10kV中压开关柜在建筑行业中的应用现状与发展

王 晖, 彭建光

法乐绮电气(上海)有限公司 上海 201415

10kV中压开关柜在建筑行业中的应用现状与发展

王 晖, 彭建光

法乐绮电气(上海)有限公司 上海 201415

介绍了10kV中压开关柜在建筑行业中的应用现状，分析了常用的10kV中压柜的特点，并将450系列中压柜与常用中压柜进行了比较。450系列中压柜成本相对较高，且具有小型化、可靠性高、运行稳定等特点，目前已应用在多个项目中，取得了良好的应用效果。

高压开关柜； 建筑行业； 应用； 发展

1 10kV中压开关柜在建筑行业中的应用现状

随着中国房地产行业的迅速发展，各大中心城市的土地资源越来越少。与此同时，在建筑行业，配电设计对空间和可靠性的要求越来越高。尤其是在寸土寸金的大城市，由于土地和空间资源的限制，小型化配电房的需求近些年越来越多。一些城市的电力主管部门出台了文件和指导意见，推荐小型化配电房设计方案，如上海市电力公司2014年就曾发布技术导则，明确外环线内优先采用小型化设计方案。

1.1 低压领域

一般情况下，在国内建筑行业，用户的供配电电压等级主要是中压35kV、10kV和低压400V。在低压配电领域，传统的GCK、GGD、GCS、MNS等型号低压开关柜适用性好，且经济、可靠、安全[1-3]，已经被实践认可，能较好地满足用户需求。一些国外大公司通过大密度安装来达到低压柜整体小型化的目的，或多或少存在设计和安全缺陷，而且价格高、散热不佳、可靠性差、维护困难，实际运行成本也不低，并不被电力主管部门和行业内的设计人员所认可。针对类似一般住宅这样的三级负荷，供电部门往往推荐简单可靠且成本较低的GGD等型号。另一方面，低压元器件已很难有革命性的突破，因此在低压配电领域，当前不具备进一步小型化设计的相关条件。

1.2 传统中压开关柜

在10kV中压开关柜领域，由于电压等级高，空气的绝缘距离要求也高，加之国标在一些方面还高于国际电工委员会(IEC)标准，因此10kV普通空气绝缘中压柜普遍为大尺寸，配电房占地面积大，所占用的土地资源较多。传统的10kV中压柜，如GG1A、XGN2-12、JYN10等型号，因防护性、可靠性或安全性方面存在薄弱环节，加之占地面积大，已经被逐步淘汰出电力配电领域。最近几年，KYN28A-12通用型10kV空气绝缘铠装式中压柜大量应用于包括电力、石化、建筑等在内的多个行业，其技术先进，产品成熟可靠，性价比较高。但另一方面，KYN28型中压柜尺寸仍然较大，尽管采用了技术成熟可靠的抽出式手车真空断路器替代油断路器，但是柜体体积和占地面积并无显著变化[4-6]。体积小巧的普通空气绝缘环网柜，由于只配置负荷开关配合熔断器保护变压器，一般只能用于终端容量不大于800kVA的三级负荷用电场所，尽管也出现了不少改进柜型，但由于容量小、柜型简单，也无法应用于高质量大容量及供电要求严格的场合。

1.3 气体绝缘柜

随着科技的发展，原本用于110kV及以上电压等级的SF6气体绝缘技术被应用到中压领域，产生了气体绝缘柜，即GIS柜[7]。GIS柜体积较小，不受高原和污染环境影响，已经发展到第三代产品——中压C-GIS三相共箱式气体绝缘现场不充气开关柜[8]。目前，中国市场上常见的中压气体绝缘柜产品主要有ABB的ZV2、ZX、SafeRing、SafePlus型，西门子的8DA、B10、NXPLUS C、8DJH、SIMOSEC型，施耐德的SM6、RM6型等，这些产品一般采用固定式真空断路器，隔离开关采用三位置工作方式，隔离开关和接地开关合一，操作程序比较特殊。

