浅谈环网柜在农村电网中的应用

徐戈 陆智通

摘要：农村电网的发展进一步向可靠性更高的城市靠拢，环网柜主要应用于配电线路的开闭所、环网室、配电所、预装式箱式变电站等，数量大、种类多，因而，作为环网供电主设备的环网柜在农村电网环网供设备所占的比例越来越大。本文主要介绍了环网柜的种类和性质,总结了环网柜在使用过程中出现的问题,并对此提出了在环网柜选型工作中应注意的事项,以保证环网柜在配电网中的安全、可靠运行。

关键词：环网柜农村电网 安全运行维护

一、环网柜的种类和性质

环网柜的分类，其实质在于其所使用的负荷开关不同，环网柜因此也是以负荷开关来命名的。负荷开关是介于断路器和隔离开关之间的一种开关电器，具有简单的灭弧装置，能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。负荷开关的结构，比隔离开关增加了灭弧装置，但比断路器简单。负荷开关与高压熔断器串联形成组合电器，可代替价格昂贵的断路器使用。用负荷开关切断负荷电流，用熔断器切断短路电流及过载电流，这样就降低了配电装置的成本，而且操作和维护也较简单。环网柜的主要性能取决于所使用的负荷开关的性能。因此，环网柜的发展过程，实质上就是负荷开关的发展过程。

环网柜的发展和运用基本上经历了从最初的产气式环网柜到压气式、真空式环网柜，以及目前广泛运用的SF6半充气、全充气环网柜、全密封全绝缘环网柜。

1产气式环网柜

产气式环网柜是中国最先使用的环网柜，属于半密封半绝缘，在上世纪80 末、90 年代初在全国各地广泛使用，其代表产品是HXGN－10型环网柜, 环网柜中安装的负荷开关为产气式的，无油无毒,其设计和使用相对简单。

产气式负荷开关是利用固体产气的材料（如有机玻璃）制成灭弧元件，开关分合电流时，在电弧的作用下，产气材料分解出气体，使电弧冷却而熄灭。产气式负荷开关的特点是分合电流越大，电弧越强，分解的气体越多，灭弧效果越好。

因此，产气式开关分合较大电流的能力较强，相反，分合小电流的能力较弱；另一个缺点是产气材料可能会耗尽，而且难以知道究竟什么时候耗尽。产气式开关一般转移电流约800 A，关合短路电流的能力是40kA，热稳定电流一般是16 kA，3s。

2 压气式环网柜

压气式环网柜因采用压气式负荷开关而命名，其代表产品是HXGN－12 型环网柜。压气式开关是利用压缩空气吹弧，分闸时，压气活塞快速运动，将气缸内的空气压缩，当灭弧触头分离产生电弧时，压缩气体经喷口吹向电弧，使电弧拉长，在电流低点熄灭，压气式负荷开关一般转移电流在1 kA 左右，达到50 kA 的关合短路电流，热稳定电流一般是20 kA，3s。

但产气式环网柜和压气式环网柜存在开断负荷时弧光外露，电寿命较低，检修维护工作量大，可靠性不高等缺陷，安全性能较差，现已通过技术革新更换淘汰。

3真空环网柜

取而代之的是1996 年后各大厂家陆续推出各种真空环网柜，真空环网柜具有负荷开关操作功率小，开断转移电流大，容易实现操作等优点，中国厂家自行开发真空环网柜的依据是国内已有多年生产和使用真空断路器及真空开关柜的经验，真空技术相对比较成熟，是开发真空环网柜的有力支撑。多家厂家开发的不同形式的真空环网柜在型式试验中均表现出较高的性能：转移电流一般都大于2 kA，一般都能达到20 kA，4 s 的短时耐受电流及50 kA的短路关合能力。虽然真空环网柜有较高的技术指标，但始终未能广泛使用，原因有以下几个方面：

(1)设计不完善。虽然多个厂家推出不同形式的产品，但至今为止，还没有一个产品令人满意。

(2)机构不过关。由于真空开关的操作机构设计较复杂，基于目前国内的原材料、加工工艺和质量控制水平，还没有一家的操作机构是真正过关的。

(3)维护困难。真空环网柜如果普遍在配电网中运行，如何检测其真空度的问题则成为运行维护的一大难题。

4 SF6 环网柜

与真空环网柜出现的还有SF6环网柜，是农村电网的变压器台区配电房多采用小型化智能箱式开闭所的开关柜推荐选用的SF6 开关柜，而且这种柜可以左右扩展，多达16 种组合，其中KR 和KKR 的组合是农村电网中配变台区的常用主流设备，其代表产品是国产化的ABB、施耐德-Schneider，西门子－SIEMENS，阿海珐-AREVA，霍斯通-FOKSTONE，欧玛嘉宝-ORMAZABA 等公司的负荷开关柜。

