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中壓環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展
發(fā)布時間:2017/6/10 13:38:25    被閱覽數(shù): 717
   隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快,高壓進入市區(qū),直接深入負荷中心,環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。
 
1前言
  
  隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快,高壓進入市區(qū),直接深入負荷中心,環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。配電電壓從以前的380V提升到10kV,進而從l0kV上升到20kV!度珖┯秒娨(guī)程》規(guī)定,凡送電容量超過160kVA,或用電容量超過250kW,則要求上高壓。隨著城市高樓大廈的崛起,生活小區(qū)的形成以及生產(chǎn)的集團化和規(guī)模化,需要高壓送電給負荷中心。有關(guān)資料顯示,如果將電壓從380V提高到萬伏級(10kV),可以減少線路損耗60%,又可減少用銅量及總投資52%,技術(shù)效益相當(dāng)可觀。
  環(huán)網(wǎng)柜屬二次配電設(shè)備。二次配電設(shè)備是指將高壓變壓器受電的一次配電設(shè)備的電能進行再分配的中壓開關(guān)設(shè)備。二次配電設(shè)備基礎(chǔ)元件為負荷開關(guān)和限流熔斷器,不但經(jīng)濟,而且保護特性好(如限流熔斷器保護變壓器)。我國傳統(tǒng)二次配電設(shè)備是用斷路器,不但價格貴,保護性也不好。改革開放后,從珠江三角洲開始,引進的以負荷開關(guān)和熔斷器為基礎(chǔ)的二次配電設(shè)備已日益深入人心。我國中壓斷路器與負荷開關(guān)(含接觸器)比例已由1980年前的10:l,降為2003年的2.1:1,這是我國二次配電設(shè)備政策的革命性變化。但與國外相比,我國斷路器與負荷開關(guān)之比相去甚遠,國外(如德國、日本等)斷路器與負荷開關(guān)之比為l:5~6,而我國現(xiàn)未達到1:1,要達到1:5~6還要付出巨大努力。
  
2環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展趨勢
  
  在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造和建設(shè)中,推行環(huán)網(wǎng)供電,即用電纜、走地下、呈環(huán)路,可以減少供電的中斷,同時大大減少臨時性的故障。因而,這種環(huán)網(wǎng)供電單元(環(huán)網(wǎng)柜)應(yīng)運而生! 
  環(huán)網(wǎng)柜英文叫環(huán)網(wǎng)供電單元(RMU),它因城市推行環(huán)網(wǎng)供電而問世。在國外上世紀(jì)80年代初就已推出環(huán)網(wǎng)柜。此后世界高壓開關(guān)制造商紛紛推出自己的環(huán)網(wǎng)柜。今天在中國市場上的環(huán)網(wǎng)柜,有國外及合資企業(yè)的產(chǎn)品,也有國內(nèi)研制的產(chǎn)品! 
  我國目前的中壓配電電壓為l0kV,近年來,由于電力負荷的急劇增加,尤其城市生活用電和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用電迅速增長,10kV配電電壓已不能滿足城鄉(xiāng)經(jīng)濟發(fā)展的需要。這從國網(wǎng)公司推廣20kV配電電壓等級中可以看出。去年,根據(jù)國家電網(wǎng)公司“關(guān)于推廣20kV電壓等級的通知”的精神,20kV電壓等級很快升溫。江蘇省率先在省內(nèi)13個市推廣20kV電壓等級試點供電項目。早在l993年,蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)在中國第一個采用20kV電壓供電。而目前我國中壓配電網(wǎng)基本以10kV為主。隨著經(jīng)濟的快速增長,特別是在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū),現(xiàn)有10kV配電系統(tǒng)容量小、損耗大等問題日益突出,已經(jīng)很難承受急劇增長的用電負荷。與傳統(tǒng)的10kV配電網(wǎng)相比,20kV配電網(wǎng)不但可以增加供電能力,加長供電距離、節(jié)約電能、降低75%的電力損耗,還具有顯著的環(huán)保效益! 
  據(jù)測算,輸送同等功率20kV供電線路的有色金屬耗量可減少50%,節(jié)約建設(shè)投資約40%。20kV等級早已列入國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)(IEC38一1983)中,已被數(shù)十個國家和地區(qū)采用,我國與1993年將24kV配電電壓列入GBl56?93標(biāo)準(zhǔn)中! 
  20kV配電電壓的推廣,將給高壓開關(guān)制造帶來很大的商機。24kV環(huán)網(wǎng)供電單元(環(huán)網(wǎng)柜)必然走俏。如ABB于2008年11月宣布為江蘇省泰州市靖江地區(qū)的24kV配電網(wǎng)提供24kVSafe系列充氣環(huán)網(wǎng)柜。這是ABB繼1993年中標(biāo)中國第一個24kV供電項目蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)后,第二次參與國內(nèi)20kV供電項目的建設(shè)。  
  國外制造商早就制造有24kV環(huán)網(wǎng)柜,如西門子、ABB等80年代初就推出12/24kV環(huán)網(wǎng)柜。這是由于國外許多國家和地區(qū)以24kV作為中壓配電的主電壓。如歐美的美、法、英、德、意、獨聯(lián)體;亞洲的日本、新加坡、印度、韓國、越南、老撾、緬甸、印尼、孟加拉、伊朗;非洲的埃及、贊比亞、安哥拉等國。因此對國內(nèi)企業(yè)來說,急切需要開發(fā)和生產(chǎn)24kV環(huán)網(wǎng)柜,這不僅是國內(nèi)市場的需要,也是國際市場的需要,應(yīng)抓住這一商機。
  
