广州供电局培训课件《现代配电网设备创新需求及国内、外代表性产品介绍》

现代配电网设备创新需求及国内、外代表性产品介绍麦建国2015/10/22目录一、现代配电网提升装备水平基本原则二、配电网设备发展历史与发展趋势三、

现代配电网的设备创新需求四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析五、少(免)维护、低损耗、小型化类开关柜介绍

一、现代配电网提升装备水平基本原则

一、现代配电网提升装备水平基本原则

“现代配电网”是以坚强网架为基础，以精良设备为载体，以配电自动化和智能电表为手段，满足分布式电源的充分消纳和多元化负荷的大量接入，具有坚强、自愈、灵活、互动、高效等特征的配电网。——摘自2013年宣贯会议一、现代配电网提升装备水平基本原则

“配电网建设改造”提升装备水平的原则：“成熟可靠、

技术先进、

节能环保”一、现代配电网提升装备水平基本原则

国网标准、DL标准《配电网规划设计技术导则》

“配电网建设改造”提升装备水平

9.设备选型

9.1一般要求9.1.1配电网设备的选择应遵循设备全寿命周期管理的理念，坚持安全可靠、经济实用的原则，采用技术成熟、少（免）维护、低损耗、小型化、节能环保、具备可扩展功能的设备，所选设备应通过入网检测。

目前配电网集中采购的设备物资质量现状：

据统计2013年电网运行情况中，国网系统设备故障，其中投运不足3年的设备故障占31%，投运不足5年的设备故障占59%。——数据来自国网物资招标网站公开信息目录一、现代配电网提升装备水平基本原则二、配电网设备发展历史与发展趋势三、

现代配电网的设备创新需求四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析五、少(免)维护、低损耗、小型化类开关柜介绍

D80年代至今SF6气体绝缘的负荷开关大量使用。C70年代充油式负荷开关昙花一现。B60年代出现空气绝缘负荷开关，构成环网雏形。A60年代前电网中一般只有隔离开关和熔断器。二、配电网设备发展历史与发展趋势配电网中压开关的技术发展历程负荷开关无法切断短路电流没有断路器功能，不能适应未来配网自动化的需求使用SF6，存在漏气隐患。采用熔断器会有功耗损失现有配网开关设备存在的问题使用熔断器保护变压器，保护性能不稳定，动作后复电时间长。配电网中压开关的技术发展过程与现状

配电网中压负荷开关存在主要问题

现在配电网仍大量应用可靠性较低的环网柜

国际20多年前设计的SF6环网柜至今还在使用大量中，因为没有其它更可靠和更安全，更更好的替代方案。其中SafeRing及其仿制产品是仍在使用最多的产品之一。

已不再满足现代配电网对设备的要求。配电网中压开关的技术发展过程与现状1、最高标准工艺（某产品宣传材料）2.0mm+氩弧焊3.0mm+氩弧焊2.0mm+半激光焊接气箱结构3.0mm+全激光焊接二次配网设备业界唯一3.0全激光焊接

成就35+年可靠品质！配电网环网柜的现状阿海珐PIX12HVX-E西门子NXAIR-SSIONABBUnigear550

VMAX配电网开关柜现状（某企业的宣传材料）KYN96ZN96伊顿KYN1B

3AS天水长开KYN79EVH-1

配电网开关柜现状（某企业的宣传材料）一次配电设备与二次配电设备的要求

定义：技术参数：一次配电为2000～5000A、25～40kA；二次配电为630

A、16～25kA。使用埸合、性能与要求：一次配电处于馈线电源首端，重要性高、性能要求高；二次配电处于中段或末端，使用数量比一次配电设备多，量大面广，在保证性能同时也要注重经济性。

我国电网建设将逐步向配电网建设倾斜，由于历史上长期“重发轻供不管用”，配电网建设滞后，特别是随着分布式电源快速发展，配电网由无源网成为有源网、潮流由单向变为双向，加快升级改造日益紧迫。我国配电网要求以坚强网架为基础，以精良设备为载体，达国际先进水平的“现代配电网”。一次配电设备与二次配电设备的要求二次配电设备是现代配电网与业扩建设核心设备

二次配电网设备和终端电网设备量大面广，运行环境复杂多样，运行维护资源极其薄弱;适用于各类环境的、使用寿命更长的、免维护的、具有故障分断能力的高可靠性断路器柜成为共识。电网用户更加注重包括设计、采购、施工、安装、维护、寿终回收处理等成本在内的全寿命周期运维成本。三、现代配电网的设备创新需求现代配电网与业扩二次配电设备的迫切需求中国电科院专家提出的二次配电设备的发展需求三、现代配电网的设备创新需求高可靠性——机构动作可靠性高、灭弧能力强、电气寿命和机械寿命高。环保性能优——以空气为主绝缘、真空灭弧、可回收或可降解材料使用。小型化——紧凑、小型化。免维护——维护量很少或没有。安装便捷——可拆卸，能现场装配，高效率。环境耐受性能佳——耐受污秽、潮湿、盐雾等恶劣环境能力强。智能化--微电子技术、信息传感技术，计算机控制技术，使开关柜“智能化”。

