環(huán)網(wǎng)供電及環(huán)網(wǎng)柜的配置

摘　要　從我國(guó)城網(wǎng)10kV配電方式占地面積大、投資高、可靠性低、電網(wǎng)復(fù)雜等缺點(diǎn)出發(fā)，分別分析了用斷路器和用熔斷器或負(fù)荷開關(guān)+熔斷器結(jié)構(gòu)上的差異，及用于變壓器保護(hù)和線路保護(hù)的差異，從而說(shuō)明10kV電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)供電的重要性及必要性。同時(shí)，介紹了國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠的環(huán)網(wǎng)柜主要性能特點(diǎn)，說(shuō)明我國(guó)的環(huán)網(wǎng)柜生產(chǎn)能力已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。最后，簡(jiǎn)要說(shuō)明了設(shè)計(jì)運(yùn)作方法，并建議盡早改造我國(guó)城市電網(wǎng)現(xiàn)狀，大力推廣環(huán)網(wǎng)供電。
關(guān)鍵詞　環(huán)網(wǎng)供電；環(huán)網(wǎng)柜；負(fù)荷開關(guān)；熔斷器；斷路器
分類號(hào)　TU852
1　國(guó)內(nèi)城市10kV電網(wǎng)現(xiàn)狀
　　我國(guó)80年代中期以前，10kV配電系統(tǒng)是以放射式為主，放射式與樹干式相結(jié)合為輔的結(jié)線方式，很少采用環(huán)網(wǎng)結(jié)線。配電系統(tǒng)中開關(guān)設(shè)備的選用以斷路器為主，很少采用負(fù)荷開關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)負(fù)荷開關(guān)和斷路器的比例大約是1∶10，10kV電壓等級(jí)成套開關(guān)柜的受電、饋電柜幾乎都采用斷路器。這種傳統(tǒng)的10kV配電方式不僅占地面積大、投資高，而且可靠性也低。
　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市高層建筑和大型公共建筑不斷涌現(xiàn)，城市功能越來(lái)越趨向完善和復(fù)雜化，對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，許多用戶要求有兩路或兩路以上電源供電。特別是沿海開放城市的人口密度激增(將超過(guò)2萬(wàn)人/km2)和城市建筑密度的提高，給線路敷設(shè)帶來(lái)困難，并使電網(wǎng)復(fù)雜化，出現(xiàn)故障不易迅速查找和排除。因此，傳統(tǒng)的10kV配電系統(tǒng)的改進(jìn)成為必然。
2　10kV配電系統(tǒng)的發(fā)展方向
　　傳統(tǒng)觀念認(rèn)為放射式配電，用斷路器保護(hù)變壓器，容易實(shí)現(xiàn)過(guò)流、瓦斯、溫度保護(hù)，保護(hù)系統(tǒng)全面，供電可靠，而對(duì)于用熔斷器保護(hù)變壓器總是不夠放心。但是，從國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的運(yùn)行實(shí)踐和一些資料來(lái)看，這些擔(dān)心是多余的。熔斷器保護(hù)變壓器的特性比斷路器更好，能有效地保護(hù)變壓器。1989年國(guó)際配電網(wǎng)會(huì)議提供的資料表明，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生短路故障時(shí)，短路電弧會(huì)使油氣化成氣泡而占據(jù)原先屬于油的空間，油將壓力傳遞給變壓器殼體，隨著短路的持續(xù)而壓力越來(lái)越大，直至油箱炸開。要使油箱不至炸裂，必須在20ms內(nèi)切斷故障。斷路器的動(dòng)作時(shí)間為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和斷路器固有動(dòng)作時(shí)間兩部分之和，其值大于60ms，而限流熔斷器有速斷功能，可在10ms內(nèi)熔斷而切除故障，達(dá)到有效地保護(hù)變壓器的目的。
　　負(fù)荷開關(guān)和斷路器的作用不同，因而其結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)。一個(gè)開關(guān)投入和切斷負(fù)荷是經(jīng)常的，而短路保護(hù)則是極個(gè)別的，斷路器按很少發(fā)生的短路電流設(shè)計(jì)，滅弧要求高，分合閘速度要求快，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操動(dòng)機(jī)構(gòu)龐大，造價(jià)昂貴；負(fù)荷開關(guān)+熔斷器則是把控制和保護(hù)兩功能分開，大量的、經(jīng)常發(fā)生的投切負(fù)荷用負(fù)荷開關(guān)來(lái)完成，而極少發(fā)生的短路保護(hù)由熔斷器來(lái)完成。這樣，可將結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴的斷路器由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的負(fù)荷開關(guān)+熔斷器代替。事實(shí)上，我們使用的斷路器，大部分僅起負(fù)荷開關(guān)的作用。
