環網柜發展方向分析

　　環網柜（Ring Main Unit）是一組輸配電氣設備（高壓開關設備）裝在金屬或非金屬絕緣柜體內或做成拼裝間隔式環網供電單元的電氣設備，其核心部分采用負荷開關和熔斷器，具有結構簡單、體積小、價格低、可提高供電參數和性能以及供電安全等優點。

　　一、國內城市10kV電網現狀

　　我國80年代中期以前，10kV配電系統是以放射式為主，放射式與樹干式相結合為輔的結線方式，很少采用環網結線。配電系統中開關設備的選用以斷路器為主，很少采用負荷開關。據統計，我國負荷開關和斷路器的比例大約是1∶10，10kV電壓等級成套開關柜的受電、饋電柜幾乎都采用斷路器。這種傳統的10kV配電方式不僅占地面積大、投資高，而且可靠性也低。

　　隨著市場經濟的迅速發展，城市高層建筑和大型公共建筑不斷涌現，城市功能越來越趨向完善和復雜化，對供電可靠性要求越來越高，許多用戶要求有兩路或兩路以上電源供電。特別是沿海開放城市的人口密度激增（將超過2萬人/km2）和城市建筑密度的提高，給線路敷設帶來困難，并使電網復雜化，出現故障不易迅速查找和排除。因此，傳統的10kV配電系統的改進成為必然。

　　二、10kV配電系統的發展方向

　　傳統觀念認為放射式配電，用斷路器保護變壓器，容易實現過流、瓦斯、溫度保護，保護系統全面，供電可靠，而對于用熔斷器保護變壓器總是不夠放心。但是，從國外技術發達國家的運行實踐和一些資料來看，這些擔心是多余的。熔斷器保護變壓器的特性比斷路器更好，能有效地保護變壓器。1989年國際配電網會議提供的資料表明，當變壓器內部發生短路故障時，短路電弧會使油氣化成氣泡而占據原先屬于油的空間，油將壓力傳遞給變壓器殼體，隨著短路的持續而壓力越來越大，直至油箱炸開。要使油箱不至炸裂，必須在20ms內切斷故障。斷路器的動作時間為保護動作時間和斷路器固有動作時間兩部分之和，其值大于60ms，而限流熔斷器有速斷功能，可在10ms內熔斷而切除故障，達到有效地保護變壓器的目的。

　　負荷開關和斷路器的作用不同，因而其結構相差甚遠。一個開關投入和切斷負荷是經常的，而短路保護則是極個別的，斷路器按很少發生的短路電流設計，滅弧要求高，分合閘速度要求快，因此結構復雜，操動機構龐大，造價昂貴；負荷開關+熔斷器則是把控制和保護兩功能分開，大量的、經常發生的投切負荷用負荷開關來完成，而極少發生的短路保護由熔斷器來完成。這樣，可將結構復雜、價格昂貴的斷路器由結構簡單、價格便宜的負荷開關+熔斷器代替。事實上，我們使用的斷路器，大部分僅起負荷開關的作用。

　　負荷開關的造價僅為斷路器的30%～50%，負荷開關+熔斷器的環網柜僅為用斷路器的成套開關柜體積的60%～70%，高度也低，它不僅可減少高壓配電室的面積并降低層高，而且環網柜不需操作電源，不需專門的控制室，可進一步減少占用面積，這對于高層建筑物內的配電所更具優越性。環網開關柜安裝、調試方便，維護簡單，易于實現電網自動化管理。可見采用環網柜比采用斷路器柜帶來的綜合經濟效益是顯著的。

　　早在80年代以前，我國就有人提出環網供電，但由于生產環網柜的技術不成熟，以至影響環網柜的推廣。改革開放以來，沿海開放城市資金比較充足，大多選用進口設備，比如ABB公司生產的RGC型SF6環網柜。最近幾年，我國在研制和引進技術用于環網結線的負荷開關和熔斷器方面取得了很大的成績，目前可供選擇的設備不斷問世。且其綜合技術性能均達80年代后期國際同類產品的水平。可見，選用環網供電及環網柜是符合我國國情發展的需要，也是必然的。特別是對于負荷較集中地區推廣環網供電具有重要意義。

　　三、環網柜的主要性能特點

　　隨著我國改革開放的不斷深入，國外先進產品不斷涌入我國，國內一些企業通過引進或自主開發，已有幾家能生產出質量較好的適合于10kV配電系統使用的環網柜。柜內主要設備負荷開關+熔斷器負荷開關+熔斷器SF6負荷開關+熔斷器

