圖文詳解 | 精講10kV配電環網柜

 

1、環網柜概述

 

1.1什么叫環網柜

 

環網柜是一組高壓開關設備裝在鋼板金屬柜體內或做成拼裝間隔式環網供電單元的電氣設備，其核心部分采用負荷開關和熔斷器，具有結構簡單、體積小、價格低、可提高供電參數和性能以及供電安全等優點。

 

實際上，如果柜型按照開關設備分類，有負荷開關柜、斷路器柜、GIS等，并無環網柜。環網柜是一個約定俗成的叫法，原指的是負荷開關柜用于環網式供電，現在經常被人當作負荷開關柜的代名詞，而不管是否被用于環網式供電，如有些線路要合環運行（俗稱手拉手），或有可能進行負荷割接（將一條線上的負荷切換到另一條線上）實現這些功能的配電柜就叫環網柜。故環網柜是一種能實現環網供電的開關設備，常用于環網供電系統，故俗稱環網柜，也稱“戶外箱式環網柜”、“開閉器”。

 

負荷開關柜可以用于環網式供電、中壓分界室派接、中壓末端變電室供電，各地區供電部門對允許使用負荷開關加熔斷器保護的干式變壓器的規格要求不一，象北京一般要求干式變壓器容量不大于 1000KVA，深圳地區可能是 1600KVA。負荷開關柜構造簡單，成本較低，體積較小，多數可以靠墻安裝，一般只有熔斷器保護而無繼電保護。負荷開關柜主母線載流量一般小于等于 630A，負荷開關額定開斷電流一般小于等于 630A（少數達到 1700A），干式變壓器柜（出線柜）額定電流（熔斷器）一般不大于 125A，高檔負荷開關的轉移電流可以達到 2800A。部分負荷開關柜可以安裝專用真空斷路器、SF6 斷路器或采用壓氣等滅弧方式，短路分斷能力接近或達到開關柜水平。

 

環網柜用于分合負荷電流，開斷短路電流及干式變壓器空載電流，一定距離架空線路、電纜線路的充電電流，起控制和保護作用，是環網供電和終端供電的重要開關設備。

 

1.2分類

 

環網柜根據氣箱結構分為共箱式與單元式；根據整體結構分為美式與歐式；根據絕緣材料分為固體絕緣式、空氣絕緣式與SF6氣體絕緣式；根據戶內外分戶內環網和戶外環網。

 

1.2.1美式環網柜

戶外設計，體積小、免維護。

堅固的內殼體和外殼體，抗外力和防爆能力強，外殼采用不銹鋼或綠色箱體。

進出線電纜，通過全封閉預鑄式電纜連接件，安裝簡單，連接可靠。電纜附件采用美式歐式均可。

美式傳統共箱式設計，多路進出線在一個箱體中，結構緊湊，可靠性高。

開關組合方式靈活。

 

▲ 美式環網柜

1.2.2歐式環網柜

1.2.2.1 共箱式歐式環網柜

環網柜的殼體由先立的功能小室組成 ，主母線、負荷開關、組合電器單元都先立成室；環網柜的充氣隔室用3.0mm不銹鋼板用氬弧焊焊接而成。負荷開關及母線連接均密封在SF6氣體里。組合自由，擴展方便。

 

1.2.2.2 氣包式歐式環網柜

先特的開關設計，使用不銹鋼制成的負；荷開關殼體將柜體分為不同的小室 。組合自由，擴展方便。負荷開關密封在SF6氣體里。殼體使用不銹鋼經冷鍛壓工藝加工而成，保證了產品的高質量。

 

▲ 歐式環網柜

 

1.3基本組成

 

環網柜由一般由開關室、熔斷器室、操動機構室和電纜室（底架）四部分組成。

 

開關室由密封在金屬殼體內的各個功能回路（包括接地開關和負荷開關）及其回路間的母線等組成。殼體由3㎜冷軋鋼板（或不繡鋼板）焊接而成。每一個功能回路包括一臺負荷開關和接地開關。負荷開關是由垂直運動的動觸頭系統和位于下端的靜觸頭組成，開關合閘時，動觸頭向下運動，負荷開關接通。接地開關由動觸刀和靜觸刀組成，在彈簧運動過程中，接地開關快速接通。開關室上部和后部開有4個長方形裝配工藝孔，環網柜的正面裝有觀察窗，可看到接地開關的“分”、“合”位置。在環網柜的后部裝有防爆裝置。

 

負荷開關采用壓氣內吹式結構，滅弧能力強，且不影響相間及對地絕緣，動、靜觸頭均帶有弧觸頭，大大提高了開斷次數。

 

