中压环网柜的发展

1、中压环网柜的发展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。1 前言随着国内城市 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。 配电电压从以前的 380V 提升到 10kV ，进而从 l0kV 上升到 20kV 。全国供用电规程规定，凡送电容量超过 160kVA，或用电容量超 过250kW，则要求上高压。随着城市高楼大厦的崛起，生活小区的 形成以及生产的集团化和规模化， 需要高压送电给负荷中心。 有关资 料显示，如果将电压从380V提高到万伏级(10

2、kV)，可以减少线路损 耗 60，又可减少用铜量及总投资 52，技术效益相当可观。环网柜属二次配电设备。 二次配电设备是指将高压 变压器 受电的 一次配电设备的电能进行再分配的中压开关设备。 二次配电设备基础 元件为负荷开关和限流熔断器， 不但经济， 而且保护特性好 (如限流 熔断器保护 变压器 )。我国传统二次配电设备是用断路器，不但价格 贵，保护性也不好。改革开放后，从珠江三角洲开始，引进的以负荷 开关和熔断器为基础的二次配电设备已日益深入人心。 我国中压断路 器与负荷开关（含接触器）比例已由1980年前的10: 1,降为2003年 的 2.1： 1，这是我国二次配电设备政策的革命性变化。

3、 但与国外相比， 我国断路器与负荷开关之比相去甚远，国外 （如德国、日本等 ）断路器 与负荷开关之比为1: 56,而我国现未达到1: 1,要达到1: 56 还要付出巨大努力。2 环网柜发展趋势在城乡 电网改造和建设中,推行环网供电,即用电缆、走地下、 呈环路,可以减少供电的中断,同时大大减少临时性的故障。因而, 这种环网供电单元 （环网柜 ）应运而生。环网柜英文叫环网供电单元 （RMU ）,它因城市推行环网供电而 问世。在国外上世纪 80年代初就已推出环网柜。此后世界高压开关 制造商纷纷推出自己的环网柜。 今天在中国市场上的环网柜, 有国外 及合资企业的产品,也有国内研制的产品。我国目前的中压

4、配电电压为 IOkV，近年来，由于 电力负荷的急 剧增加,尤其城市生活用电和乡镇企业用电迅速增长, 10kV 配电电 压已不能满足城乡经济发展的需要。 这从国网公司推广 20kV 配电电 压等级中可以看出。去年,根据国家 电网公司“关于推广 20kV 电压 等级的通知 ”的精神, 20kV 电压等级很快升温。江苏省率先在省内13 个市推广 20kV 电压等级试点供电项目。早在 l993 年，苏州新加 坡工业园区在中国第一个采用 20kV 电压供电。 而目前我国中压配 电 网基本以 10kV 为主。随着经济的快速增长， 特别是在经济发达地区， 现有 10kV 配电系统容量小、损耗大等问题日益突出

5、，已经很难承受 急剧增长的用电负荷。与传统的 10kV 配电网相比， 20kV 配电网 不 但可以增加供电能力，加长供电距离、节约电能、降低75的 电力损耗，还具有显著的环保效益。据测算，输送同等功率 20kV 供电线路的有色金属耗量可减少50%,节约建设投资约40%。20kV等级早已列入国际电工委员会标 准（ IEC38 一 1983）中，已被数十个国家和地区采用，我国与 1993 年将24kV配电电压列入 GBI56?93标准中。20kV 配电电压的推广,将给高压开关制造带来很大的商机。24kV环网供电单元（环网柜）必然走俏。女口 ABB于2008年11月宣布 为江苏省泰州市靖江地区的 2