3國內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)現(xiàn)狀
  
  我國1998年實施城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造,由于高壓直接進人市區(qū),深入負荷中心,推行環(huán)網(wǎng)供電,這就加速了環(huán)網(wǎng)柜的研發(fā)與生產(chǎn)。于是環(huán)網(wǎng)柜特別是12kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量劇增。根據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2003年12kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量為9265臺,而2006年產(chǎn)量達87955臺,幾乎為2003年的10倍,而這僅僅過了3年。2006年的87955臺相比2005年的69445臺,增加185l0臺,增長率為27%。生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜的企業(yè)多達133家。產(chǎn)量3000臺以上的企業(yè)有5家,分別為亞洲電力設(shè)備(深圳)有限公司(12380臺)、寧波天安(集團)股份有限公司(8957臺)、蘇州阿,m開關(guān)有限公司(4675臺)、上海天靈開關(guān)廠(3698臺)、北京科銳配電自動化股份有限公司(3150臺),這些企業(yè)產(chǎn)量合計占行業(yè)總量的37%。而40.5kV環(huán)網(wǎng)柜僅84臺,24kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量空缺。在國網(wǎng)公司推廣24kV電壓等級的今天,必須加快24kV環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)! 
  環(huán)網(wǎng)柜有空氣絕緣柜和氣體絕緣柜。在這兩種柜中,氣體絕緣柜用的最多,成為主導(dǎo)產(chǎn)品。氣體絕緣柜主要是SF6環(huán)網(wǎng)柜。SF6環(huán)網(wǎng)柜因利用絕緣性能優(yōu)異的SF6氣體絕緣,故整個柜子不受外部環(huán)境的影響,同時SF6氣體的絕緣性能是空氣的三倍,因而SF6環(huán)網(wǎng)柜體積小,占地面積少,備受用戶的青睞。
  
4環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)
  