总体需求三、现代配电网的设备创新需求配电开关对环保方面的需求不仅要从产品制造和使用环节进行考虑，更应从设备的全寿命周期中对整个环境的影响进行设计；结构设计方面，以空气为主绝缘的环保型配电开关设备是解决对SF6、环氧树脂等主绝缘材料依赖的根本途径；采用真空灭弧技术、支撑绝缘件采用可重复使用、可回收或可自然降解的新型环保型绝缘材料，取代目前以环氧树脂等难以降解和无法重复使用的固体绝缘材料；对操作机构的优化设计，实现多功能集成和精减零部件，减少对原材料的消耗是配电开关设备未来在环保方面需要考虑的另一个方面。环保方面的需求三、现代配电网的设备创新需求对配电开关设备电气结构和电气回路中电场分布的均匀性要求越来越高，这是防止和避免设备运行后发生故障的重要技术措施之一。对配电开关设备整个结构应力分布的均匀性要求越来越高，这是防止和避免设备运行后发生故障的重要技术手段。对配电开关设备中主绝缘介质的设计应避免对环境的污染且具有自愈功能的要求越来越高，这是适应环保要求和提高绝缘性能的需求。小型化、免维护的要求越来越高。对多种技术的集成与一、二次融合技术的要求越来越高，这是实现配电开关设备智能化的必然趋势。技术方面的需求三、现代配电网的设备创新需求对主回路中转动部件接触压力的监测和控制要求越来越高，这是保障动接触部件接触可靠避免因接触电阻增大导则发热事故的有效技术手段。对位于主回路中的核心零部件结构、形状及加工与装配精度要求越来越高，这是提高电场均匀性和设备动作可靠性的重要条件。对核心零部件和关键零部件的材质及表面处理工艺的要求越来越高。对核心零部件和关键零部件承受动态载荷的能力的要求越来越高，这是提高配电开关动作可靠性的必要条件之一。技术方面的需求三、现代配电网的设备创新需求绿色环保发展战略：要求减少SF6气体的应用；配网10KV开关性能要求高可靠性；采用真空断路器技术代替SF6；退役10KVSF6开关设备要求进行SF6气体的回收处理。广东电网公司配网设备的选型意见用户在设备寿命周期结束后仍然有不菲的环保处理费用。三、现代配电网的设备创新需求GB3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》DL/T404-2007《交流金属封闭开关设备和控制设备》

新版标准的相继实施三、现代配电网的设备创新需求新标准”供电连续性—高供电可靠性”概念三、现代配电网的设备创新需求

旧版标准的技术重点放在以空气绝缘外壳采用抽出式或手车式结构型式的开关设备上，无法适应固定式开关设备和GIS密封型开关设备的技术发展。新版标准反映了开关设备的技术发展趋势KYN移开式开关柜三、现代配电网的设备创新需求据2004年国家电网公司高压开关运行分析，主要存在二大问题：

①绝缘事故(约占所有事故的14.3%,开关柜及断路器占其中73.2%)。主要是柜内放电、CT闪络和相间闪络。断路器与开关柜不匹配，绝缘尺寸不够，柜内隔板吸潮，爬距不足，老旧开关改造不彻底，未进行加强绝缘措施等原因造成。

②载流故障（约占所有事故的2.3%,开关柜占其中77.8%）。主要集中在12~40.5kV中压开关设备上，触头过热，引线过热，常扩大为绝缘事故。主要是由于插头接触不良、插头偏心等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。抽出式或手车式开关柜存在主要问题三、现代配电网的设备创新需求手车柜的优奌：便于断路噐检查和维修；手车的隔离插头是开关柜中尺寸较紧凑的隔离结构；手车柜的缺点：手车运动时隔离触头的接插、活门的开闭和相关联锁和信号的切换，涉及运动部件较多，如加工装配不精，将导致发热、绝缘和机械故障；与固定柜隔离开关操作相比，手车的操作仍是较大缺点。手车柜与固定柜的比较三、现代配电网的设备创新需求固定柜的优点：除开关及相关联锁操作外，没有可动零部件，相对可靠性高。我国历来有选用固定柜的习惯。固定柜的缺点：维修不方便、尺寸偏大。