6、4kV配电网提供24kVSafe系列充气环 网柜。这是ABB继 佃93年中标中国第一个24kV供电项目？?苏州新 加坡工业园区后,第二次参与国内 20kV 供电项目的建设。国外制造商早就制造有 24kV环网柜，如西门子、ABB等80年 代初就推出 12/24kV 环网柜。这是由于国外许多国家和地区以 24kV 作为中压配电的主电压。如欧美的美、法、英、德、意、独联体；亚洲的日本、新加坡、印度、韩国 、越南、老挝、缅甸、印尼、孟加 拉、伊朗；非洲的埃及、 赞比亚、安哥拉等国。 因此对国内企业来说， 急切需要开发和生产 24kV 环网柜，这不仅是国内市场的需要，也是 国际市场的需要，应抓住这一商机

7、。3 国内环网柜的生产现状我国 1998 年实施城乡 电网建设与改造，由于高压直接进人市区， 深入负荷中心， 推行环网供电， 这就加速了环网柜的研发与生产。 于 是环网柜特别是 12kV 环网柜产量剧增。根据高压开关行业协会统计， 2003年 12kV 环网柜产量为 9265台，而 2006年产量达 87955台，几 乎为 2003年的 10 倍，而这仅仅过了 3年。 2006年的 87955台相比 2005年的69445台，增加18510台，增长率为27%。生产环网柜的 企业多达 1 33家。产量 3000台以上的企业有 5家，分别为亚洲 电力 设备（深圳）有限公司（ 12380 台）、宁波

8、天安（集团）股份有限公 司（8957 台）、苏州阿海珐开关有限公司（ 4675台）、上海天灵开关 厂（3698台）、北京科锐配电 自动化股份有限公司（ 3150台），这些 企业产量合计占行业总量的 37%。而 40.5kV 环网柜仅 84台， 24kV 环网柜产量空缺。在国网公司推广 24kV 电压等级的今天，必须加快 24kV 环网柜的生产。环网柜有空气绝缘柜和气体绝缘柜。 在这两种柜中， 气体绝缘柜 用的最多，成为主导产品。气体绝缘柜主要是 SF6 环网柜。 SF6 环 网柜因利用绝缘性能优异的 SF6 气体绝缘，故整个柜子不受外部环 境的影响，同时SF6气体的绝缘性能是空气的三倍，因而

9、SF6环网 柜体积小，占地面积少，备受用户的青睐。4环网柜的结构环网柜是因高压直接进入市区， 深入负荷中心，形成“高压受电 ? 变压器降压?低压配电 ”的供电格局而兴起。环网柜一般由三间隔组 成：即两个环缆进出线间隔和一个 变压器 间隔。在这里， 高压开关面 临对变压器 故障时的保护问题。对 变压器 的保护，一般有两个途径： 一是利用断路器； 另一个是利用负荷开关 +限流熔断器。 但实践证明， 后者保护效果更好。其原因主要是负荷开关 +限流熔断器能保护故障 时的变压器 ，这早已被国外做的短路试验所证实。 这里保护的 变压器 一般为小容量 变压器。当变压器内部发生故障时， 为使变压器 油箱不 爆

10、炸，必须在20ms内切除故障。这时若用断路器来切除故障，断路 器的全开断时间由三部分组成：继电保护时间 +固有分闸时间 +燃弧 时间，一般需要三周波（60mms）,因此断路器因动作时间长，难以 在 20ms 内有效保护 变压器。而限流熔断器有速断功能，能在 l0ms 内切除故障， 并与负荷开关联动， 令负荷开关三相动作， 有效保护 变 压器。这就是环网柜普遍使用负荷开关 +限流熔断器的最主要原因。在负荷开关 +限流熔断器组合电器中，对负荷开关提出比一般负 荷开关更高的要求。 它必须能够开断远大于其额定电流的转移电流和 交接电流。现代负荷开关有两个明显的特点： 一是三工位，即合一分一接地， 完成

