12kV智能型SF6气体绝缘环网柜的设计与研究

王怀平 林允缪

摘 要：随着国内城市电网建设与改造的加快，高压进入市区，直接深入负荷中心，环网供电成为解决城市负荷密度增加而呈现的必然结果。环网供电是在不同的变电所或同一变电所的不同母线的两回或多回馈线。相互之间连接成一个环路进行供电的方式。这需要在环网中连接大量配电开关设备，这使得城市电网对环网开关设备硬件的需求也越来越大。绝缘环网柜的需求也越来越大。

关键词：气体绝缘环网柜;智能型;SF6

1 引言

随着城市电网用户对供电稳定性和可靠性的要求越来越高，为尽可能减小系统检修和故障停电对城市生产生活造成的影响，原采用放射式或树干式的配电形式已逐渐被环网供电方式代替。随着技术和工艺的改进与提升，作为环网供电主设备的环网柜也不断改良并推陈出新。目前，市场主流产品是 SF6 气体绝缘环网柜。本文主要结合SF6气体绝缘环网柜进行设计和研究工作的分析。

2 12kV智能型SF6气体绝缘环网柜的特点及优势

气体绝缘环网柜采用性能优异的SF6绝缘气体，大大提高绝缘性能;结构紧凑，占地面积小，有利于小型化发展;采用了SF6气体，有效地提高了灭弧能力，采用全封闭式结构，开关核心部件不受外界环境的影响，采用免维护产品结构、大大减少了维护工作，降低了维护成本。

近年随着配网自动化的快速发展，对环网开关设备智能化也提出了更高要求，现在配网系统中应用的环网开关设备一般与DTU配电站所终端配合使用，共同实现了“遥信、遥测、遥控”等三遥功能，初步满足了配网自动化需求。因环网开关设备和DTU都是分批招投标，在实际应用过程中，容易存在一二次设备不匹配的问题，给今后运维检修带来很多困难。另外，配网线路损耗管理还处于粗放式的，没有按“分区、分压、分元件、分台区”等进行线损精益化管理，这也与国外配网自动化水平存在较大差距。

正是基于这些问题，2016年5月国家电网运维部提出一二次融合概念，2017年5月全国电力系统管理及其信息交换标委会成立专项工作小组开始研究一二次融合技术方案，并按两个阶段分步执行：第一阶段为配电设备的一二次成套阶段;第二阶段为配电设备的一二次深度融合阶段。

目前国内部分设备厂家已完成第一阶段的研发和试验，国家电网公司在山东、江苏等多个省份已试点推广一二次融合成套化设备的招标应用。第二阶段的一二次深度融合设备还在研发和试验过程中。

因此，从电力设施发展的经验和趋势来看，与物联网结合的智能化、信息化环网柜设备是大势所趋。标准化的功能性结构，设计合理、稳定可靠的机械结构配以高度智能化和信息化的控制模块和传输部件，是环网开关柜等配电设施发展的方向。

3 12kV智能型SF6气体绝缘环网柜的设计与应用

我国目前已确定分三个阶段推进坚强智能电网的建设，在三个阶段里总投资预计将超过4万亿。2011年至2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用;2016年至2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。而环网开关设备是中压配电网中的重要组成部分，智能型环网开关设备更是顺应国家建设坚强智能电网的号召，是城市电网的未来发展趋势。

近年来，随着我国城市电网建设和改造、轨道交通以及大型工矿企业等对开关设备提出了小型化、智能化、免维护等新的更高要求，高性能、高品质的充气柜在国内的需求越来越大。

与其他类型的充气柜相比，本产品具有智能化的特点——可以实现环网开关设备运行状态的监测、实现对线路故障状态的监测与诊断，并可以通过数字通信方式实现远端的监测、控制与保护;维护量小——高压带电体整体密封，高压绝缘不受大气环境影响，不易老化;电接触点不会腐蚀，绝缘和载流可靠性高，高压部分终生免维护;能耗更低——开关柜主回路电阻低，载流能力最高，长期运行节约能耗;高模块化——灵活组合，拼接方便，用户在现场不需处理气体等复杂操作;运维检修方便——环网开关设备和二次设备采用即插即用的标准化接口，更换产品方便简单。

智能环网开关设备物联网研究方案：环网开关柜物联网系统结构计划分为四层来构建，如图所示。

第1层，主要是国家电力、安监等其他部门，这些国家部门可以通过以太网网络，根据各自的权限调取各单位管理层的电力系统数据库服务器。电力部门可以获取耗电量、各时期电量数据，为电力设施及电力的布局提供更精确的数据;安监部门可以获取电力系统的安全数据、维护数据及报警信息，尽最大能力协助个责任单位安全管理各大型环网开关柜的工作。

第2层，单位管理层，该层可以通过以太网网络调取所管辖的各个本地监控室的环网开关柜数据库服务器，获取耗电量、各时期电量数据，开关柜的的安全数据、维护数据及报警信息，也可以掌握相关负责人的工作状态。

第3层，本地监控室，如果环网开关柜离本地监控室距离较近，可以通过以太网局域网或获取所管辖的各个环网开关柜的常规电量参数，安全参数，如果距离远或不易配置以太网网络，可以通过2G/4G网络的无线数据传输模块，将数据实时传输到本地监控室。

第4层，环网开关柜，在实时将DTU的基本数据上传的同时还可以选配各类型智能传感器。如：

（1）配置绝缘气体传感器，感应绝缘气体的浓度、压力，提前感知泄漏的故障;

（2）配置智能温度传感器，感应环网柜电缆头连接部位的温度，防止温度过高引起的电缆头加速老化，甚至烧毁，可以将报警信号传递给值班室或更高管理层，可以提早发现电缆头的安全隐患;

（3）配置智能湿度传感器，感应环网柜仪表室和电缆室的湿度情况，以防止因环网柜内的湿度过高而导致二次元器件误动的发生，可以将报警信号传递给值班室或更高管理层，也可以选择控制除湿器执行器工作;

（4）配置智能局部放电监测传感器，能实时显示各个监测点局部放电幅值、频次、确定放电点相对位置，必要时给出报警，及时发现环网柜的绝缘缺陷，并为评估其绝缘水平及老化程度提供判据，为环网柜的检修工作提供依据。

4 结语

智能型SF6气体绝缘环网柜仍将以其多样性和髙增长速度在我国各地的电网中发挥着越来越重要的作用，与此同时，这也对SF6气体絕缘环网柜从安全、质量、性能、寿命等方面提出了更广泛更严格的要求。

参考文献

[1]陈熙.SF6气体绝缘环网柜关键技术的研究与应用[D].华北电力大学，2013.

[2]孙立成，田三巧.新型SF6气体绝缘环网柜[J].电工电气，2002（1）：16-18.