　　操作方式手動、交流或直流電動彈簧儲能操作手動彈簧儲能操作手動彈簧儲能操作保護及信號反時限電流保護、可帶瓦斯、超溫、欠壓、接地、電信號反時限電流保護、可帶瓦斯、超溫、欠壓、接地、電信號按所需設置保護、信號設備

　　外形尺寸（高×寬×高）800×800×2000mm850×900×2000mm1380×635×1400

　　額定電壓/最高工作電壓10/11.5kV10/11.5kV10/12kV

　　額定電流400、630、1250A400、630A630A

　　額定熱穩定電流（有效值）20kA20kA22kA

　　負荷開關動穩定電流（峰值）50kA50kA50kA

　　額定短路關合電流（峰值）50kA50kA50kA

　　工頻耐壓（相間及于地/斷口）42/48kV42/48kV50/50kV

　　脈沖耐壓（相間及于地/斷口）75/85kV75/85kV125/145kV

　　注：開關柜型號中□為開關柜編號；A為F&開關、B為ABB開關。

　　目前，我國使用最多的環網柜主要為負荷開關+熔斷器柜、空氣絕緣負荷開關柜，其次是真空負荷開關柜。SF6絕緣的負荷開關柜、斷路器柜除在特區使用較多外，內地很少使用。環網柜不僅適合環式配電系統，同時也適用于當前大多數10kV配電系統的放射式或樹干式配電的終端配電所接線。

　　過去國產的負荷開關由于易出現觸頭滅弧性能差，三相不同步分、合閘，故障開斷能力小，操作困難，壽命短的缺陷，從而限制了安裝在斷路器柜內的使用。現在裝在環網柜內的新型負荷開關在結構上作了很大的改變，其觸頭形式為筒形觸頭，上帶筒形滅弧管，在斷開電流過程中，主觸頭分開后幾毫秒內還傳導電流，然后迅速斷開，保證了主觸頭之間不產生電弧，因此具有良好的電氣性能，提高了負荷開關的開斷能力和壽命。當前10kV負荷開關的開斷能力有400A、630A和1250A三種，分別可以分合5000kVA、8500kVA和17000kVA負荷。負荷開關的操作方式有傘齒輪手動、旋轉手動、交流或直流電動操作。各種操作方式均帶彈簧儲能機構。當開關軸旋轉，使曲柄彈簧機構的螺旋壓簧儲能，在過死點將觸電管相應移至“合”或“分”的位置后，能量釋放，達到高速度分、合閘。彈簧儲能機構使手動操作人員操作更加方便。現在大多負荷開關環網柜都采用手動操作方式。

　　在負荷開關+熔斷器組合的環網柜中，熔斷器是開斷電流很高的限流熔斷器，開斷過程是熔體熔化而引起的電弧在石英砂作用下滅弧斷開電路，同時熔斷器撞針啟動負荷開關的脫扣鍵 （即彈簧儲能撞擊器），使負荷開關三極觸頭同步分閘。整個開斷過程按反時限的時間特性，在10ms內迅速切斷故障，不會出現缺相供電現象。由于動作時間很短，轉移電流（熔斷器的熔體熔斷使彈簧儲能撞擊器將負荷開關分閘的整個過程中線路承受的故障電流）遠小于故障電流峰值，有效地保護了線路和設備。因此負荷開關+熔斷器環網柜保護更安全、可靠，線路設計也不需短路電流校驗，節省了線路造價。環網柜結構緊湊，比手車柜散熱好，外形尺寸小，同時可以靠墻或離墻安裝，占地面積小，節約土建造價。

　　四、環網柜的設計運用

　　環網柜一般采用手動彈簧儲能操作方式。當采用電動彈簧儲能操作，并設有繼電保護、信號要求功能的環網柜時，應根據要求提供交流或直流二次電源，一般宜采用交流彈簧儲能操作方式。交流二次電源可由電壓互感器柜提供。小型系統宜采用手動彈簧儲能操作方式。此時，超溫、瓦斯保護和信號顯示所需的電源，因超溫和瓦斯都是在變壓器運行狀態發生，為簡化系統、節省投資，保護、信號電源可從變壓器低壓側引出，與超溫、瓦斯信號線共用一根控制電纜引至環網柜。有關更多環網拒的相關行業資訊請查看中國報告大廳的中國環網柜市場調研及發展前景研究報告。

　　從國外幾十年運行經驗和深圳特區運行情況來看，10kV電網采用負荷開關+熔斷器保護變壓器是行之有效的。過去那種不分使用場合和使用性質，一律采用斷路器既不經濟也不科學，應盡快改變城市電網現狀，大力推廣環網供電，使城市電網布局更合理。