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配电系统改进成趋势環網櫃发展方向分析

??發布日期:2016-6-22

環網櫃(Ring Main Unit)是一组输配电气设备(高压开关设备)装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备,其核心部分采用负荷开关和熔断器,具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。

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爲主,放射式與樹幹式相結合爲輔的結線方式,很少采用環網結線。配電系統中開關設備的選用以斷路器爲主,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電壓等級成套開關櫃的受電、饋電櫃幾乎都采用斷路器。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,城市高層建築和大型公共建築不斷湧現,城市功能越來越趨向完善和複雜化,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)和城市建築密度的提高,給線路敷設帶來困難,並使電網複雜化,出現故障不易迅速查找和排除。因此,傳統的10kV配電系統的改進成爲必然。

二、10kV配電系統的發展方向

傳統觀念認爲放射式配電,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。斷路器的動作時間爲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,因此結構複雜,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,可將結構複雜、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。

负荷开关的造价仅为断路器的30%~50%,负荷开关+熔断器的環網櫃仅为用断路器的成套开关柜体积的60%~70%,高度也低,它不仅可减少高压配电室的面积并降低层高,而且環網櫃不需操作电源,不需专门的控制室,可进一步减少占用面积,这对于高层建筑物内的配电所更具优越性。环网开关柜安装、调试方便,维护简单,易于实现电网自动化管理。可见采用環網櫃比采用断路器柜带来的综合经济效益是显著的。

早在80年代以前,我国就有人提出环网供电,但由于韩国19禁環網櫃的技术不成熟,以至影响環網櫃的推广。改革开放以来,沿海开放城市资金比较充足,大多选用进口设备,比如ABB公司韩国19禁的RGC型SF6環網櫃。最近几年,我国在研制和引进技术用于环网结线的负荷开关和熔断器方面取得了很大的成绩,目前可供选择的设备不断问世。且其综合技术性能均达80年代后期国际同类韩国19禁的水平。可见,选用环网供电及環網櫃是符合我国国情发展的需要,也是必然的。特别是对于负荷较集中地区推广环网供电具有重要意义。

三、環網櫃的主要性能特点

随着我国改革开放的不断深入,国外先进韩国19禁不断涌入我国,国内一些企业通过引进或自主开发,已有几家能韩国19禁出质量较好的适合于10kV配电系统使用的環網櫃。柜内主要设备负荷开关+熔断器负荷开关+熔断器SF6负荷开关+熔断器

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:開關櫃型號中□爲開關櫃編號;A爲F&開關、B爲ABB開關。

目前,我国使用最多的環網櫃主要为负荷开关+熔断器柜、空气绝缘负荷开关柜,其次是真空负荷开关柜。SF6绝缘的负荷开关柜、断路器柜除在特区使用较多外,内地很少使用。環網櫃不仅适合环式配电系统,同时也适用于当前大多数10kV配电系统的放射式或树干式配电的终端配电所接线。

过去国产的负荷开关由于易出现触头灭弧性能差,三相不同步分、合闸,故障开断能力小,操作困难,寿命短的缺陷,从而限制了安装在断路器柜内的使用。现在装在環網櫃内的新型负荷开关在结构上作了很大的改变,其触头形式为筒形触头,上带筒形灭弧管,在断开电流过程中,主触头分开后几毫秒内还传导电流,然后迅速断开,保证了主触头之间不产生电弧,因此具有良好的电气性能,提高了负荷开关的开断能力和寿命。当前10kV负荷开关的开断能力有400A、630A和1250A三种,分别可以分合5000kVA、8500kVA和17000kVA负荷。负荷开关的操作方式有伞齿轮手动、旋转手动、交流或直流电动操作。各种操作方式均带弹簧储能机构。当开关轴旋转,使曲柄弹簧机构的螺旋压簧储能,在过死点将触电管相应移至"合"或"分"的位置后,能量释放,达到高速度分、合闸。弹簧储能机构使手动操作人员操作更加方便。现在大多负荷开关環網櫃都采用手动操作方式。

在负荷开关+熔断器组合的環網櫃中,熔断器是开断电流很高的限流熔断器,开断过程是熔体熔化而引起的电弧在石英砂作用下灭弧断开电路,同时熔断器撞针启动负荷开关的脱扣键 (即弹簧储能撞击器),使负荷开关三极触头同步分闸。整个开断过程按反时限的时间特性,在10ms内迅速切断故障,不会出现缺相供电现象。由于动作时间很短,转移电流(熔断器的熔体熔断使弹簧储能撞击器将负荷开关分闸的整个过程中线路承受的故障电流)远小于故障电流峰值,有效地保护了线路和设备。因此负荷开关+熔断器環網櫃保护更安全、可靠,线路设计也不需短路电流校验,节省了线路造价。環網櫃结构紧凑,比手车柜散热好,外形尺寸小,同时可以靠墙或离墙安装,占地面积小,节约土建造价。

四、環網櫃的设计运用

環網櫃一般采用手动弹簧储能操作方式。当采用电动弹簧储能操作,并设有继电保护、信号要求功能的環網櫃时,应根据要求提供交流或直流二次电源,一般宜采用交流弹簧储能操作方式。交流二次电源可由电压互感器柜提供。小型系统宜采用手动弹簧储能操作方式。此时,超温、瓦斯保护和信号显示所需的电源,因超温和瓦斯都是在变压器运行状态发生,为简化系统、节省投资,保护、信号电源可从变压器低压侧引出,与超温、瓦斯信号线共用一根控制电缆引至環網櫃。

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。

原标题:環網櫃发展方向分析

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