11、开断、 隔离和接地任务； 二是灭弧与载流分开。 灭弧系统专门灭 弧，不承受动热稳定电流， 而载流部分专门承载正常电流， 不参与灭 弧。负荷开关在结构上有多种多样， 其中油负荷开关与磁吹负荷开关 已被淘汰。目前，负荷开关主要有以下 4 种：产气式、压气式、真空 式、SF6式。而这4种中，从使用的情况看明显趋于 SF6式。SF6 式负荷开关有了很大发展，这主要表现在如下方面： （ 1）灭 弧方法更加丰富， 除了原先用得多的压气式， 最新出现了灭弧栅式和 旋弧式，这使灭弧更加简单， 不像压气式那样需由操动机构提供压缩 功；（ 2）壳体原先多为浇铸树脂壳体，现又出现了不锈钢壳体。不锈 钢壳体强度大、且

12、可接地，更加安全； （3）原先 SF6 负荷开关模块 中将母线外露， 现有的已装入气室内， 不会触电，增加了安全感；（ 4） 原 SF6 负荷开关的动刀位置主要靠指示，现在壳体内设有大视窗， 可直接观察到动刀位置，更直观。这些特点在 ABB 负荷开关中可明 显看出。ABB负荷开关经历了 SFL 一 SFG?Safering。其中SFL为 浇注树脂壳体，回转压气式； SFG 型为浇注树脂壳体，灭弧栅灭弧， 设有大视窗，Safering型环网柜内SF6负荷开关为不锈钢壳体，开有 大视窗，用灭弧栅灭弧，母线置于气室内。环网柜的绝缘有用空气绝缘和气体绝缘。而以SF6 绝缘的环网柜成为主流产品。国外打入

13、中国市场的环网柜多是SF6 环网柜。这些产品在 2002年 11月 13日至 l6 日在北京举行第系列、 8DH 系列和 SIMOSEC 型，ABB 的 RGC 型、Uniswitch 型、SFG 型及 Safering 型和Safeplus型，Schneider公司的RM6和SM6型，葡萄牙易发公 司的 Normofix 型,VEI 公司的 UNIFLUORC 型，Areva 公司的 FBX、 Fluokite24 型，日本东芝的 VRM 一 1 型，德国 Drischer 公司的 MINEX 型及 ORMAZABAL 公司的 CGM 型等。除 SF6 环网柜，还有用于干燥空气绝缘的环网柜，

14、如 Eaton 的 Xiria 型环网柜，用于干燥空气绝缘，配用小型真空断路器。此柜尺 寸小且环保、安全。从中国市场上看，可将环网柜分为两种： 一种为外资和合资产品， 另为国内联合设计和自主开发的产品。联合设计的产品如 HXGN6 型、 HXGN9 型、 XGN15 型等，自主开发的产品如 HXGN1 型、 HXGN2 型、 HGN24 型、 HXGN26 型、 XGN68 型等。5典型产品介绍由以上可见，中国市场上的环网柜类型很多。 作为典型产品， 这 里介 绍 4 种 ：一 种为中 标 泰州市 靖 江地 区 20kV 配 电网 的 ABBl2/24kVSafe 系列 SF6 环网柜，另二种

15、为列入上海电器行业名优 产品汇编中新秀产品的 LMG 、LCG 系列环网柜和 ELA MINEX 系 列 SF6 环网柜，第 4 种为 Eaton 公司 Xiria （西瑞）型干燥空气绝缘 且配小型真空断路器的环网柜。目前国内外环网柜参数达到额定电压 12、24、405kV,额定电流 200, 400, 630, 1250A,额定短时耐受电流16, 20, 25kA，柜宽： 空气式多为350mm，最小210mm，空气绝缘式为 600mm左右。（1）ABB12/24kVSafe 系列环网柜2008年3月11日，ABB宣布为江苏省泰州市靖江地区的 20kV 配电网提供Safe系列充气环网柜。这是

