环网供电及负荷开关应用浅析

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环网供电及负荷开关应用浅析

爱之箭

随着环网供电技术的日益成熟，环网供电以其独特的优越性在城网配电系统中广泛采用。目前城网中普遍采用的是中压12 kV电压等级的配电方式。在12 kV电压等级配电网中的主设备一环网柜，有进口的，也有我国自行设计生产的环网供电单元，现有产气式、压气式、真空及SF6等型。可是随着我国电力工业持续高速发展，尤其是城乡电网的现代化建设与改造，对电器产品的合理配置提出了更新的要求；用户也对供电质量和可靠性提出了更高的要求。目前我国的配电网很薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，可靠性差，尤其在农村，送电距离太长，损耗严重，电压质量差。而采用电压等级较高的电网络，具有耗材少，传输功率大等优点，因而我国城网和农网中采用的40.5kV电压等级的配电网络已得到供电部门和用户的充分认可。但目前我国40.5kV电压等级配电网的切换装置基本上仍使用价格较贵的断路器，个别场合使用的负荷开关尚依赖进口，因而40.5 kV配电网络中的环网柜的设计和发展前景有待进一步的探讨。
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! A: Y! r, [* C1 O& r) y1　负荷开关的市场需求
   欧美各国城市电网负荷密度大，电缆发展快，中压电网大都以环网接线，开环运行，负荷开关使用较多(其在国外已推行了半个世纪)，发展快，现已开发了产气式、压气式、真空、SF6等小型化环网开关柜。而我国在“九五”期间，环网柜才开始有了长足的发展。为了提高城市供电可靠率，而采用环网供电方式的地方也越来越多，使负荷开关和环网开关单元的使用大量增加。据专家指出，“十五”后三年，随着电力工业加速发展及国民经济迅速发展，中压开关柜将有较大增长．预计“十五”末期可达到21万面，如果按断路器柜与负荷开关柜、接触器柜比例约为2:1来测算，则断路器柜为14万面，负荷开关与接触器柜为7万面，中压主要开关元件可达25万台。但是我国中压开关及开关柜的产品与国外产品的差距是参数还不够高。国外开关产品的质量，特别是真空灭弧室的质量稳定，开关产品工艺细致，外形美观(如VD4型开关)。我国高压开关行业“九五”规划也指出：相比断路器而言，负荷开关结构简单，制造容易、造价低、运行维护方便，我国开发负荷开关势在必行，很有必要。
    　现使用的开关产品种类不少，但从起主要保护控制功能及配用高压开关柜情况来看，主元件有断路器、负荷开关及接触器。目前国外负荷开关与接触器在中压电网中使用数量显著高于断路器，而我国则相反。近几年我国的装备政策也正逐步调整，在12kV配电网中，负荷开关与接触器使用比例也将日趋上升。40.5kV级主开关元件目前虽仍以断路器为主，但随着今后的技术研发和提升，如能设计和生产智能化、小型化、高可靠性、操作简单、少维护方向发展的负荷开关，则将凭借其自身的优势取代断路器，获得一个较大的市场量。“十五”期间，40.5kV主开关元件总数约16500台，预计将以2.1%的年增长率上升，由此看来40.5kV电压等级的负荷开关市场需求量较大，有很大的发展潜力。
0 {( T' ~! O/ H2 S+ a2　国内外环网柜的技术发展
    　近几年来，国外环网柜技术发展很快，性能逐步提高。主要体现在技术参数和寿命的逐步提高，体积减小，故障率低。如：西门子、ABB，美国通用电气(GE)、西屋公司等国外厂家的产品，最大容量指标为：
    　12 kV柜：额定电流5000A，额定短路开断电流63 kA。
  q9 j7 ]  n6 W) p1 x# N! W   　 40.5 kV柜：额定电流2500A．额定短路开断电流40 kA。
    　采用良好的绝缘材料防潮、防尘、减少运行故障；高可靠性，特别是以真空开关柜尤为突出；较多产品的机械寿命达到3万次，个别达到6万次，10年以上不需润滑，免维护。