熔斷器與負荷開關室構成干式變壓器保護回路，高壓限流熔斷器裝于環氧澆注的絕緣殼體內，熔斷器熔斷后，彈出撞針，負荷開關分閘。

 

操動機構室位于環網柜正面，在每個功能回路中，負荷開關配有人力（或電動）儲能彈簧操動機構，接地開關配有人力儲能彈簧操動機構，面板上有分別用于負荷開關合閘操作和手動分閘旋轉鈕及接地開關的分、合閘操作孔，負荷開關分、合閘位置指示燈和電動分、合閘按鈕，并設有模擬線、開關狀態顯示牌及加鎖位置，負荷開關和接地開關的操作具有聯鎖裝置，以防止誤操作。

 

1.4型號意義

 

環網柜的型號應定義為：

XGW/N□-12（F 或 F · R）/630-20

其中：

X -- 箱式

G--固定式

W--戶外

N--戶內

F--主開關配負荷開關

F · R --主開關配負荷開關—熔斷器組合

有的企業在較前面增加“H”，表明“環網”的意思。

 

1.5主要技術參數

 

 

 

2、工作原理及結構

2.1工作原理及特點

 

 

 

▲ 環網

 

環網是指環形配電網，即供電干線形成一個閉合的環形，供電電源向這個環形干線供電，從干線上再一路一路地通過高壓開關向外配電。這樣的好處是，每一個配電支路既可以從它的左側干線取電源，又可以從它右側干線取電源。當左側干線出了故障，它就從右側干線繼續得到供電，而當右側干線出了故障，它就從左側干線繼續得到供電，這樣一來，盡管總電源是單路供電的，但從每一個配電支路來說卻得到類似于雙路供電的實惠，從而提高了供電的可靠性。

所謂“環網柜”就是每個配電支路設一臺開關柜（出線開關柜），這臺開關柜的母線同時就是環形干線的一部分。就是說，環形干線是由每臺出線柜的母線連接起來共同組成的。每臺出線柜就叫“環網柜”。實際上單先拿出一臺環網柜是看不出“環網”的含義的。

這些環網柜的額定電流都不大，因而環網柜的高壓開關一般不采用結構復雜的斷路器而采取結構簡單的帶高壓熔斷器的高壓負荷開關。也就是說，環網柜中的高壓開關一般是負荷開關。環網柜用負荷開關操作正常電流，而用熔斷器切除短路電流，這兩者結合起來取代了斷路器。當然這只能局限在一定容量內。

這樣的開關柜也完全可以用到非環網結構的配電系統中，于是隨著這種開關柜的廣泛應用，“環網柜”就跳出了環網配電的范疇而泛指以負荷開關為主開關的高壓開關柜了。

環網柜一般由三個間隔組成，即 2 個 環纜進出間隔和一個干式變壓器回路間隔。SF6 負荷開關是近年來不少用戶體會到的一種優良負荷開關，除電壽命長，開斷力強等與真空負荷開關有共同的優點外，其突出優點是容易實現三工作位(接通、斷開和接地)，小電流(電感、電容)開斷，抗嚴酷環境條件能力強。適宜在城鄉中壓配電網推廣應用。負荷開關是帶有簡單滅弧裝置的一種開關電器，使用 SF6 氣體作為絕緣和滅弧介質的負荷開關稱為 SF6 負荷開關，它可以作為關合和開斷負荷電流及過載電流用，亦可以作為關合和開斷空載線路、空載干式變壓器及電容器組等，凡具有接通、斷開和接地功能的三工作位負荷開關，都有結構簡單、價格便宜的特點。只是負荷開關不能斷開短路電流。SF6 負荷開關+熔斷器組合電器是由 SF6 負荷開關來承擔過載電流(此過載電流對 SF6 負荷開關來說仍在負荷開關額定開斷電流的范圍以內)和正常工作電流的關合和開斷，并且還要求承擔"轉移電流"的開斷。而干式變壓器高壓側的短路保護和過載保護由高壓限流熔斷器來承擔。這時一組 SF6 負荷開關及三個帶觸發器的熔斷器，只要任何一個觸發器動作，其聯動機構會使負荷開關三相同時自動分閘。兩者有機的結合起來， 就可滿足配電系統各種正常和故障下運行操作保護的要求。

