置也相應加高，運行人員不方便操作和觀察。若柜體過低，導致運行人員使用操作手柄的不便。對于戶外型開關柜，因操作頻率較低，權衡利弊之后，首先應考慮的是柜體小型化的問題。 3.4 操作機構和控制回路操作機構可分為手動和電動。一般用于戶外的開關柜現(xiàn)場沒有二次電源，所以大多采用手動操作機

16、構。一般用于戶內的開關柜現(xiàn)場有二次電源，大多采用電動操作機構，也可用手動操作機構。為實現(xiàn)配網自動化，手動操作的開關柜可在操作機構室內加裝電機，并在操作機構室上增加控制儀表箱，現(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?？刂苹芈房梢酝ㄟ^外引電源或者從壓變柜電壓互感器取電，還可加裝電源轉換模塊。3.5 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，從而要求電流互感器具有不同功能的二次繞組。進出線柜電纜室內可加裝低壓穿芯

17、式或開啟式電流互感器實現(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

18、容量大小。3.6 電纜附件的選擇3.6.1電纜頭電纜室位于開關柜的正前方，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，可用一套前插式電纜頭加一套后插式電纜頭來實現(xiàn)?？捎|摸型電纜

19、頭，在結構上采用多層結構：在電纜頭內層為半導體屏蔽層，用來均衡內部電場，中間一層為絕緣層，選用進口高質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，保證設備正?？煽窟\行。3.6.2 避雷器開關柜內可安裝避雷器，不僅用于防護大氣高電壓，還可實現(xiàn)對開關柜的過電壓保護。全絕緣SF6開關柜采用的是硅橡膠絕緣氧化鋅

20、避雷器，如用戶要求進出線柜或PT柜安裝避雷器，那么可以采用后插式避雷器，直接插在電纜頭上。一般在非有效接地系統(tǒng)中，避雷器可選用3.6.3 絕緣帽絕緣帽是帶電套管接頭的附屬配件，主要用于對帶電套管接頭提供絕緣保護（永久或臨時），為不帶電的套管接頭提供防塵，防潮封套。所以當開關柜不安裝電纜頭，作為預留備用出線時，必須要用絕緣帽將其密封。3.7 帶電顯示器開關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，一般電磁鎖裝于接地開關，當進線側有高壓時

21、，電磁鎖不能打開，防止帶電合接地開關。3.8 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，主機通過電纜接收到故障后，產生報警指示信號。并可將此信號送到遠方控制室，可自動、手動和遙控復位。故障指示器一般用于進出線柜，可裝于儀表箱或操作機構室的面板上。3.9 聯(lián)鎖及程序鎖為防止誤操作，開關柜可加裝聯(lián)鎖（掛鎖、電磁鎖）或程序鎖裝置（三鎖兩鑰匙、兩鎖一鑰

22、匙）。由于環(huán)網供電手拉手的網絡接線方式，環(huán)網柜的電源進線有下進線的情況，此時環(huán)網柜本身的防誤裝置就不能防止帶電合接地開關的惡性誤操作。因此，必須對接地開關的操作進行控制，即在負荷開關分閘時，必須再判別電纜出線（進線）是否有電，只有電纜不帶電時才允許合接地開關。傳統(tǒng)的做法是對接地開關操作孔加掛掛鎖，在操作接地開關時由運行人員進行人工判別，在電纜無電時解鎖進行操作。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。但是由人工進行判別總會有出錯的可

23、能，所以掛鎖方法并不是一種完善的可靠的防誤方案。針對這一情況，可采用高壓帶電顯示閉鎖裝置，通過高壓傳感器檢測高壓帶電情況，根據(jù)有無高壓確定是否允許打開電磁鎖。開閉所一般都有二次電源，高壓帶電顯示閉鎖裝置的工作電源一般采用AC/DC220V或110V，在操作機構的面板上加裝 AC/DC220V或110V的有源電磁鎖 ，以實現(xiàn)進線側帶電時閉鎖接地開關的目的。但是在一些開閉所或戶外房、箱變等沒有二次電源的情況下，需采用無源電磁鎖防誤閉鎖裝置，自帶驗電、防誤閉鎖和驗電開鎖功能的電子鑰匙，專用電子解鎖鑰匙，內置12V鋰電池，解鎖時只需將鑰匙的三個觸頭插入閉鎖裝置的鑰匙孔中，按下啟動按鈕即可，一次性完成驗

24、電，供電的操作，如果開關柜處于帶電狀態(tài)，按下啟動按鈕，則不可能打開閉鎖裝置，如果開關柜失電，則可打開閉鎖裝置。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聯(lián)柜同時合上，兩段進線不同相位同時通電，發(fā)生短路。兩鎖一鑰匙主要用于同段母線有兩臺進線柜的系統(tǒng)中，防止兩臺進線柜同時合上，發(fā)生短路。還可用于開關柜與箱變網門的聯(lián)鎖。3.10 戶外房的選擇 戶外房有非金屬和金屬戶外房兩種，可根據(jù)用戶的不同需求來選用。非金屬戶外房為玻璃纖維特種水泥制成，防護等級為IP33，箱體機械強度高、抗暴曬、抗凍、防潮、阻燃、耐腐蝕。金屬戶外房由三層材料組成，外殼為不銹鋼板、內層為鍍鋅板、中間

25、為隔熱層。外殼不銹鋼板厚度不小于2mm，有足夠的機械和耐火強度，具備防銹、防腐和免維護。外殼門內側有椼梁支撐，頂蓋有排水傾角。外殼的門板及邊屏采用噴塑及烤漆工藝。 3.11 低壓室的選擇低壓室主要用于電氣二次回路測量及控制元器件的安裝，低壓室門可安裝電流表、電壓表、繼保裝置、多功能表、信號繼電器、故障指示器、指示燈、連接片等，低壓室內可安裝端子、接觸器、繼電器、電度表等。低壓室的外形尺寸應根據(jù)開關柜的使用場合及二次電氣元件的數(shù)量類型來選擇，例如：LMG/LCG-12開關柜有150,200,350,450,650（單位mm）五種高度的低壓室。如果開關柜用于戶外房，因其空間狹小，應選擇150和20

26、0的低壓室。如果開關柜用于箱變，可選擇350高度的低壓室。如果開關柜用于戶內開閉所，可根據(jù)現(xiàn)場條件和柜體功能來選擇低壓室。如二次回路的元器件較少，可采用150或200高度，如元器件較多，需裝繼保裝置等，應采用350或450高度。650高度的低壓室因其高度高，重心高，操作不便，不推薦選用，一般只在二次元器件數(shù)量極多的情況下采用。 3.12 其他附件的選配如果用戶對供電可靠性有更高的要求，可選配不間斷電源UPS或充電器加鉛酸蓄電池，沿海地區(qū)的開關柜還可加裝溫濕度控制器，可自動控制除濕加溫，保持柜內干燥，以免受潮，影響電氣特性。3.13 柜型的不同組合和方案設計SF6全絕緣開關柜可以任意組合，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：如 CFC；C+CPT+V2等方案。2、戶外房方案：如 CCCC；CCC+CC；CCF+F等方案。3、戶內開閉所方案： （