目前电网急需成熟稳定的无维修少维修断路器且能紧凑小型化固定柜极少。XGN固定式开关柜三、现代配电网的设备创新需求

近年免维护或少维护开关的出现、多种绝缘技术的成熟，促进了固定式开关柜的发展。

SF6气体绝缘固定柜受到环境政策的限制。目前大电流固定柜还是以空气绝缘柜为主，体积较大。二次配电手车柜和传统大体积固定柜将被紧凑小型、环保型产品全面代替。固定柜的现状三、现代配电网的设备创新需求GB3906标准中提出：“固定式的总装，尤其是采用了少维护元件的总装是一种终生节约成本的方案”三、现代配电网的设备创新需求中国电科院与国网电科院专家阐述电网急需固定柜

电网极缺专业设计的中小型规格、环保型，具有开断能力断路器柜产品。前几年国网集中招标时没有对应产品才没有写进去。近期，国网物资部等在讨论中置柜，认为目前采购标准不是非常完美，过度倾斜于中置柜，中置柜不是最好的柜型，还是要建立固定柜和小型专业的断路器柜标准。国网电科院也要共同引导电网大客户应用。三、现代配电网的设备创新需求《第三届配电开关创新发展与智能化应用技术交流会会议》

全国输配电技术协作网(EPTC)于2015年7月23～24日在南京召开了第三届配电开关创新发展与智能化应用技术交流会，来自国网公司、南网公司、中国电力科学研究院、南网科学研究院、北京电力科学研究院、国网电力科学研究院，江苏、广西、浙江、山东、安徽、山西、上海、天津、北京等地电网公司、地(市)供电公司开关专业技术人员了本次会议4、KYN28型开关柜运行中典型问题及解决方案4.1、绝缘距离不满足要求4.2、电场集中部位未采取相应措施4.3运行环境导致内部沿面放电4.4发热缺陷4.5设计问题带来的安全隐患4.6五防联锁功能不健全4.7过电压引起的设备故障

西高所、电力部曾先后联合设计开发的固定柜三、现代配电网的设备创新需求

专门

应用于二次配网UniGear500R

紧凑小型化固定式真空断路器开关柜

宽度500mm现代配电网的高供电可靠性要求，智能配电网双向能源流的控制、保护要求将通过更多的断路器增加电能可用性。主要二次配网设备—带分断能力的开关柜出现四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析UniGear500R小型化可减少设备的占地44%四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析主要二次配网设备—带分断能力的开关柜出现

专门应用于二次配网Premset

紧凑型模块化固定式真空断路器开关柜

宽度375mm四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析Premset产品免维护，靠墙安装，减少土地占用四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析主要二次配网设备—带分断能力的开关柜出现

专门应用于二次配网SmartRing（SR-12）

紧凑型空气绝缘固定式真空断路器开关柜

宽度385mm四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析SmartRing产品免维护，靠墙安装，减少土地占用四、目前国内、外主要配网先进技术代表产品剖析五、少(免)维护、低损耗、小型化类开关柜介绍

“配电网建设改造”提升装备水平

9.设备选型

9.1一般要求9.1.1配电网设备的选择应遵循设备全寿命周期管理的理念，坚持安全可靠、经济实用的原则，采用技术成熟、少（免）维护、低损耗、小型化、节能环保、具备可扩展功能的设备，所选设备应通过入网检测。9.设备选型9.1一般要求9.1.1

配电网设备的选择应遵循设备全寿命周期管理的理念，坚持安全可靠、经济实用的原则，采用技术成熟、少（免）维护、低损耗、节能环保、具备可扩展功能的设备，所选设备应通过入网检测。五、少(免)维护、低损耗、小型化类开关柜介绍配电网规划设计技术导则-全寿命周期4.4配电网规划应遵循资产全寿命周期成本最小的原则，分析由投资成本、运行成本、检修维护成本、故障成本和退役处置成本等组成的资产寿命周期成本，对多个方案进行比选，实现电网资产在规划设计、建设改造、运维检修等全过程的整体成本最小。发改委《中国电网企业温室气体排放核算方法与报告指南》

环保型金属封闭开关设备固体绝缘环网柜与环保绝缘开关柜技术性能比较环保型金属封闭开关柜存在的问题及解决方向1、固体绝缘环网柜（1）局放问题

（2）“假断口”问题

（3）密封问题

（4）成本问题

（5）环氧树脂的回收、开断与易燃问题

（6）标准问题固体绝缘金属封闭开关设备固体绝缘开关设备是一种环保型、全绝缘、全密封型金属封闭开关设备，开关内所有导电部分全部固封在固体绝缘材料当中（如环氧树脂、硅橡胶、三元乙丙胶等），主开关将采用真空灭弧方式，相邻柜体之间通过固体绝缘母线进行连接。2014年国家电网公司新技术目录—应用注意事项环保型固体绝缘材料特点2、新型环保型固体绝缘材料特性热塑性材料PA、PC、PPO等可循环应用技术3、回收工艺与成本

