新型环网柜带充电装置的应用研究

冯 哲

（湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉430060）

由于我国电力市场的经济迅速发展，网络连接不上、不安全等问题也是引起电网设备以及其电力需求不平衡的原因之一。所以，目前对于加强城市配网自动化建设有着十分重要的现实意义。环网柜是一个压力比较高且由钢制成的供电配件，它的主要零部件有开关、断路器等，它的用途也比较广泛。一般情况下主要起到对整体电流的控制作用，可以对其实施保护，对于其电流过程中的线路具有一定的充电功能。在国外，环网柜被称为环网供电单元（RMU），德国某家公司在一次公共展览会上第一次展出了SF6环网柜，这个部件具有灵活且部件很小、比较智能化、制造成本比较低的优点。

目前，我们国家特别注重节能减排、绿色无污染的生活环境，电网企业是作为其负责的主要单位之一。所以各个电网公司都对其线路的配置以及划分做了严格的要求与管理。

环网柜作为比较现代化的设备，在电网的应用与建设之中具有重要的意义。除此以外，新型环网柜也成为了很多研究者研究的主要对象。其电源设备包括用于将所述商业电力的交流电压转换为第一直流电压的整流器稳压电路，用于将所述电流互感器获得的电能转换为第二直流电压的取电电路、电源电路，用于将电流互感器获得的电能转换为第二直流电压；继电器开关电路，用于将第一直流电压和第二直流电压组合为第一直流母线电压，所述第一直流母线电压和第二直流母线电压分别与所述整流器稳压电路和所述取电电路连接，所述取电电路用于所述电容器充电管理电路为超级电容器充电和完成电池充放电的电池充放电管理电路分别与继电器切换电路相连。超级电容器在智能环网柜电源装置中的应用，可以解决大电流充放电问题，使得电池的极性得到降低，加强电池的使用力度，提高电池的性能，实现智能环网柜的可靠供电。

1 环网柜供电的技术研究

环网柜供电技术的预期成效是：采用控制装置嵌入式集成到智能环网柜之中。达到芯片化DTU功能的集成：（1）减少板卡的数量；（2）缩小其体积；（3）提升防护的等级。对于电缆接头温度、环境温湿度、分合闸电电流进行监测，通过串口以标准规约接入芯片化DTU。所采用的关键技术是基于氮气的环保气体绝缘技术，采用圆形母线，使得空间之间的电场造成的不平衡性减小；使用绝缘性能的材料，最好采用复合型材料，从而使得空间的电场强度得到降低；优化绝缘结构，使得表面电池的性能得到降低，并使得表面的绝缘水平得到提高。其中开关柜的主要用途是在这个用电系统之中，使其能够实现电能自由转换的一个过程，其主要可以对用电的设备起到一个保护的作用。其中断路器件、互感器是其主要的部件。在进行开关柜的操作过程中，需要有相关的工作人员配合操作，防止误点且发生其他操作不当的意外事故。假如采用的设备比较智能，便可以迅速完成工作。因此智能环网柜是一个具有多种功能的设备。

1.1 控制电气的组件

控制电气组件的设备分为两种：一次设备与二次设备。其中一次设备的主要功能是可以直接对于电能进行生产利用，迅速得到传送与电力的相互转换，它主要包括断路器、闸刀等元器件。一次设备主要是指所连接设备的开关情况以及可以进行分合闸的系统操作的电气装置，这也被称为无源元件。大多数负荷开关柜是手动操作的，一次设备分为有源元件和无源元件。二次设备是一种低压电气设备，用于监视、控制、调节和保护一次设备的工作，为运行维护人员提供运行条件或生产指挥信号。二次设备主要用途是保护一次设备，还可以作为监视使用，二次设备被称为有源配件。因为这些电器配件的主要装置位置不一，因此，对于一个相对比较完整的电气控制系统来讲，需要对其进行组件的划分。一次设备和二次设备进行组成的主要关键点：（1）将具有相似功能的配件结合到一块，尽最大所能使其连接的数量减到最小，并将控制的元器件放在同一个配件之中；（2）值得注意的是，需要将控制强电和弱电的控制器分开，避免其产生干扰情况；（3）除此以外，为了保持其外貌上的干净美观，可以将外表相同、大小尺寸一致的元器件放在一起；（4）将常常需要维修或者易损的配件放在外围组合在一起，方便后续的检查。在对电气控制柜元件的分类工作中，需要对其配件和电气箱之间的连线方式问题进行进一步解决。电气的控制柜与其配件的接线方式一般有以下原则：元器件之间的连接需要按照电流的大小以及线的数量进行连接；电气柜和控制柜等器件和它们所属的器件连接时，需要使用联排器进行连接；电流比较小的控制组件或者印刷的电路板组件需要分别采取不同种类的插件连接。

