浅析开闭所环网柜应用的若干技术问题

马竹影

摘要：作者探析环网柜功能结构和运用选型要点，分析环网柜在10kV配网改造中施工和运行维护的应用。结合配电网对配电设备的要求，对开闭所环网柜应用中的一次接线、环网柜型式、五防装置、开关设备及操作电源系统的选择配置问题作了探讨。

关键词：电力网 开闭所 环网柜 负荷开关 熔断器 配置

环网柜是负荷开关柜和组合电器柜应用于环网供应单元的通称，应用现代电子技术与传感技术，将10kV开关柜，断路器，负荷开关，TA、TV及计量仪表等装置于一体，使城网一二次系统的集成化与装配模块化，实现电力设备的监测、保护、控制、计量，达到优化管理。提高电网运行的水平及可靠性，随着城市配电网的发展，对设备的要求不断提高，经历了不同时期与不同类型的发展。其中以10kV环网柜为基础的开闭所，由于其经济、便捷、高效的优势，在城市配网中发挥着越来越大的作用。本文总结我局近年来的应用经验，结合实际，对开闭所环网柜应用中的若干技术问题作如下探讨，供读者参考。

环网柜的组成及性能指标，10kV户外箱式环网柜，又称环网供电单元（简称环网柜），每个环网供电单元由3～6路开关共箱组成，接线方式灵活多样，可以满足不同配电网络节点的需求。由于开关装置和硬母线密闭在同一个不锈钢金属外壳内，采用SF6作为灭弧介质和绝缘介质，开关采用三相联动的三工位SF6负荷开关或断路器，其额定电流可达1250A，短时耐受电流可达25kA/3S。由于这种特殊的排列结构，环网柜具有如下特点：户外型、全绝缘、全密封结构，能适应任何恶劣环境;体积小、结构轻、结构紧凑，占地小;安装简单，操作方便，安全可靠、免维护;具有电动和手动操作机构，配FTU后即可实现配电自动化。由于它体积小、技术指标先进，完全可以取代常规的开闭所，从而减少占地面积和缩短出线电缆长度，降低整体造价和维护费用，因而广泛应用于旧城区线路改造、街道、居民区、繁华商业中心等。

1一次主接线选择

开闭所要求一次接线简单清晰，采用单母线或者单母线分段接线。当采用单母线分段接线时，2路电源进线取于不同变电站或者同一变电站的不同母线段，6～10路出线，如此接线简单，运行维护方便。如负荷较集中但超出单个开闭所的供电范围的居民小区，需多个分散的开闭所供电，这类开闭所以设计为“手拉手”接线为优，“放射状”接线（即单电缆环网联结，开环运行）方式为次，其优点是：遇故障时，甩开故障点，可用环网恢复供电，提高供电可靠性。

2环网柜的选型

按照开关型式来分，国内环网柜主要有产气式、压气式、真空和SF6等4种。产气式和压气式环网柜由于存在开断负荷时弧光外露，电寿命较低，检修维护工作量大，可靠性不高等缺陷，一般不被采用。真空环网柜具有负荷开关操作功率小，开断转移电流大，容易实现操作等优点而被广泛采用。SF6环网柜开断和绝缘性能优异，操作过电压低，操作功率小，是一种全封闭、全绝缘、免维护的产品。由于其性能优良、运行可靠、体积小等优点而受供电部门和用户的普遍欢迎。小型化智能箱式开闭所的开关柜推荐选用进口的SF6开关柜，比如施耐德、ABB、西门子等公司的负荷开关柜。这些产品的可靠性高、体积小、免维护周期在20a以上。以施耐德SM6环网柜为例，此柜是可扩展模块组合式金属密封SF6开关柜。开关具有闭合—断开—接地3种位置并具有闭锁功能。模拟母线能可靠地显示开关的闭合、断开及接地3种位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上，简化了操作;并有明显的带电指示器;柜内可配置电流互感器、继电器、跳闸线圈等，满足自动化及计量要求;开关柜与电缆的连接无须使用电缆头。