■

回收工艺流程和成本

■

回收后的应用生产过程产品制备回收环氧化工合成污染较重（含双酚A、重金属盐催化剂等致癌型原料的废水）模具中需要进行高温固化，脱模后仍需要进行高温后固化工艺处理降解再利用成本极高（粉化后作为建筑填料）尼龙酰胺或氨基酸盐的废水处理相对容易热塑性材料的成型仅仅是物料降温过程，产品制备周期短，耗能低，且不易形成较大的内应力，使产品的稳定性有所提升熔融再加工以及水解回收等多种循环利用方案环保气体绝缘开关柜（1）绝缘问题（2）开断问题（3）温升与散热问题（4）混合气体的回收与选用问题环保型金属封闭开关柜存在的问题及解决方向HXGN□-12环保复合绝缘环网柜扩展顶部绝缘母线扩展方式侧连接器扩展方式外形主回路母线套管电缆机构室母线扩展与电缆连接与GIS相同断路器弹簧机构，具备重合闸三工位负荷开关与断路机构一体，连锁可靠。电缆可接2路，不需加高下门板无/少SF6气体金属封闭开关设备目前发展现状及前景与技术攻关方向

全国输配电技术协作网于2015年3月底在北京召开“环保气体绝缘金属封闭开关设备新技术交流会”。来自国家电网公司(科技部、运检部、物资部、基建部)、EPTC开关专家组、中国电力科学研究院、国网电科院电网技术中心、上海市电力公司、辽宁省电力公司、河南省电力公司、北京市电力公司平高集团上海天灵北京思威驰等制造商的代表50余人与会。研究探讨环保气体绝缘金属封闭开关设备研制开发。“环保气体绝缘金属封闭开关设备”主要由中国电科院牵头组织设备制造企业进行研究探索专家对环保气体绝缘金属封闭开关设备产品做出如下建议：

无/低SF6气体绝缘开关设备已经具备批量生产及安全使用的条件;为该产品在国内市场的大力推广及出口国外市场提供政策上支持;为该类产品在电力系统的推广应用，在价格上给予支持，保证企业后续持续改进创新;

无/少SF6气体金属封闭开关设备已纳入2015年国家电网公司新技术目录，同时，根据国网运检部《配电网建设改造标准物料目录(2015版)》的通知，无SF6气体环网柜纳入配电网示范应用物料目录。

——2015年7月23～24日在南京召开了第三届配电开关创新发展与智能化应用技术交流会无/少SF6气体金属封闭开关设备工作组将于8-10月份陆续走进各网省公司开展该类产品的技术交流沙龙。“环保气体绝缘金属封闭开关设备”方案还要在多个方面进行技术攻关，此类产品研制中绝缘优化

采用新型环保气体后，如干燥空气或N2，由于绝缘性能低于SF6，特别是N2，其绝缘性能仅为SF6气体的1/3，因此需要对开关设备的绝缘进行重新研究。

开断能力的保证

对于环网柜中的负荷开关单元，如采用无/低SF6气体，其开断能力会受到影响。但是用真空灭弧室作为隔离断口目前还很难被接受，因为真空断口在高电压作用下存在NSDD的可能，直接威胁人身安全。所以，现有的真空负荷开关需要与三工位隔离/接地开关相匹配，但成本高，产品尺寸大。混合气体的回收设计时不同比例的混合气体回收装置的研发，漏气发生时如何补气措施，产品维护维修措施，产品废弃后的有害物质的处理等都应在理论上加强研究，制度上加以规范。一体化设计，节省空间，方便用户安装调试。典型的传统方案，(上隔离下接地）便于用户操作，维护，使用。带电部位局部采用硅橡胶及可抽插挡板密封，可预防人手触摸及污秽，更适应于在恶劣环境下工作。上部为三工位隔离开关。中部为负荷开关或断路器。下部为具有短路关合能力的接地开关。采用户外树脂，大爬距、大小伞裙，凝露条件下正常工作。项目规定值项目规定值额定电压kV

12额定电流A630短时工频耐受电压kV通用42，断口间48额定短时耐受电流kA20、25雷电冲击耐受电压kV通用75，断口间85额定峰值耐受电流kA50、63紧凑型空气绝缘环网柜—沈阳逊达电气设计

紧凑型空气绝缘环网柜V柜、C柜(三工位下隔离方案)外形尺寸：宽375深940高1650额定电流：630A空气绝缘，绿色环保，无泄露隐患及凝露爆炸危害。金属铠装，安全可靠。采用挡板式防误操作设计，具有完善的五防联锁功能。电动弹簧操动机构，简洁可靠。全方案组合，左右侧无限扩展。西安高压电器研究院会议“紧凑型空气绝缘环网柜”在设计、研发阶段。“紧凑型空气绝缘环网柜”—充N2气柜方案SafeAir某跨国企业为国网提