環網柜可分為戶內環網和戶外環網，戶內環網一般用于高壓側的配電，由進線柜、計量柜、PT 柜、干式變壓器出線柜組成， 對于用電要求較高的用戶，進線必須采用雙電源切換柜。戶外環網一般用于城市電網，采用共箱式的 SF6 環網柜，這種柜型較大的特點是 防護等級高，可以做到 IP67，適合用于戶外，并且能短時間浸水。

環網供電的方案一般采用一路環進，一路環出，兩到三回做做出線回路，即形成手拉手的環網供電模式。為保證供電的可靠性，連續性，采用兩個進線供電，這就形成了一個環.采用 SF6 負荷開關，3 工位(合閘，分閘，接地)，分線路，干式變壓器。單先一個柜子構不成環網只有是三個柜子兩進一出加上電源就構成一個環。這可是較基本的環網供電了。

為提高供電可靠性，使用戶可以從兩個方向獲得電源，通常將供電網連接成環形。這種供電方式簡稱為環網供電。在工礦企業、住宅小區、港口和高層建筑等交流 10KV 配電系 統中，因負載容不大，其高壓回路通常采用負荷開關或真空接觸器控制，并配有高壓熔斷器保護。該系統通常采用環形網供電，所使用高壓開關柜一般習慣上稱為環網柜。環網柜除了向本配電所供電外，其高壓母線還要通過環形供電網的穿越電流 （即經本配電所母線向相鄰 配電所供電的電流） 因此環網柜的高壓母線截面要根據本配電所的負荷電流于環網穿越電 ， 流之和選擇，以保證運行中高壓母線不過負荷運行。目前環形柜產品種類很多，如 HK-10、 MKH-10、8DH-10、XGN-15 和 SM6 系列。

環網柜安裝簡單，箱體占地面積少，可方便的安放在街道兩側、居民小區、城市綠化帶中，因而廣泛應用于工業園區、街道、居民區、繁華商業中心等作為接受和分配電能之用。

戶外環網柜一般采用真空開關作為開斷裝置，SF6氣體共箱式絕緣，結構緊湊，占地面積小，外形美觀，可與周圍環境協調配合。由于采用了全密封、全絕緣理念，RVAC環網柜內所有開關部分，含所有高壓帶電體及機構部分完全密封于主箱體內，不受凝露及外界污穢環境影響；主箱體防護等級可達IP67，配備庫柏防水型可觸摸電纜頭，能有效防御雨水多發區的偶發性洪水侵害。

 

▲ 戶外環網柜

 

 

2.2結構

 

2.2.1 組成

▲ 柜體組成

 

 

▲ 開關柜結構

 

 

▲ 斷路器柜結構

 

2.2.2 開關分類

1）負荷開關

負荷開關具有一定的帶載分斷能力，也就是說在輕載時是可以帶電拉閘的，但不可頻繁操作，一般的負荷開關都帶熔斷器，且其滅弧能力強于隔離開關。

 

2）隔離開關

當斷路器斷開電路后，由于隔離開關的斷開，使有電與無電部分能得到明顯的隔離，起輔助開關的作用。

由于斷路器觸頭位置的外部指示器既缺乏直觀，又在有些情況下不能保證它的指示與觸頭的位置相一致，所以用隔離開關把有電與無電部分明顯的隔開是必要的。

此外，隔離開關具有一定的自然滅弧能力，常用在電壓互感器和避雷器等電流很小的設備投入和斷開上，以及一個斷路器與幾個設備的連接處，使斷路器經過隔離開關的倒換更為靈活方便。

 

3）斷路器

能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流并能關合、在規定的時間內承載和開斷異常回路條件下的電流的開關裝置。

 

4）接地開關

主要用于設備的檢修，為了防止檢修過程中突然來電，因此必須將檢修設備的兩端都接地。

高壓配電柜的接地開關，一般為輸出負荷側接地，當我們檢修高壓配電柜負荷側時（如：緊固螺栓、拆裝電纜等），就要分斷開關，同時合上配電柜的接地開關，這樣可以防止突然來電引起觸電事故，另外可以放盡剩余電荷，有利于檢修安全。

 

2.2.3 開關類型

 

▲ 負荷開關柜

 

 

▲ 負荷開關熔斷器組合電器柜

 

▲ 斷路器柜

 

▲計量/電壓互感器柜

 

2.2.4 操作安全性

 

2.2.5 間隔

▲開關間隔

（開關或隔離開關）

 

▲母線間隔

 

▲接線間隔（斷路器）

 

▲操作結構間隔

 

▲控制與保護間隔

 

2.2.6 SF6負荷開關

▲SF6負荷開關

 

 

 

2.2.7 SF6斷路器

▲SF6斷路器

 

 

2.2.8 連鎖結構

▲連鎖機構

 

 

2.2.9 微機保護及顯示器

▲微機保護

 

▲帶電顯示器

 

▲ 故障顯示器

 

▲ 溫濕度控制器

 

3、環網柜功能

3.1功能單元

 

▲ 進出線柜

 

▲ 保護柜

 

▲ 測量柜

 

▲ 專用柜

 

3.2配電自動化

 

▲ 自動化圖

10KV系統的配網的監視控制的自動化管理,優化城區配網結構,合理高效用電管理,事故的及時預和故障的及時處理.