　　負(fù)荷開關(guān)的造價(jià)僅為斷路器的30%～50%，負(fù)荷開關(guān)+熔斷器的環(huán)網(wǎng)柜僅為用斷路器的成套開關(guān)柜體積的60%～70%，高度也低，它不僅可減少高壓配電室的面積并降低層高，而且環(huán)網(wǎng)柜不需操作電源，不需專門的控制室，可進(jìn)一步減少占用面積，這對(duì)于高層建筑物內(nèi)的配電所更具優(yōu)越性。環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜安裝、調(diào)試方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動(dòng)化管理?？梢?jiàn)采用環(huán)網(wǎng)柜比采用斷路器柜帶來(lái)的綜合經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。
　　早在80年代以前，我國(guó)就有人提出環(huán)網(wǎng)供電，但由于生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)不成熟，以至影響環(huán)網(wǎng)柜的推廣。改革開放以來(lái)，沿海開放城市資金比較充足，大多選用進(jìn)口設(shè)備，比如ABB公司生產(chǎn)的RGC型SF6環(huán)網(wǎng)柜。最近幾年，我國(guó)在研制和引進(jìn)技術(shù)用于環(huán)網(wǎng)結(jié)線的負(fù)荷開關(guān)和熔斷器方面取得了很大的成績(jī)，目前可供選擇的設(shè)備不斷問(wèn)世。且其綜合技術(shù)性能均達(dá)80年代后期國(guó)際同類產(chǎn)品的水平?？梢?jiàn)，選用環(huán)網(wǎng)供電及環(huán)網(wǎng)柜是符合我國(guó)國(guó)情發(fā)展的需要，也是必然的。特別是對(duì)于負(fù)荷較集中地區(qū)推廣環(huán)網(wǎng)供電具有重要意義。
3　環(huán)網(wǎng)柜的主要性能特點(diǎn)
　　隨著我國(guó)改革開放的不斷深入，國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品不斷涌入我國(guó)，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)通過(guò)引進(jìn)或自主開發(fā)，已有幾家能生產(chǎn)出質(zhì)量較好的適合于10kV配電系統(tǒng)使用的環(huán)網(wǎng)柜?，F(xiàn)摘錄于附表。
附表　10kV環(huán)網(wǎng)柜主要技術(shù)參數(shù)

生產(chǎn)廠家揚(yáng)州京隆電器開關(guān)
有限公司(引進(jìn)
ABB公司技術(shù))廣東番禺華豐高壓
電器公司(引進(jìn)
ABB、F&G公司技術(shù))德國(guó)F&G公司
環(huán)網(wǎng)柜型號(hào)HGC-10BC/□HXGN1-10-□A或BGA
柜內(nèi)主要設(shè)備負(fù)荷開關(guān)+熔斷器負(fù)荷開關(guān)+熔斷器SF6負(fù)荷開關(guān)+熔斷器
操作方式手動(dòng)、交流或直流電動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作手動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作手動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作
保護(hù)及信號(hào)反時(shí)限電流保護(hù)、可帶瓦斯、超溫、欠壓、接地、電信號(hào)反時(shí)限電流保護(hù)、可帶瓦斯、超溫、欠壓、接地、電信號(hào)按所需設(shè)置保護(hù)、
信號(hào)設(shè)備
外形尺寸(高×寬×高)800×800×2000mm850×900×2000mm1380×635×1400
額定電壓/最高工作電壓10/11.5kV10/11.5kV10/12kV
額定電流400、630、1250A400、630A630A
額定熱穩(wěn)定電流(有效值)20kA20kA22kA
負(fù)荷開關(guān)動(dòng)穩(wěn)定電流(峰值)50kA50kA50kA
額定短路關(guān)合電流(峰值)50kA50kA50kA
工頻耐壓(相間及于地/斷口)42/48kV42/48kV50/50kV
脈沖耐壓(相間及于地/斷口)75/85kV75/85kV125/145kV

注：開關(guān)柜型號(hào)中□為開關(guān)柜編號(hào)；A為F&開關(guān)、B為ABB開關(guān)。
　　目前，我國(guó)使用最多的環(huán)網(wǎng)柜主要為負(fù)荷開關(guān)+熔斷器柜、空氣絕緣負(fù)荷開關(guān)柜，其次是真空負(fù)荷開關(guān)柜。SF6絕緣的負(fù)荷開關(guān)柜、斷路器柜除在特區(qū)使用較多外，內(nèi)陸很少使用。環(huán)網(wǎng)柜不僅適合環(huán)式配電系統(tǒng)，同時(shí)也適用于當(dāng)前大多數(shù)10kV配電系統(tǒng)的放射式或樹干式配電的終端配電所接線。