  環(huán)網(wǎng)柜是因高壓直接進入市區(qū),深入負荷中心,形成“高壓受電-變壓器降壓-低壓配電”的供電格局而興起。環(huán)網(wǎng)柜一般由三間隔組成:即兩個環(huán)纜進出線間隔和一個變壓器間隔。在這里,高壓開關(guān)面臨對變壓器故障時的保護問題。對變壓器的保護,一般有兩個途徑:一是利用斷路器;另一個是利用負荷開關(guān)+限流熔斷器。但實踐證明,后者保護效果更好。其原因主要是負荷開關(guān)+限流熔斷器能保護故障時的變壓器,這早已被國外做的短路試驗所證實。這里保護的變壓器一般為小容量變壓器。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時,為使變壓器油箱不爆炸,必須在20ms內(nèi)切除故障。這時若用斷路器來切除故障,斷路器的全開斷時間由三部分組成:繼電保護時間+固有分閘時間+燃弧時間,一般需要三周波(60mms),因此斷路器因動作時間長,難以在20ms內(nèi)有效保護變壓器。而限流熔斷器有速斷功能,能在l0ms內(nèi)切除故障,并與負荷開關(guān)聯(lián)動,令負荷開關(guān)三相動作,有效保護變壓器。這就是環(huán)網(wǎng)柜普遍使用負荷開關(guān)+限流熔斷器的最主要原因! 
  在負荷開關(guān)+限流熔斷器組合電器中,對負荷開關(guān)提出比一般負荷開關(guān)更高的要求。它必須能夠開斷遠大于其額定電流的轉(zhuǎn)移電流和交接電流。  
  現(xiàn)代負荷開關(guān)有兩個明顯的特點:一是三工位,即合一分一接地,完成開斷、隔離和接地任務(wù);二是滅弧與載流分開。滅弧系統(tǒng)專門滅弧,不承受動熱穩(wěn)定電流,而載流部分專門承載正常電流,不參與滅弧! 
  負荷開關(guān)在結(jié)構(gòu)上有多種多樣,其中油負荷開關(guān)與磁吹負荷開關(guān)已被淘汰。目前,負荷開關(guān)主要有以下4種:產(chǎn)氣式、壓氣式、真空式、SF6式。而這4種中,從使用的情況看明顯趨于SF6式! 
  SF6式負荷開關(guān)有了很大發(fā)展,這主要表現(xiàn)在如下方面:(1)滅弧方法更加豐富,除了原先用得多的壓氣式,最新出現(xiàn)了滅弧柵式和旋弧式,這使滅弧更加簡單,不像壓氣式那樣需由操動機構(gòu)提供壓縮功;(2)殼體原先多為澆鑄樹脂殼體,現(xiàn)又出現(xiàn)了不銹鋼殼體。不銹鋼殼體強度大、且可接地,更加安全;(3)原先SF6負荷開關(guān)模塊中將母線外露,現(xiàn)有的已裝入氣室內(nèi),不會觸電,增加了安全感;(4)原SF6負荷開關(guān)的動刀位置主要靠指示,現(xiàn)在殼體內(nèi)設(shè)有大視窗,可直接觀察到動刀位置,更直觀。這些特點在ABB負荷開關(guān)中可明顯看出。ABB負荷開關(guān)經(jīng)歷了SFL一SFG?Safering。其中SFL為澆注樹脂殼體,回轉(zhuǎn)壓氣式;SFG型為澆注樹脂殼體,滅弧柵滅弧,設(shè)有大視窗,Safering型環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)SF6負荷開關(guān)為不銹鋼殼體,開有大視窗,用滅弧柵滅弧,母線置于氣室內(nèi)! 
  環(huán)網(wǎng)柜的絕緣有用空氣絕緣和氣體絕緣。而以SF6絕緣的環(huán)網(wǎng)柜成為主流產(chǎn)品。國外打入中國市場的環(huán)網(wǎng)柜多是SF6環(huán)網(wǎng)柜。這些產(chǎn)品在2002年11月13日至l6日在北京舉行第系列、8DH系列和SIMOSEC型,ABB的RGC型、Uniswitch型、SFG型及Safering型和Safeplus型,Schneider公司的RM6和SM6型,葡萄牙易發(fā)公司的Normofix型,VEI公司的UNIFLUORC型,Areva公司的FBX、Fluokite24型,日本東芝的VRM一1型,德國Drischer公司的MINEX型及ORMAZABAL公司的CGM型等。  
  除SF6環(huán)網(wǎng)柜,還有用于干燥空氣絕緣的環(huán)網(wǎng)柜,如Eaton的Xiria型環(huán)網(wǎng)柜,用于干燥空氣絕緣,配用小型真空斷路器。此柜尺寸小且環(huán)保、安全! 
  從中國市場上看,可將環(huán)網(wǎng)柜分為兩種:一種為外資和合資產(chǎn)品,另為國內(nèi)聯(lián)合設(shè)計和自主開發(fā)的產(chǎn)品。聯(lián)合設(shè)計的產(chǎn)品如HXGN6型、HXGN9型、XGN15型等,自主開發(fā)的產(chǎn)品如HXGN1型、HXGN2型、HGN24型、HXGN26型、XGN68型等。
  
