中压环网柜的发展解读

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10kV上升到20kVo 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(10kV),可以减少线路损 耗60%

2、,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。但与国外相比, 我国断路器与负荷开关之比相去甚远，国外

3、（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。我国目前的中压配电电压为10kV,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

4、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1993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，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7

5、5%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 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GB156793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。如ABB于2008年11月宣布 为江苏省泰州市靖江地区的24kV配电网提供24kVSafe系列充气环 网柜。这是ABB继1993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

6、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。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，由于高压直接进入市区, 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

7、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133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）、宁波天安（集团）股份有限公 司（8957台）、苏州阿海珠开关有限公司（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

8、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

9、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10ms 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

10、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

11、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 - SFG?Saferingo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

12、, 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16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Safephis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

13、的VRM - 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，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

14、地区20kV配电网的 ABB12/24kVSafe系列SF6环网柜，另二种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、40.5kV,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

15、的20kV 配电网提供Safe系列充气环网柜。这是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，Safephis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

16、为2007年上海电器行业名优产品汇编中新秀产品。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?40.5kVe 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

17、配用高压监视元件、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) 12 / 24kVGISELA / 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

18、额定电压 12 / 24kV,额定电流 630A / 1250A。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 1300mm o柜体中安装了内部故障电弧限制装置,对人身和设备提供了最 大程

19、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) Xiria （西瑞）型环网柜该产品由荷兰Hole

20、c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12kV和24kV,额定电流630Ao其主要特点如 下：用干燥空气绝

21、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）x600（深）X1305 （揄;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

22、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

23、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，如需对某一条电缆停电时，须停上一级环网柜，然后在无负 荷电