16、ABB继1993年中标中国第 一个 20kV 供电项目 ?苏州新加坡工业园区后,二次参与国内 20kV 供电项目的建设。Safe 系列环网柜所有带电部件和开关的封闭在不锈钢壳体内,整个开关装置不受外界环境条件的影响, 从而可以确保运行可靠性及人身安全，并且实现了免维护Safe系列环网柜中，Safering为紧凑型，Safeplus为扩展型。两 者有相同的用户界面。其额定电压为 12 / 24kV，额定电流630A/ 1250A。Safe环网柜的90%95%材料可以再生利用，塑料被单独加 以标识，以利回收利用。(2) LMG、LCG系列SF6环网柜该产品被列为 2007年上海电器行业名优产品汇编

17、中新秀产品。该产品是上海天灵开关厂有限公司应用德国当代先进技术设计开发的新一代小型化 SF6环网柜。其参数做到额定电压 12?405kV。额定电流 630A2500A。LMG 系列为紧凑型，单气箱结构，用 SF6 气体绝缘， LCG 系 列为扩展型，多间隔共箱结构，用 SF6 气体绝缘。两种系列产品可 任意组合，左右可灵活扩展。该产品具有如下特点： 不受外界环境影响。所有高压带电部位全部密封在充以低压SF6 气箱内，实现全绝缘。 模块化设计。由不同模块组合实现各种主接线，实现小型化，模块化。 采用硅橡胶连接器， 方便且可靠地实现柜与柜之间机械和 电气连接。 采用全屏蔽电缆进出线。 可配用高压监

18、视元件、综合数字式继电器。 可采用无源数字式继电器。 两个回路进线单元可加装自投装量。（3）1224kVGISELA MINEX 系列 SF6 环网柜 该产品被列入 2007 年上海电器行业名优产品汇编中新秀产品。该产品是许继德理施尔 电气有限公司在引进德国德理施尔公司最新技术和工艺基础上， 使用国内外整套高精尖生产加工设备和试验设备、自行生产的新产品该产品是由不锈钢壳体制成的完全密封的完整系统。 其所有带电 部件及开关密封于不锈钢壳体内。 扩展母线完全绝缘和屏蔽， 整个开 关装置不受外部环境的影响，实现了免维护。通过选择可扩展母线， 产品还可以任意组合， 达到全模块化设计。 该产品参数做到额

19、定电压 1224kV ，额定电流 630A l250A。该产品具有如下特点：灭弧原理先进。 GISELA MINEX 系列 SF6 环网柜采用先进 的吸气活塞和去离子栅灭弧原理。 独特的双重气室。 开关的灭弧室是独立的、 密封的，因此灭弧 介质与绝缘介质独立于 SF6 气体之中。该技术的优越性在于，即使 外壳失效， 整个开关的开断能力也能得到可靠的保证， 在最大程度上 确保了设备的正常运行。体积小巧。 GISELA MINEX 系列 SF6 环网柜的负荷开关柜 宽度只有315mm,最小可做到210mm，深度只有518mm，高度仅 为 l300mm。 柜体中安装了内部故障电弧限制装置， 对人身和

20、设备提供了最 大程度的保护。该保护装置通过安装在电缆室内的自动快速接地开关 来完成。接地开关将在故障电弧产生的几毫秒内迅速动作熄弧。 该装 置具有多种优势：没有高温气体从 SF6 绝缘部分散逸，提供了最好 的人身及设备保护； 无需单独设置泄压通道， 柜体结构变得简单经济； 内部故障电弧限制装置安装在电缆室内， 可使设备损坏降至最低； 故 障排除后只需对开关柜进行检查即可继续投用。 充气压力低。气箱内用于绝缘的压力只有 0.017MPa，同体积 下使用 SF6 气量少，既经济又环保，充气后箱体也不会变形。 同一气箱的单元数量多， 一个气箱内可以做到 6 个单元，最多 可以做到 10个单元。（ 4