由于中压柜小型化设计可以大幅减小配电房面积，直接减少土地资源的占用，进而产生较大的经济效益，给用户提供更多空间和价值，因此当前建筑配电设计中采用小型化中压柜的设计原来越多。另一方面，城市电网改造和用户配电改造时一般都要求增加配电容量和柜数量，在土地及其相关资源有限的情况下，采用小型化设计也是必然的选择。

1.4 固体绝缘柜

环氧树脂固体绝缘开关柜，简称固体绝缘柜，大多采用环氧树脂自动压凝胶成型技术对真空灭弧室进行浇注固封，母线绝缘部分采用硅橡胶实现全绝缘密封，且免维护，可用于有污染的环境[9-10]。这一类型中压柜体积小，技术和环保优于气体绝缘柜，是目前新兴的一种产品，国家也正在制订这类产品的相关标准。

1.5 上海市电力公司相关导则

在《国网上海市电力公司非居民电力用户业扩工程技术导则(2014版)》[11]和《国网上海市电力公司新建住宅区供电配套工程技术导则(2014版)》[12]中有如下表述： 上海市外环线以内优先采用小型化站型方案，外环线以外优先采用通用站型方案。

两个导则对10kV中压柜体积参数也作了规定： 通用型空气绝缘开关柜为800mm×1500mm×2200mm，小型化空气绝缘开关柜为550mm×1340mm×2200mm，小型化气体绝缘开关柜为500mm×1050mm×2250mm、600mm×1000mm×2325mm或600mm×1100mm×2250mm。

2 常用10kV中压开关柜的特点

普通空气绝缘环网柜，柜内元件之间采用空气绝缘，体积小，结构简单，成本相对较低，维护方便，性能可靠。这类中压柜一般依靠高压熔断器和负荷开关进行保护和分断操作，所以只能用于供电要求等级不高的一般场所。

气体绝缘柜，密封的柜内充满SF6绝缘气体，元件之间距离可大幅度缩短，所以中压柜的体积也相应减小。这类中压柜的最大优点是能用于高原地区和环境比较恶劣的场所，缺点是在生产、运输、使用中无法避免漏气问题，需要进行监测。如果漏气后压力不足正常值的40%，会导致绝缘失效。此外，SF6气体还会对人体造成危害，并且是温室效应的主要元凶之一。正因为SF6气体存在诸多缺点，不用或少用SF6气体将是发展的趋势。目前国内一些地区已禁止在10kV配电系统中使用SF6产品，上海市供电部门也已经明确规定限制使用SF6气体绝缘柜。

固体绝缘柜的主要材料是环氧树脂，环氧树脂有良好的粘接性，机械强度高，电气绝缘性能优良，但其缺点也相当明显： 脆性大，抗开裂性能差，产品浇注后容易开裂。此外，固体绝缘柜依靠环氧树脂材料和硅橡胶材料等将元器件固封在柜体内，元器件之间的距离较短，柜体尺寸较小，导致散热差。目前国内有三十多家厂商生产固体绝缘柜，但由于缺少相关标准，造成工艺和技术参差不齐，这也是一个客观存在的问题。

小型空气绝缘柜采用抽出式手车，功能齐全，尺寸相对较小，并符合环保要求，目前在建筑行业中应用广泛，缺点是价格较高。

3 新型小型化10kV中压开关柜

2015年4月，450系列新型小型空气绝缘10kV 中压柜问世。这一系列产品包括KYN450-12型铠装手车抽出式、XGN450-12型箱型固定式和XGN450Y-12型完整抽出式。产品尺寸小巧，维护简单，符合高可靠性、小型化和环保的要求。