以施耐德SM6 环网柜为例，此柜是可扩展模块组合式金属密封SF6 开关柜。开关具有闭合—断开—接地3 种位置并具有闭锁功能。模拟母线能可靠地显示开关的闭合、断开及接地3 种位置; 所有控制功能元件集中在正面操作板上，简化了操作；并有明显的带电指示器；柜内可配置电流互感器、继电器、跳闸线圈等，满足自动化及计量要求。这些产品的可靠性高、体积小、免维护周期在20a以上，操作过电压低，操作功率小，是一种全封闭、全绝缘、免维护的产品。但同时也暴露出一些不足,SF6 环网柜存在以下的问题：(1)电缆头等均需要专用配件，成本较高；(2)安装要求严格，如安装达不到要求技术规范，则无法达到其应有的性能；(3)气体的微水含量问题,无论进口还是国产SF6 环网柜，很少提供SF6 微水含量试验报告。作为设备运行单位，供电部门也无法对微水含量进行测量。SF6 环网柜气包内气体较少，如果用目前常用的DP19做微水试验，气包内气体几乎会被放空。以目前的设备和技术条件，无法进行微水测量。但SF6 气体水分含量的高低直接影响SF6 灭弧功能及设备的安全操作性能,加上中国南方的春季天气潮湿，有安全隐患。对于运行多年的SF 环网柜，如何判断其灭弧性更是道难题；(4)泄漏问题,SF6 环网柜还可能存在密封不严的气体泄漏问题。开始使用的多数半充气环网柜往往不设SF6 压力指示，而实际运行情况表明，进口设备虽然具有良好的密封性能，但也有漏气现象发生。由于没有气体监视装置，即使漏了气用户也不知道，容易成为事故隐患，特别是环网柜在零表压下的性能(绝缘、投切等)和耐内部电弧故障性能。而此类产品往往多用手动机构，运行人员与设备是面对面地操作，一旦发生事故，后果不堪设想。目前半充气环网柜带压力指示已成为硬性指标纳入SF6 环网柜的必需附件之列。例如2009 年更换的阿海珐SF6 环网柜,在最近的供电设备巡视中发现，气压表进入红色区域，表示气压不足，必须要进行维修，否则如果出现突发抢修情况时，SF6 环网柜的开关无法合上。但检修的成本非常高，通常漏气可能是电缆头安装不合格造成漏气，所以需要停电更换后重新充气，也有可能是其他部分装置出问题。ABB 柜也存在过漏气的问题，必须重点关注。特别是并柜，拆装的过程中，必须注意拆装规范，特别是要保持柜与柜之间连接部分的处理。

二、确定SF6环网柜的选型

了解了环网柜的使用发展经历，从最初的产气式环网柜到压气式、真空式环网柜，以及目前广泛运用的SF6 半充气、全充气环网柜、全密封全绝缘环网柜。随着进口SF6 环网柜的推广使用，原来的全封闭型SF6 环网柜逐渐被可扩展型的SF6 环网柜所取代。可扩展型的环网柜基本上解决了上述全封闭型柜的不足，使用灵活，易于扩展，安装简易。使用较多的有MG的SM6环网柜，ABB的RGC（半扩展）环网柜、西门子的8DH10 环网柜等。结合以上运行经验，做好环网柜的选型工作应注意以下3 点：

(1)选用可扩展型的环网柜，组合灵活，安装简易，易于扩展，是SF6 环网柜的使用方向。

(2)从便于维护的角度来看，SF6 负荷开关最好装有能监测SF6 压力的监测装置，否则，应通过零表压开断试验。

(3)基于气候及配电场所条件，应选用通过凝露试验的产品。对于终端型等不考虑预留扩建的小环网室，使用全充气型环网柜，可极大地减小凝露对设备影响。

三、农村电网环网柜运行维护需要注意的问题

环网柜五防联锁功能,可以减少人为事故，提高运行可靠性起到很大的作用。五防功能，指的是可以防止五种类型的电气误操作，这五种防误操作功能是：

⑴防止误分、误合断路器。

⑵防止带负荷合上或分断隔离开关(或隔离插头)。

⑶防止带电操合接地开关或挂接地线——此功能涉及系统人为短路接地或人身生命安全，故定为强制性联锁。它要求：①当断路器或上下隔离开关处于合闹时，接地开关绝不能被操合；②只有当接地开关合闸之后，柜体的后门和下前门才能被打开，才可能挂夹临时性接地线。这通常采用机械联锁方式，使得ａ．隔离开关处于打开位置接地开关才能操台；ｂ．随之前、后门才能开启挂接临时接地线。作为辅助措施，可在前、后门上加设高压带电显示装置作警示。

⑷防止带有临时接地线或接地开关合闹时送电——此项也是强制性的，目的是保证系统和人身的安全。

⑸防止误入带电间隔——亦是强制性的，以保人身安全。

归纳起来，实施五防功能方面，有非强制性的⑴项和强制性的⑵、⑶、⑷、⑸项；有主动性防御和被动性防御。被动防御指采用高压带电显示装置，只是提示性的，不够可靠。主动防御大致可分三类：①采用机械联锁装置，用机械零部件来传动并产生约束，可靠性最高(除非零件损坏、断裂)，宜优先推荐使用；②采用翻牌(插头)和机械程序销，可靠性稍逊，因锁与匙之间并非绝对一一对应；③采用电气联锁，可靠性又差一些，因为电磁锁和导线都有损坏的可能，而且也需电源供电(须与继保回路电源分开)，但优点是可以长距离传送。

四、结束语

按“十二五”规划要实现全国农村电网普遍得到改造，农村居民生活用电得到较好保障，农业生产用电问题基本解决，基本建成安全可靠、节能环保、技术先进、管理规范的新型农村电网，而环网供电是一种经济可靠的方式。确保农村电网的安全、稳定、可靠的运行，是为社会主义新农村服务的基础，随着环网型电源供应方式的广泛发展，保证环网柜在农村中压电网的正常运作是保证电力系统稳定运行必不可少的因素。