1、環(huán)網(wǎng)柜概述

 

1.1什么叫環(huán)網(wǎng)柜

 

環(huán)網(wǎng)柜是一組高壓開關設備裝在鋼板金屬柜體內(nèi)或做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)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(jié)構簡單、體積小、價格低、可提高供電參數(shù)和性能以及供電安全等優(yōu)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(huán)網(wǎng)柜。環(huán)網(wǎng)柜是一個約定俗成的叫法，原指的是負荷開關柜用于環(huán)網(wǎng)式供電，現(xiàn)在經(jīng)常被人當作負荷開關柜的代名詞，而不管是否被用于環(huán)網(wǎng)式供電，如有些線路要合環(huán)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(xiàn)這些功能的配電柜就叫環(huán)網(wǎng)柜。故環(huán)網(wǎng)柜是一種能實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電的開關設備，常用于環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，故俗稱環(huán)網(wǎng)柜，也稱“戶外箱式環(huán)網(wǎng)柜”、“開閉器”。

 

負荷開關柜可以用于環(huán)網(wǎng)式供電、中壓分界室派接、中壓末端變電室供電，各地區(qū)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(guī)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(qū)可能是 1600KVA。負荷開關柜構造簡單，成本較低，體積較小，多數(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)供電和終端供電的重要開關設備。

 

1.2分類

 

環(huán)網(wǎng)柜根據(jù)氣箱結(jié)構分為共箱式與單元式；根據(jù)整體結(jié)構分為美式與歐式；根據(jù)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(jù)戶內(nèi)外分戶內(nèi)環(huán)網(wǎng)和戶外環(huán)網(wǎng)。

 

1.2.1美式環(huán)網(wǎng)柜

戶外設計，體積小、免維護。

堅固的內(nèi)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(tǒng)共箱式設計，多路進出線在一個箱體中，結(jié)構緊湊，可靠性高。

開關組合方式靈活。

 

▲ 美式環(huán)網(wǎng)柜

1.2.2歐式環(huán)網(wǎng)柜

1.2.2.1 共箱式歐式環(huán)網(wǎng)柜

環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)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(jīng)冷鍛壓工藝加工而成，保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量。

 

▲ 歐式環(huán)網(wǎng)柜

 

1.3基本組成

 

環(huán)網(wǎng)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(nèi)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(tǒng)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(huán)網(wǎng)柜的正面裝有觀察窗，可看到接地開關的“分”、“合”位置。在環(huán)網(wǎng)柜的后部裝有防爆裝置。

 

負荷開關采用壓氣內(nèi)吹式結(jié)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(shù)。

 

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(huán)氧澆注的絕緣殼體內(nèi)，熔斷器熔斷后，彈出撞針，負荷開關分閘。

 

操動機構室位于環(huán)網(wǎng)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(zhuǎn)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(tài)顯示牌及加鎖位置，負荷開關和接地開關的操作具有聯(lián)鎖裝置，以防止誤操作。

 

1.4型號意義

 

環(huán)網(wǎng)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(nèi)

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(yè)在較前面增加“H”，表明“環(huán)網(wǎng)”的意思。

 

1.5主要技術參數(shù)

 

 

 

2、工作原理及結(jié)構

2.1工作原理及特點

 

 

 

▲ 環(huán)網(wǎng)

 

環(huán)網(wǎng)是指環(huán)形配電網(wǎng)，即供電干線形成一個閉合的環(huán)形，供電電源向這個環(huán)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(cè)干線取電源，又可以從它右側(cè)干線取電源。當左側(cè)干線出了故障，它就從右側(cè)干線繼續(xù)得到供電，而當右側(cè)干線出了故障，它就從左側(cè)干線繼續(xù)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(huán)網(wǎng)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(huán)形干線的一部分。就是說，環(huán)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(huán)網(wǎng)柜”。實際上單先拿出一臺環(huán)網(wǎng)柜是看不出“環(huán)網(wǎng)”的含義的。

這些環(huán)網(wǎng)柜的額定電流都不大，因而環(huán)網(wǎng)柜的高壓開關一般不采用結(jié)構復雜的斷路器而采取結(jié)構簡單的帶高壓熔斷器的高壓負荷開關。也就是說，環(huán)網(wǎng)柜中的高壓開關一般是負荷開關。環(huán)網(wǎng)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(jié)合起來取代了斷路器。當然這只能局限在一定容量內(nèi)。

這樣的開關柜也完全可以用到非環(huán)網(wǎng)結(jié)構的配電系統(tǒng)中，于是隨著這種開關柜的廣泛應用，“環(huán)網(wǎng)柜”就跳出了環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)柜一般由三個間隔組成，即 2 個 環(huán)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(yōu)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(yōu)點外，其突出優(yōu)點是容易實現(xiàn)三工作位(接通、斷開和接地)，小電流(電感、電容)開斷，抗嚴酷環(huán)境條件能力強。適宜在城鄉(xiāng)中壓配電網(wǎng)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(zhì)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(jié)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(nèi))和正常工作電流的關合和開斷，并且還要求承擔"轉(zhuǎn)移電流"的開斷。而干式變壓器高壓側(cè)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(fā)器的熔斷器，只要任何一個觸發(fā)器動作，其聯(lián)動機構會使負荷開關三相同時自動分閘。兩者有機的結(jié)合起來， 就可滿足配電系統(tǒng)各種正常和故障下運行操作保護的要求。