21、） Xiria （西瑞）型环网柜该产品由荷兰Holec公司研制成。在2003年举行的第17届国际 配电网会议上，Holec公司以其论文创新的环网供电单元设计：安 全性与适用性介绍新研制的 Holec （西瑞）型环网供电单元（环网 柜），后又在2005年第18届国际配电网会议上，该公司展出了 Xiria 型环网柜产品。Holec公司为了将它的产品打入北美市场，特别是美 国和加拿大，加入了美国 Eaton （伊顿）公司 电力部，并于2004年 在美国成立了 EatonHolec公司，现Eaton公司又将Xiria环网柜拿到中国，交给属于它的森源开关公司，本土化生产。Xiria型环网柜分l2kV和2

22、4kV,额定电流630A。其主要特点如下： 用干燥空气绝缘，不用 SF6气体； 使用小型真空断路器， 而不用三工位 SF6 负荷开关 +限流熔断 器； 终身密封设计。 一次带电元件与操动机构终身密封在钢板箱体 内，使其不受环境影响； 周全的保护和 控制。配备了新设计的和最佳化的电子保护； 最大操作安全性。 单元接地的完成， 通过真空灭弧室从工作位 置转换到断开位置，转换隔离开关到接地位置和再合上真空灭弧室。 这种接地安全，因为真空灭弧室的设计能够关合短路电流； 小型化。 这是通过优化电场、 优选绝缘材料及采用小型化真空 灭弧室达到的。例如 3单元环网柜尺寸（mm）为1100 （宽）00（深）X

23、1305 （高）； 抗内部故障电弧。 Xiria 型环网柜经受了内部故障电弧试验 其中 12kV 级通过了 20kA/s，24kV 级通过了 16kA/s。中压环网柜的特点及使用随着国家经济的发展， 城市电网负荷密度越来越大， 配电网络对可靠性的要求越来越高， 城 市电网供电方式逐步向环网型供电方式发展。 随着不断加快的电网发展步伐， 中压环网柜将 依托计算机、通信技术等向高可靠、免维护、智能化、小型化的方向发展。柜式气体绝缘金属封闭开关设备，简称C-GIS ,是高压GIS产品向中压领域拓展而形成的高新技术产品，它将一次回路主元件装在密封的金属柜体中，内充低压力的气体（目前主要是 SF6 气体

24、或其混合气体 ） 作为绝缘介质，以电缆终端作为进出线，现已逐渐发展成为中 压金属封闭开关设备的重要品种之一。C-GIS 与常规空气绝缘开关设备相比，具有不受大气环境条件影响、体积小、可靠性高等优点，在发达国家较早受到广泛应用。在国内，中压C-GIS的研制起步较晚，但经过多年的摸索，目前国内中压 C-GIS产品的技术水平已有了长足的进步。1 技术特点C-GIS 采用全进口、全密封开关柜，共气室母线。具有良好的绝缘性、密封性，全气体 保护，三工位开关柜，接地开关，连接母线，由气体保护，无带电体外露。预留配网自动化接口， 可加装原厂电动操作机构， 方便配网自动化改造。 方便更换电动 操作机构，便于远

25、程控制。采用 T 型插头连接，三相水平排列，安装方便、可扩展，可加装全密封避雷器。 箱体采用全绝缘、全密封、全防护结构。采用高可靠性全密封 SF6 负荷开关，使局部用户停电不影响主网运行。 2mm 不锈钢箱 体，能满足户外长期运行的要求。高质量的电缆插头，实现全密闭接点连接。主母线及分支母线的电流均按 630A 设计，满足 10kV 配网要求。2 中压环网柜在密云地区的使用 现在，密云城区内运行的电器设备品种繁多，一些早期安装的开关设备，运行年限长，箱体损坏较重，防水、防潮效果明显下降，内绝缘水平下降，有些开关在操作时出现粘连、 无法拔插等情况，给操作人员带来安全隐患， 更为重要的是， 早期安装的开关设备，安全性 能低， 而且没有负荷开断功能， 如需对某一条电缆