1.2 手动开关柜

配网自动化中一个最重要的设备是安全控制器，这一器件对于安全问题有巨大的作用。DTU所需要的全部信号都是由安全控制器提供的。进行DTU安装工作之前，需要对环网柜的电动操作和遥控等信号进行采集工作，工作人员需要具备能独立进行电动操作的能力，并且在安装了DTU设备之后，不再需要进行第二次的停电，只需要将控制器的电源关闭即可进行安装工作。

1.3 加装电动操作控制器

电动操作控制器一般需要对电气的控制柜或其他部件进行独立的制作。对其制作需要考虑以下几个方面：需要针对操作的需求以及控制面板箱（柜）等各种器件的尺寸进行电气箱的总体大小设计。在正常情况下，需要对电气控制柜的总体大小进行基本结构和大小的设置。依据其尺寸和结构形式，对箱体进行支架的安装，并且需要对其主要部件进行尺寸标注，同时还需要对其材料进行进一步的选择。依据现场的安装位置以及尺寸和操作等要求，需要对电气控制柜的开门方法以及结构进行设计。为了方便控制柜的通风散热，需要对其在恰当的位置进行通风橱的设置，并且在必要的时候需要在柜子表面设计通风孔。其中电动机是所有部件之中的一种中间配件，它的主要作用是用于一次和二次信号之间的相互转换和传递功能。其中DTU末尾的信号通过控制器的放大功率转化成为电机之间的驱动电流，然后把环网柜开关上面各个线路的信号以及电路安全地接入保护系统之中，从而使得开关上面的其他线路能够得到有效替换，这可以使环网柜之间集中利用。其中能够将这些部件统一控制起来是一项非常重要的技术手段，这可以在没有安装DTU的情形之下，单独地将电气来回转换。控制器上有柜体气压自动检测装置，当发现柜体气压有危险时，控制器能自动锁定所有电机驱动回路。DTU设备没有必要控制。当气压导致锁定时，控制器逻辑切断电流并禁止所有的打开和关闭操作。每个赛道都配备了自动闭锁装置。当电路中有故障或危险信息时，能够使其自动锁住，从而保证了运行的安全性，防止产生意外事故。

2 环网柜供电的网络变化

2.1 初期的开环分布网

一开始发明的环网柜是一种具有开环结构的设备，之所以设置成开环系统，主要是由于其设备构成简单，在大量的实践性操作中，也比较容易。环网柜最少也需要配备两种电源能够使得中压/低压之间可以连接到母线上。与换环网站互相连接的站点有二十多个。其中电站与环网站之间主要是通过开关进行联系的，除了负荷开关断开以外，其余的开关全都处于闭合的状态。在环网柜所处的每个小部分中，都存在着母线，这个母线具有一定的保护作用，很多学者将其视为一次变电站。不管是哪一种电缆发生的意外，都会引起其母线开关跳闸或者引起站点之间的母线出现断开的情况。只有切断故障电缆之间的两级开关，将发生意外的点切断开，之后再将母线开关进行闭合，就可以使得电源能够正常地运行。一般情况下，开环中的开关需要使用手动操作进行电力的恢复，一般需要几个小时。因为所耗费时间过长，所有这种方式及其用电的设备已经逐渐被淘汰。