3“五防”装置

开闭所环网柜“五防”是指防止误分、合开关，防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂（合）接地线（开关），防止带接地线（开关）合断路器（隔离开关），防止误入带电间隔等五项措施。现有的环网柜内负荷开关一般有2种结构：①只有合、分功能的二工位负荷开关 ②具有三工位的负荷开关。产气式、压气式及真空负荷开关以二工位居多，而SF6负荷开关以三工位为多。这类负荷开关用于馈电回路时优势非常明显。接地工位提供了很好的安全措施。可以满足“五防”要求。对防止带电合接地开关（或挂接地线），通过负荷开关与接地开关的联锁来实现，具有当负荷开关断开，出线侧无电时，才可操作接地开关。电缆室门板与接地开关之间设有闭锁装置，只有接地开关闭合时才能打开门板，反之，只有门板闭合时才允许打开接地开关。

4进出线开关设备的选用

环网柜开关保护设备选择一般有两种途径：一是利用断路器，另一种是用负荷开关。断路器既可断开正常负荷电流也可断开短路电流。负荷开关一般用于开断正常工作电流。即负荷电流，但它与熔断器配合使用时，则具有一定的开断短路电流能力。

5操作电源配置

在开闭所中，由于开关柜数量较少，线路结构简单，多为单回路或双回路进线，基本上没有所用电源或外电源，这给开关操作电源的选取带来一定困难。目前，主要由以下几种供电方式：TV供电方式、DC供电方式、UPS供电方式。

（1）TV供电方式主要是利用TV向操作回路提供电源。一种方法是直接利用TV提供100V操作电源;另一种方式是由TV经中间变压器提供220V操作电源。当进线柜要承担电能计量功能时，由于计量用TA或TV必须使用独立的二次线圈，如果计量和操作回路分别使用一组TV，则很难装在一台高压开关柜中，对于这种情况，往往对TV二次侧采用双绕组的方式，一组精度为0.2级的绕组用于计量，另一组大容量绕组用于提供操作电源。因此，如果操作回路中有整流器件，将产生谐波并耦合到计量回路中，对计量精度产生影响。此外，对于TV供电方式，当高压母线或进线发生两相或三相短路时，电压互感器安装处的残压非常低，二次电压下降到低于断路器分闸线圈最低动作电压，若采用微机保护，将使保护设备不能正常工作。

（2）DC供电方式是采用蓄电池通过直流电源屏向操作回路提供电源。系统正常运行时，由整流回路或高频开关电源提供直流操作电源。交流失电时，由蓄电池经稳压回路提供直流操作电源。直流电源可靠性好但造价高，开闭所由于结构紧凑，放置直流屏也很困难。

（3）UPS供电方式是低压系统交流电源通过UPS向操作回路供电。当系统发生故障时，UPS通过将蓄电池的直流电逆变成交流电不间断地向操作回路和保护设备供电。高压电源正常时，由低压电源向操作回路供电，系统失电或故障时由UPS供电。UPS供电，操作电源不受高压母线电压的影响，可避免TV供电方式时出线的计量问题和保护拒动现象。

总之，开关操作电源采用TV供电方式，虽然不需要在高压柜以外增加設备，但对电能计量和保护回路都有潜在的影响，在工程设计时应尽量避免使用TV供电方式。DC供电方式和UPS供电方式没有对高压电源的依赖性，对计量和保护没有影响并具有很高的可靠性。对于有条件的开闭所可优先选择操作电源采用DC供电。如果从节省工程造价角度出发可选用UPS供电方式也完全可以满足可靠性的要求。

6结语

近年来，国家投入巨额资金进行城乡电网建设与改造，然而旧城区配电线路的改造却成为棘手的问题。旧城区配电线路建设年代较早，建设标准与现代需求相比相对较低下，设备老化严重，迫切要求对原有电力线路进行改造。但受架空线路走廊和景观要求限制，很多的电力线路需改造为电缆线路，狭小的街巷缺乏开闭所作为负荷分配的转供点，而10kV户外箱式环网柜能在配电节点中起着分支、分段、联络的功能，在城市电网改造中得到了广泛的应用，在开闭所环网柜设计选型时，只有根据实际要求制定适当的方案，才能在保证安全可靠的前提下，提高经济性。

参考文献：

[1]林功平.配电网馈线自动化技术及其应用[J].电力系统自动化，1998（4）：64-68.

辽宁省市场监督管理局 辽宁沈阳 110031