　　過(guò)去國(guó)產(chǎn)的負(fù)荷開關(guān)由于易出現(xiàn)觸頭滅弧性能差，三相不同步分、合閘，故障開斷能力小，操作困難，壽命短的缺陷，從而限制了安裝在斷路器柜內(nèi)的使用?，F(xiàn)在裝在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的新型負(fù)荷開關(guān)在結(jié)構(gòu)上作了很大的改變，其觸頭形式為筒形觸頭，上帶筒形滅弧管，在斷開電流過(guò)程中，主觸頭分開后幾毫秒內(nèi)還傳導(dǎo)電流，然后迅速斷開，保證了主觸頭之間不產(chǎn)生電弧，因此具有良好的電氣性能，提高了負(fù)荷開關(guān)的開斷能力和壽命。當(dāng)前10kV負(fù)荷開關(guān)的開斷能力有400A、630A和1 250A三種，分別可以分合5 000kVA、8 500kVA和17 000kVA負(fù)荷。負(fù)荷開關(guān)的操作方式有傘齒輪手動(dòng)、旋轉(zhuǎn)手動(dòng)、交流或直流電動(dòng)操作。各種操作方式均帶彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。當(dāng)開關(guān)軸旋轉(zhuǎn)，使曲柄彈簧機(jī)構(gòu)的螺旋壓簧儲(chǔ)能，在過(guò)死點(diǎn)將觸電管相應(yīng)移至“合”或“分”的位置后，能量釋放，達(dá)到高速度分、合閘。彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)使手動(dòng)操作人員操作更加方便。現(xiàn)在大多負(fù)荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜都采用手動(dòng)操作方式。
　　在負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合的環(huán)網(wǎng)柜中，熔斷器是開斷電流很高的限流熔斷器，開斷過(guò)程是熔體熔化而引起的電弧在石英砂作用下滅弧斷開電路，同時(shí)熔斷器撞針啟動(dòng)負(fù)荷開關(guān)的脫扣鍵 (即彈簧儲(chǔ)能撞擊器)，使負(fù)荷開關(guān)三極觸頭同步分閘。整個(gè)開斷過(guò)程按反時(shí)限的時(shí)間特性，在10ms內(nèi)迅速切斷故障，不會(huì)出現(xiàn)缺相供電現(xiàn)象。由于動(dòng)作時(shí)間很短，轉(zhuǎn)移電流(熔斷器的熔體熔斷使彈簧儲(chǔ)能撞擊器將負(fù)荷開關(guān)分閘的整個(gè)過(guò)程中線路承受的故障電流)遠(yuǎn)小于故障電流峰值，有效地保護(hù)了線路和設(shè)備。因此負(fù)荷開關(guān)+熔斷器環(huán)網(wǎng)柜保護(hù)更安全、可靠，線路設(shè)計(jì)也不需短路電流校驗(yàn)，節(jié)省了線路造價(jià)。環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)緊湊，比手車柜散熱好，外形尺寸小，同時(shí)可以靠墻或離墻安裝，占地面積小，節(jié)約土建造價(jià)。
4　環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)運(yùn)用
　　環(huán)網(wǎng)柜一般采用手動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作方式。當(dāng)采用電動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作，并設(shè)有繼電保護(hù)、信號(hào)要求功能的環(huán)網(wǎng)柜時(shí)，應(yīng)根據(jù)要求提供交流或直流二次電源，一般宜采用交流彈簧儲(chǔ)能操作方式。交流二次電源可由電壓互感器柜提供。小型系統(tǒng)宜采用手動(dòng)彈簧儲(chǔ)能操作方式。此時(shí)，超溫、瓦斯保護(hù)和信號(hào)顯示所需的電源，因超溫和瓦斯都是在變壓器運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)、節(jié)省投資，保護(hù)、信號(hào)電源可從變壓器低壓側(cè)引出，與超溫、瓦斯信號(hào)線共用一根控制電纜引至環(huán)網(wǎng)柜。
5　結(jié)　語(yǔ)
　　從國(guó)外幾十年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和深圳特區(qū)運(yùn)行情況來(lái)看，10kV電網(wǎng)采用負(fù)荷開關(guān)+熔斷器保護(hù)變壓器是行之有效的。過(guò)去那種不分使用場(chǎng)合和使用性質(zhì)，一律采用斷路器既不經(jīng)濟(jì)也不科學(xué)，應(yīng)盡快改變城市電網(wǎng)現(xiàn)狀，大力推廣環(huán)網(wǎng)供電，使城市電網(wǎng)布局更合理。
作者簡(jiǎn)介：文國(guó)良，1965年生，男，工程師，主要從事建筑電氣工程的研究與設(shè)計(jì)方面工作.
作者單位：武漢水利電力大學(xué)(宜昌)建筑設(shè)計(jì)研究院，宜昌　443002
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