5典型產(chǎn)品介紹
  
  由以上可見,中國市場上的環(huán)網(wǎng)柜類型很多。作為典型產(chǎn)品,這里介紹4種:一種為中標(biāo)泰州市靖江地區(qū)20kV配電網(wǎng)的ABBl2/24kVSafe系列SF6環(huán)網(wǎng)柜,另二種為列入上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品的LMG、LCG系列環(huán)網(wǎng)柜和ELA/MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜,第4種為Eaton公司Xiria(西瑞)型干燥空氣絕緣且配小型真空斷路器的環(huán)網(wǎng)柜! 
  目前國內(nèi)外環(huán)網(wǎng)柜參數(shù)達到額定電壓l2、24、40.5kV,額定電流200,400,630,1250A,額定短時耐受電流16,20,25kA,柜寬:空氣式多為350mm,最小210mm,空氣絕緣式為600mm左右。  
 。1) ABB12/24kVSafe系列環(huán)網(wǎng)柜  
  2008年3月11日,ABB宣布為江蘇省泰州市靖江地區(qū)的20kV配電網(wǎng)提供Safe系列充氣環(huán)網(wǎng)柜。這是ABB繼l993年中標(biāo)中國第一個20kV供電項目??蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)后,二次參與國內(nèi)20kV供電項目的建設(shè)。  
  Safe系列環(huán)網(wǎng)柜所有帶電部件和開關(guān)的封閉在不銹鋼殼體內(nèi),整個開關(guān)裝置不受外界環(huán)境條件的影響,從而可以確保運行可靠性及人身安全,并且實現(xiàn)了免維護! 
  Safe系列環(huán)網(wǎng)柜中,Safering為緊湊型,Safeplus為擴展型。兩者有相同的用戶界面。其額定電壓為12/24kV,額定電流630A/1250A。Safe環(huán)網(wǎng)柜的90%~95%材料可以再生利用,塑料被單獨加以標(biāo)識,以利回收利用。  
 。2)LMG、LCG系列SF6環(huán)網(wǎng)柜  
  該產(chǎn)品被列為2007年上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品。
  該產(chǎn)品是上海天靈開關(guān)廠有限公司應(yīng)用德國當(dāng)代先進技術(shù)設(shè)計開發(fā)的新一代小型化SF6環(huán)網(wǎng)柜。其參數(shù)做到額定電壓12?40.5kV。額定電流630A~2500A! 
  LMG系列為緊湊型,單氣箱結(jié)構(gòu),用SF6氣體絕緣,LCG系列為擴展型,多間隔共箱結(jié)構(gòu),用SF6氣體絕緣。兩種系列產(chǎn)品可任意組合,左右可靈活擴展! 
  該產(chǎn)品具有如下特點:  
 、俨皇芡饨绛h(huán)境影響。所有高壓帶電部位全部密封在充以低壓SF6氣箱內(nèi),實現(xiàn)全絕緣。  
 、谀K化設(shè)計。由不同模塊組合實現(xiàn)各種主接線,實現(xiàn)小型化,模塊化! 
 、鄄捎霉柘鹉z連接器,方便且可靠地實現(xiàn)柜與柜之間機械和電氣連接。  
 、懿捎萌帘坞娎|進出線! 
 、菘膳溆酶邏罕O(jiān)視元件、綜合數(shù)字式繼電器。  
 、蘅刹捎脽o源數(shù)字式繼電器。  
 、邇蓚回路進線單元可加裝自投裝量! 
  (3)12/24kVGISELA/MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜  
  該產(chǎn)品被列入2007年上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品。  
  該產(chǎn)品是許繼德理施爾電氣有限公司在引進德國德理施爾公司最新技術(shù)和工藝基礎(chǔ)上,使用國內(nèi)外整套高精尖生產(chǎn)加工設(shè)備和試驗設(shè)備、自行生產(chǎn)的新產(chǎn)品! 