将450系列中压柜与目前常用的10kV中压柜进行比较，如表1所示。

表1 450系列中压柜与常用10kV中压柜的比较

型号体积/(mm×mm×mm)额定电流/A最大分断能力/kA特点YN28A-12通用系列800×500×200630～125031.5通用产品,可用于大电流一次和二次系统配电,低碳环保ABBUnigear550系列550×1340×2200或550×1390×2200630～200031.5可用于中压一次和二次系统配电,低碳环保XGN450-12450×1000×2000(固定式)及500×1000×2000(抽出式)630～160031.5可用于中压一次和二次系统配电,低碳环保KYN450-12460×1100×2200630～160031.5可用于中压一次和二次系统配电,低碳环保

从表1比较可以看出，450系列中压柜的尺寸比目前市场上广泛使用的中压柜要小，适应面更广，额定电流630～1600A、最大分断能力31.5kA符合相关标准，完全可以满足建筑电气行业用户端中压一次和二次系统配电的要求。此外，450系列中的手车抽出式中压柜具备高可靠性和维护简单的优点，可以另行配置综合保护和监测装置，符合智能配电的需求。可见，450系列中压柜在建筑行业中的适用性好，技术优势较明显。

450系列中压柜的占地面积仅为0.45～0.51m2，适用于老旧项目改造、商业地产、住宅小区、市政工程、地下交通运输和海上钻井平台等的变配电工程。简单估算，应用这一系列中压柜可节省配电房综合造价30%。以2014年全年所需10万套中压柜为基准进行计算，如果均使用450系列柜，每台所需铜材比普通中压柜节约65%，即20kg左右；每台所需钢材比普通中压柜节约60%，即60kg左右。这样，全年可节约铜材2000t、钢材6000t，以1t铜材30000元、1t钢材2500～3500元计，全年可节省铜材费用600万元、钢材费用1500万～2100万元。如果1年减少10000台气体绝缘柜的使用量，还可减少约22t 的SF6气体排放量。

450系列中压柜的核心配套元件——互感器、隔离开关、真空断路器等均采用小型化设计，具有多项专利技术，包括VR1-12型空气绝缘小型化真空断路器等。柜内设计时有效利用了前后纵深空间，减少了不必要的走线和交叉连接，操动机构为小型一体化高精度自润滑设计，能用于寒冷环境中，机械寿命超过3万次。由于空气绝缘距离优于国家标准，没有依靠复合绝缘技术缩短元件之间的绝缘距离，柜内交叉连接较少，电场均匀，运行稳定。

4 450系列中压开关柜的应用

450系列中压柜目前已用于银行、热电厂、铁路、医院、市政工程、钢铁厂、房地产等的变配电改造项目，包括中国银行河北分行、武汉铁路局汉口供电段、大唐绥化热电厂、上海闵行污水处理厂、合肥庐江人民医院、山东齐鲁制药公司、安徽宣城军天湖监狱等，并为地方电力部门配套提供专门产品，如2015年5月为广东省电力部门定制小型化中压柜产品。450系列中压柜得到了用户的一致认可。

5 结论

目前在10kV中压领域，传统中压开关柜和气体绝缘柜应用广泛，固体绝缘柜也受到关注。与这些设备相比，450系列新型中压开关柜具有小型化、可靠性高、运行稳定、符合环保要求等优点，且已在全国各地多个项目中应用，取得了良好的效果。

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[11] 国网上海市电力公司.国网上海市电力公司非居民电力用户业扩工程技术导则(2014版)[Z].

[12] 国网上海市电力公司.国网上海市电力公司新建住宅区供电配套工程技术导则(2014版)[Z].

An introduction was given on current application of 10kV medium voltage switchgear panel in the construction industry with an analysis on the characteristics of 10kV medium voltage switchgear panel in common use and a comparison between 450 series medium voltage switchgear panel and medium voltage switchgear panel in common use. Although 450 series medium voltage switchgear panel has relatively large costs, but owing to its small size, high reliability, stable operation and other characteristics, it has been applied in a number of projects with sound effect.

HV Switchgear Panel； Construction Industry； Application； Development

2016年3月

王晖(1969— )，男，本科，工程师，主要从事电压设备研发工作， E-mail： chshwh@163.com

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