　　我国自20世纪80年代以来，随着引进消化国外产品，技术水平迅速提高，品种也迅速增加到几十种。在12 kV电压等级上，空气环网柜占据一定市场，其特点是生产加工方便，维修简单，成本和价格低。40.5 kV级环网柜的使用起步较晚，开始基本依赖进口(价格很高)。近几年来国内生产厂家引进元件组装和采用联合开发的方法，相继推出了国产化的环网柜，其产品技术水平、技术经济指标及其适用性与国外先进水平相比，还存在较大差距。目前40.5 kV级的环网柜产品还远不能满足当今电网改造的需要，它的可靠性以及生产工艺水平有待于提高。真空和SF6环网柜由于性能指标高，具有技术经济的优势，是40.5 kV级环网柜发展的趋势。   
　　特别是电网中变电所负荷急剧增加和小型发电机组并网运行，导致大额定电流、大短路开断电流以及频繁操作、低过电压等专用型的技术需求，环网柜元件质量的提高尤为重要，因而今后40.5kV级环网柜的开发应达到的总目标应是：发展高可靠、免维修、智能化、小型化、操作方便、外观精美、供货周期短、成本低的产品。
环网柜及其负荷开关的特点分析
/ R& K( {: t3 ^3 R1　高压环网柜的型式及特点
/ V# d. S0 a8 b$ |- E    　环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。
3 t' @  c& u: X5 z# I. j　　环网柜一般分为空气绝缘和SF6绝缘两种，用于分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，一定距离架空线路、电缆线路的充电电流，起控制和保护作用，是环网供电和终端供电的重要开关设备。柜体中，配空气绝缘的负荷开关主要有产气式、压气式、真空式，配SF6绝缘的负荷开关为SF6式，由于SF6气体封闭在壳体内，它形成的隔断断口不可见。环网柜中的负荷开关，一般要求三工位，即切断负荷，隔离电路、可行靠接地。产气式、压气式和SF6式负荷开关易实现三工位，而真空灭弧室只能开断，不能隔离，所以一般真空负荷环网开关柜在负荷开关前再加上一个隔离开关，以形成隔离断口。
  t! V9 O" _3 @5 t$ ~1 R- f   　 (1)12 kV负荷开关　户内12 kV负荷开关有以下四种：产气式、压气式、真空式和SF6式。现在应用最广泛的是SF6负荷开关。采用SF6负荷开关制成的环网供电单元因体积小，开断性能好受到了许多大城市如北京、深圳、广州等电力用户的青睐，但此类开关价格昂贵，在一般大声调和中等城市市场有限。产气式开关的环网供电单元只能用于开断容量小，不频繁操作的场合，此外，其体积大，使用受到限制。真空负荷开关环网供电单元在国内应用也较普遍，其价格较SF6负荷开关环网供电单元低近30%，开断能力优良，但是体积较大。
　　(2)40.5kV负荷开关　目前40.5kV负荷开关主要有SF6和真空两种，多为户外使用。由于产气式或压气式负荷开关的开断能力不足．当主变压器发生重瓦斯故障和当熔断器单相熔断时，负荷开关因没有足够的开断转移电流的能力而无法跳闸，不能实现缺相保护，这对于无人值班变电所是不允许的。如变压器运行中出现过负荷电流，此电流大于负荷开关的额定开断电流而小于熔断器的熔断电流时，就有可能存在保护“死区”，这种情况已有许多省份的运行人员提出来．所以目前的40.5kV级首选SF6和真空负荷开关。它们最突出的特点是开断性能好，能满足转移电流的要求和使用寿命长，且都属于免维护检修或少维护检修类型的开关。
, H0 v7 A$ f: E+ D9 d$ Y! J    　在我国农网建设和改造中更适合农村地域环境的负荷开关应数真空负荷开关。它适用于户外架空配电网和户外变电站，适用于城网和架空线路和终端供电设备。真空负荷开关的特点是重量轻、体积小．在开断电流过程中无强烈的声光现象，对真空灭弧室的触头采用了铜钨或铜碲硒铁的合金材料，大大降低了截流值和强化了抗熔焊能力，无火灾爆炸危险，不需检修；其机械寿命和电寿命大大超过了一般的负荷开关，可达到2000次以上的操作次数；在分闸状态有明显的可见断口，隔离刀与三相真空灭弧室联动，通过动作时序配合，真空灭弧，而隔离刀在分断和关合过程中不起弧；全敞开式；不需密封、不充油、不充气；可手动、电动操作。它可以分合负荷电流，亦可开断变压器空载电流，一定距离的架空线路、电缆线路和电容器组的电容电流。具有分段、隔离、连接、切换等功能，结构如图所示，其参数如表所示。

stevenweiwei

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