  該產(chǎn)品是由不銹鋼殼體制成的完全密封的完整系統(tǒng)。其所有帶電部件及開關(guān)密封于不銹鋼殼體內(nèi)。擴展母線完全絕緣和屏蔽,整個開關(guān)裝置不受外部環(huán)境的影響,實現(xiàn)了免維護。通過選擇可擴展母線,產(chǎn)品還可以任意組合,達到全模塊化設(shè)計。該產(chǎn)品參數(shù)做到額定電壓12/24kV,額定電流630A/l250A。  
  該產(chǎn)品具有如下特點:  
 、贉缁≡硐冗M。GISELA/MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜采用先進的吸氣活塞和去離子?xùn)艤缁≡! ?/FONT>
  ②獨特的雙重氣室。開關(guān)的滅弧室是獨立的、密封的,因此滅弧介質(zhì)與絕緣介質(zhì)獨立于SF6氣體之中。該技術(shù)的優(yōu)越性在于,即使外殼失效,整個開關(guān)的開斷能力也能得到可靠的保證,在最大程度上確保了設(shè)備的正常運行! 
 、垠w積小巧。GISELA/MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜的負荷開關(guān)柜寬度只有315mm,最小可做到210mm,深度只有518mm,高度僅為l300mm! 
  ④柜體中安裝了內(nèi)部故障電弧限制裝置,對人身和設(shè)備提供了最大程度的保護。該保護裝置通過安裝在電纜室內(nèi)的自動快速接地開關(guān)來完成。接地開關(guān)將在故障電弧產(chǎn)生的幾毫秒內(nèi)迅速動作熄弧。該裝置具有多種優(yōu)勢:沒有高溫氣體從SF6絕緣部分散逸,提供了最好的人身及設(shè)備保護;無需單獨設(shè)置泄壓通道,柜體結(jié)構(gòu)變得簡單經(jīng)濟;內(nèi)部故障電弧限制裝置安裝在電纜室內(nèi),可使設(shè)備損壞降至最低;故障排除后只需對開關(guān)柜進行檢查即可繼續(xù)投用! 
 、莩錃鈮毫Φ。氣箱內(nèi)用于絕緣的壓力只有0.017MPa,同體積下使用SF6氣量少,既經(jīng)濟又環(huán)保,充氣后箱體也不會變形。  
 、尥粴庀涞膯卧獢(shù)量多,一個氣箱內(nèi)可以做到6個單元,最多可以做到10個單元。
 。4)Xiria(西瑞)型環(huán)網(wǎng)柜  
  該產(chǎn)品由荷蘭Holec公司研制成。在2003年舉行的第17屆國際配電網(wǎng)會議上,Holec公司以其論文《創(chuàng)新的環(huán)網(wǎng)供電單元設(shè)計:安全性與適用性》介紹新研制的Holec(西瑞)型環(huán)網(wǎng)供電單元(環(huán)網(wǎng)柜),后又在2005年第l8屆國際配電網(wǎng)會議上,該公司展出了Xiria型環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品。Holec公司為了將它的產(chǎn)品打入北美市場,特別是美國和加拿大,加入了美國Eaton(伊頓)公司電力部,并于2004年在美國成立了EatonHolec公司,現(xiàn)Eaton公司又將Xiria環(huán)網(wǎng)柜拿到中國,交給屬于它的森源開關(guān)公司,本土化生產(chǎn)。
  Xiria型環(huán)網(wǎng)柜分l2kV和24kV,額定電流630A。其主要特點如下:  
  ①用干燥空氣絕緣,不用SF6氣體;  
 、谑褂眯⌒驼婵諗嗦菲,而不用三工位SF6負荷開關(guān)+限流熔斷器;  
  ③終身密封設(shè)計。一次帶電元件與操動機構(gòu)終身密封在鋼板箱體內(nèi),使其不受環(huán)境影響;  
  ④周全的保護和控制。配備了新設(shè)計的和最佳化的電子保護;  
 、葑畲蟛僮靼踩浴卧拥氐耐瓿,通過真空滅弧室從工作位置轉(zhuǎn)換到斷開位置,轉(zhuǎn)換隔離開關(guān)到接地位置和再合上真空滅弧室。這種接地安全,因為真空滅弧室的設(shè)計能夠關(guān)合短路電流;  
 、扌⌒突。這是通過優(yōu)化電場、優(yōu)選絕緣材料及采用小型化真空滅弧室達到的。例如3單元環(huán)網(wǎng)柜尺寸(mm)為1100(寬)×600(深)×1305(高);  
 、呖箖(nèi)部故障電弧。Xiria型環(huán)網(wǎng)柜經(jīng)受了內(nèi)部故障電弧試驗。其中12kV級通過了20kA/s,24kV級通過了16kA/s。

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