環(huán)網(wǎng)柜可分為戶內(nèi)環(huán)網(wǎng)和戶外環(huán)網(wǎng)，戶內(nèi)環(huán)網(wǎng)一般用于高壓側(cè)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(huán)網(wǎng)一般用于城市電網(wǎng)，采用共箱式的 SF6 環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)供電的方案一般采用一路環(huán)進，一路環(huán)出，兩到三回做做出線回路，即形成手拉手的環(huán)網(wǎng)供電模式。為保證供電的可靠性，連續(xù)性，采用兩個進線供電，這就形成了一個環(huán).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(huán)網(wǎng)只有是三個柜子兩進一出加上電源就構成一個環(huán)。這可是較基本的環(huán)網(wǎng)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(wǎng)連接成環(huán)形。這種供電方式簡稱為環(huán)網(wǎng)供電。在工礦企業(yè)、住宅小區(qū)、港口和高層建筑等交流 10KV 配電系 統(tǒng)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(tǒng)通常采用環(huán)形網(wǎng)供電，所使用高壓開關柜一般習慣上稱為環(huán)網(wǎng)柜。環(huán)網(wǎng)柜除了向本配電所供電外，其高壓母線還要通過環(huán)形供電網(wǎng)的穿越電流 （即經(jīng)本配電所母線向相鄰 配電所供電的電流） 因此環(huán)網(wǎng)柜的高壓母線截面要根據(jù)本配電所的負荷電流于環(huán)網(wǎng)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(huán)形柜產(chǎn)品種類很多，如 HK-10、 MKH-10、8DH-10、XGN-15 和 SM6 系列。

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

戶外環(huán)網(wǎng)柜一般采用真空開關作為開斷裝置，SF6氣體共箱式絕緣，結(jié)構緊湊，占地面積小，外形美觀，可與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)配合。由于采用了全密封、全絕緣理念，RVAC環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)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(nèi)，不受凝露及外界污穢環(huán)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(fā)區(qū)的偶發(fā)性洪水侵害。

 

▲ 戶外環(huán)網(wǎng)柜

 

 

2.2結(jié)構

 

2.2.1 組成

▲ 柜體組成

 

 

▲ 開關柜結(jié)構

 

 

▲ 斷路器柜結(jié)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(jīng)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(guī)定的時間內(nèi)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(cè)接地，當我們檢修高壓配電柜負荷側(cè)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(jié)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(jié)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(huán)網(wǎng)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(tǒng)的配網(wǎng)的監(jiān)視控制的自動化管理,優(yōu)化城區(qū)配網(wǎng)結(jié)構,合理高效用電管理,事故的及時預和故障的及時處理.

環(huán)網(wǎng)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(tǒng)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(jiān)測運行工況

遠方監(jiān)視和控制電環(huán)網(wǎng)柜。

遠程監(jiān)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(fā)現(xiàn)重超載線路，提升電網(wǎng)規(guī)劃的精益化水平。

 

2）遙控功能使用

減輕班組現(xiàn)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(lián)絡開關的操作實現(xiàn)了負荷的快速轉(zhuǎn)供，實現(xiàn)了配電網(wǎng)網(wǎng)絡運行方式快速、靈活調(diào)整。

 

3）FA功能

線路故障引起跳閘后，主站根據(jù)終端遙測信號判斷故障區(qū)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(huán)網(wǎng)柜配電方案

4.2.1 環(huán)網(wǎng)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(chǎn)品合格證；

d.產(chǎn)品出廠試驗記錄；

e.裝箱單；

f.環(huán)網(wǎng)柜排列圖、二次接線圖。

 

4.2.2 安裝與調(diào)整

▲ 安裝與調(diào)試

地面基礎施工應符合“電力建設施工及驗收技術規(guī)范”中的柜與槽鋼連接的規(guī)定。

安裝時按環(huán)網(wǎng)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?shù)木嚯x應大于600mm。

環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)柜的接線端子連接后用螺栓擰緊。

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

環(huán)網(wǎng)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(xù)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(fā)生異常現(xiàn)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(huán)網(wǎng)柜）

互感器試驗

蓄電池試驗

 

4.2.4 維護

▲ 維護

1. 環(huán)網(wǎng)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(shù)據(jù)，并根據(jù)SF6氣體狀態(tài)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(huán)網(wǎng)柜是否有不正常情況，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)請及時采取措施。

4.運行人員應熟悉環(huán)網(wǎng)柜的所有部分，包括結(jié)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(huán)網(wǎng)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(tài)。

 

4.2.5.3 電纜故障時

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

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