環網柜及其DTU終端是配電自動化的基本單元，是構成整個配電自動化系統的重要組成部分。

 

3.2.1 配電自動化功能

▲ 自動化柜

 

1）實時監測運行工況

遠方監視和控制電環網柜。

遠程監測線路的負荷，實時掌握各支線、分段線路的負荷情況，及時發現重超載線路，提升電網規劃的精益化水平。

 

2）遙控功能使用

減輕班組現場倒閘操作工作量，減少倒閘操作時間，操作時間由原來2.5小時將為0.5小時。

對熱備用的線路聯絡開關的操作實現了負荷的快速轉供，實現了配電網網絡運行方式快速、靈活調整。

 

3）FA功能

線路故障引起跳閘后，主站根據終端遙測信號判斷故障區域并自動隔離故障。

故障查找時間由大約2小時縮短至2分鐘左右。

供電可靠性由原來99.96%提升至99.997%。

 

3.2.2配電自動化功能實例

 

▲ 示例

 

 

4、操作維護

4.1運輸及貯存

 

▲ 運輸

 

 

▲ 開箱檢查

 

▲ 貯存

 

 

4.2安裝及試驗

 

▲ 環網柜配電方案

4.2.1 環網柜資料

a.安裝使用說明書；

b.所選用的主要電器元件的說明書；

c.產品合格證；

d.產品出廠試驗記錄；

e.裝箱單；

f.環網柜排列圖、二次接線圖。

 

4.2.2 安裝與調整

▲ 安裝與調試

地面基礎施工應符合“電力建設施工及驗收技術規范”中的柜與槽鋼連接的規定。

安裝時按環網柜先后順序排列在地基的槽鋼上，將柜體靠緊，并用螺栓固定旋緊，柜面應排列整齊，柜頂與屋頂的距離應大于600mm。

環網柜底部設有電纜接線端子，將三芯電纜或單芯電纜壓接上接線端子，并與環網柜的接線端子連接后用螺栓擰緊。

各柜的母線室內裝上主母線，并用螺栓固定旋緊，在固定的搭接面上需經表面搪錫處理。

環網柜的主接地與配電室的接地線連接，該連接應能承受短路引起的熱機械應力，能保證接地回路的連續性。

安裝完畢后，將開關元件及防誤操作機構進行5次分、合閘，如未發生異常現象，則認為開關機械操作正常。

 

4.2.3 試驗

▲ 試驗

外觀檢查

主回路電阻測量

機械操作和機械特性測量試驗

絕緣電阻試驗

主回路1min工頻電壓試驗

保護裝置試驗

“三遙”檢測（自動化環網柜）

互感器試驗

蓄電池試驗

 

4.2.4 維護

▲ 維護

1. 環網柜在下列情況下進行檢查：

1)滿負荷操作100次后，應對負荷開關的主回路電阻及絕緣水平進行檢查，并視情況可送制造廠大修；

2)無負荷操作10000次后，應對負荷開關的機構特性和機械操作進行檢查。

 

2. 定期記錄SF6氣體壓力表指示數據，并根據SF6氣體狀態曲線，視情況及時補氣，正常情況下不補氣時間為15年。

3.定期檢查環網柜是否有不正常情況，一經發現請及時采取措施。

4.運行人員應熟悉環網柜的所有部分，包括結構性能及安裝等。

 

4.2.5 使用與故障處理

4.2.5.1 送電前檢查

應全面檢查環網柜的所有元件的電氣性能、絕緣水平、接線正確性及防誤操作的可靠性，檢查后認為完好，接通電源，觀察指示儀表的工作情況，若正常，可投入運行。

 

4.2.5.2 正常運行時

負荷開關應在合閘位置，接地開關處于分閘位置，前門板處于閉合狀態。

 

4.2.5.3 電纜故障時

應先分閘該柜內的負荷開關，此時，可打開前門板入內檢修。上部主母線處于帶電狀態，熔斷器若需更換，仍按上述操作順序進行。
 

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