2.2 初期的闭环分布网

环网单位在闭环网络中最初发明是由两个开关柜和一个变压器组成的。变压器采用油浸式熔断器保护。三位旋转电弧SF6断路器出现于1980年底，带熔断器的环网单元具有分断断路器短路电流的功能。这项技术在维护和操作安全方面具有诸多优势，并已成功应用于环网供电中取代旧的油浸式熔断器保护环网单元。

为提高电网性能，传统的三位旋转电弧SF6环网机组的设计得到了研究者的进一步提升，获得了第二代的三位旋转电弧SF6。环网单位主要的一个特征是采用接地的封闭环氧树脂外壳SF6，其绝缘的介质主要是将2个负荷开关和1个电弧断路器进行密封，并且还安装有防爆安全阀。每当有故障产生时，其封闭外壳之间的压力可以得到一定的释放，这样可以确保手动操作人员的安全。连接环网柜的系统具有如下特点：运动的部件比较少，密封气体的容量也比较小，结构比较紧凑，最大的特点是成本低。近十年来得到了广泛应用，具有较高的稳定性和安全性。一般通过对开环的配电网之中几个主要位置的环网单元进行监控，可以实现对配电网的远程控制，保证在发生意外时，在短时间之内就可以恢复用户的用电。一般可以通过减少隔离站点发生故障的时间来缩短浪费的时间，减少因为用电故障而导致用户产生的损失。但是，目前的控制系统不能使整个电网的安全性得到提高，所以还是时常会有意外事故的发生。

2.3 改进的开环分布网

英国的电力企图采用在一次母线与正常的断点之间装一个或者多个分段器，这些分段器可以用来保护开环环网柜的安全性能，因为这些分段器具有如下特点：反时限的过流保护、接地故障的保护。然而，由于缺乏分段器状态的远程指示，这些技术还没有得到实际性的应用。所以这意味着，如果操作失误，电力公司还没有采取报警措施，居民用户将会出现很久的供电不足的情况，由于对于一次母线的故障检测时间太长，所以会很容易增加中压电缆外部绝缘的负担，从而造成电压下降时间的延长。

一般用于网络中的分段点是采用上述指出的分段器，可以保护开式环网柜的安全问题，从而使其能够更好地运转，发挥更大的功效。环网结构断路器的分断能力有630A额定电流和20A短路电流。这样可以使开关的动力稳定性和热学稳定性得到提高，电缆线路中，变压器由保险丝保护。其中外部所附带的远程控制设备对断路器实施了进一步的监控，这样可以对环网柜起到很大的保护作用。

3 环网柜带充电装置的应用

在我国经济的不断发展中，电力市场的经济也逐步发展了起来。在这样的迅速发展情况下，配网的缺点已经显现出来，这不仅使得城市经济发展受到限制，同时也使得当地居民的用电质量降低。所以在电力工业的可持续发展中，建设符合配网自动化发展的城市建设已成为一个亟待解决的问题。

传统的环网柜有一些设计缺陷，而电力系统的运行在很大程度上依赖于环网柜。随着社会的不断发展，环网柜的应用越来越广泛，其安全性和灵活性要求也相对较高。传统的环网柜主要是用于无分区之间的混合方式安装的，因为传统的环网柜每个配件之间主要是采取无分区的混合方式进行安装的，并且与柜体形成了一种固定的模式，从而会使它的灵活性有所降低。而且此安装方式比较复杂，所以为了有效地避免这种情况的发生，需要对其进行合理规划。目前有些国家已经开始使用新型环网柜带充电装置，用起来比较安全方便，并且对于任意类型的配电网都适用，具有多种优势，能够保障我国配网的信息化及自动化。

截至目前，环网柜种类繁多，国内成本最低的是空气式开关，但不足之处是体积过于庞大，而且所需要的电流量大，性价比不高。

4 结束语

与传统的环网柜相比，新型环网柜带充电装置在使用性能上具有很多优势，所以工作人员需要利用电子通信技术对其有故障的地方进行一一排查，需要快速处理问题，保证能够正常供电。只有这样，才可能使电力系统的供电情况得到极大的改善与提高。新型环网柜带充电装置对于城乡配电网的投资有着比较大的改善作用，可以在智能化的管理方面实现双向互动。