1、概述
隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和城網(wǎng)改造的深化，對供電可靠性的要求越來越高。20世紀90年代以來，我國城市10kV供、配電網(wǎng)絡主要以輻射型為主，輻射式與樹干式相結合為輔的供電方式。由于多個用戶T接于一條電源線，一旦電源干線發(fā)生故障或檢修，必然造成干線線路后邊的所有用戶停電，供電可靠性差。為提高供電可靠性，近年來發(fā)展方向是雙電源環(huán)網(wǎng)供電（一進一環(huán)一出），減少T接主線，加強對T接線路故障的監(jiān)控。目前l(fā)OkV配電網(wǎng)架采用N-l的形式，即任何一段lOkV線路均考慮可通過分段開關的操作實現(xiàn)對非故障線路的送電。每個環(huán)上有若干個由環(huán)網(wǎng)柜開關構成的供電分支節(jié)點，正常時開環(huán)運行，故障時通過環(huán)網(wǎng)柜開關隔離故障點，經(jīng)短時停電后恢復非故障線路的送電。為適應配電網(wǎng)自動化要求，在環(huán)網(wǎng)供電的“一出”單元配備具有故障監(jiān)控功能的FTU，檢測并隔離出線單元的故障不波及整條線路。
近年來對SF6在環(huán)保方面問題的不斷深入討論，在SF6氣體的替代產品未面世之前，中壓環(huán)網(wǎng)柜中全絕緣、全密封、免維護、體積小的智能型真空環(huán)網(wǎng)柜在城市配電網(wǎng)中是一種清潔環(huán)保型的開關設備。
2、真空環(huán)網(wǎng)柜優(yōu)點及結構特點
2.1 真空環(huán)網(wǎng)柜優(yōu)點
隨著配電網(wǎng)的不斷進步，對環(huán)網(wǎng)柜的要求也越來越高，國內眾多廠家都在研究開發(fā)更高級的環(huán)網(wǎng)柜，也陸續(xù)推出各種真空環(huán)網(wǎng)柜。中國廠家自行開發(fā)真空環(huán)網(wǎng)柜的依據(jù)是國內已有多年生產和使用真空斷路器及真空開關柜的經(jīng)驗，真空技術相對比較成熟，是開發(fā)真空環(huán)網(wǎng)柜的有力支撐。
真空環(huán)網(wǎng)柜中的開關是在真空中熄弧，開斷電路時真空電弧在電流過零時，金屬蒸汽迅速擴散而熄弧，絕緣強度恢復比空氣或SF6氣體中熄弧都快，開斷性能好，可靠性高。特別在開斷空載變壓器、空載電纜以及空載架空線方面都要比空氣開關和SF6開關優(yōu)越。開斷中電弧不外露，不會污染和損壞柜內的電器元件，開距小、弧壓低、電弧能量小、觸頭燒損少，所以它能開斷額定電流的次數(shù)遠遠高于其他類型的開關，壽命長，不需檢修。操動機構所需的操作功小，開關結構簡單，便于小型化。由于滅弧室采用真空結構，實現(xiàn)了無油化，因此開關在操作過程中不會發(fā)生爆炸和火災，可在礦山、化工廠等環(huán)境惡劣處使用。
國內多個廠家開發(fā)的不同形式的真空環(huán)網(wǎng)柜在型式試驗中均表現(xiàn)出較高的性能：轉移電流一般都大于2kA，一般都能達到20kA，4s的短時耐受電流及50kA的短路關合能力。
2.2 真空環(huán)網(wǎng)柜結構特點
真空環(huán)網(wǎng)柜一般是將一組高壓真空開關設備安裝于鎧裝結構柜體或封閉箱體內或者做成拼裝間隔式環(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（或斷路器），具有結構簡單、體積小、供電安全等優(yōu)點。
真空環(huán)網(wǎng)柜的類型：真空環(huán)網(wǎng)柜按結構可分為共箱型和單元型兩大類；真空環(huán)網(wǎng)柜按用途分有負荷開關型、負荷開關十熔斷器組合電器型、真空斷路器型和用戶分界負荷開關型。真空環(huán)網(wǎng)柜的基本方案如圖1所示。
共箱型真空環(huán)網(wǎng)柜，一般為一進一環(huán)一出，適用于負荷較小的場合；但隨著負荷的增大，可擴展的單元組合型便應運而生。為了滿足配電自動化的要求，“一出”單元配備具有故障監(jiān)控功能的FTU，檢測并隔離出線單元的故障不波及整條線路。
共箱型真空環(huán)網(wǎng)柜一般由氣箱、操動機構室和電纜連接室組成（見圖2）。
如圖2所示東芝技術的VSR3系列共箱式真空環(huán)網(wǎng)柜內所有帶電部件、開關及操動機構（單彈簧電磁機構）封閉在不銹鋼的氣室內，采用真空滅弧，SF6氣體絕緣。每個功能單元內裝有真空滅弧室和與其串聯(lián)聯(lián)動的隔離刀閘，隔離刀閘先于滅弧室合閘，后于滅弧室分閘；每個單元出線側根據(jù)用戶的要求可以安裝獨立的接地開關方便用戶檢修接地操作。在密封箱體內充有輔助絕緣的SFs氣體，VSR3系列共箱式真空環(huán)網(wǎng)開關柜內SF6氣體的額定氣壓為“零”表壓。
負荷開關與接地開關和前蓋板之間裝有機械聯(lián)鎖和開關位置指示，并滿足“五防”要求。負荷開關和接地開關均裝有快合、快分的凸輪裝置，保證了開、關速度獨立于操作者的操作速度。在操動機構室正面面板上可對負荷開關和接地開關操作孔加裝掛鎖，防止非操作人員操作丌關。
電纜連接室位于環(huán)網(wǎng)柜的正前下方，有足夠的空間連接電纜。電纜與環(huán)網(wǎng)柜的絕緣套管的連接采用帶電可觸摸( ASTS)和帶電不可觸摸(AWK)硅橡膠或三元乙丙膠電纜附件。
真空環(huán)網(wǎng)柜內置測量、保護電流互感器和零序電流互感器，具有高可靠的配電自動化接口。真空環(huán)網(wǎng)柜配有航空插座接口，通過航空插座，提供給各開關控制電源及為FTU提供開關的分合狀態(tài)信號。
真空環(huán)網(wǎng)柜還可采用模塊化設計，各單元模塊間可通過全絕緣屏蔽的插拔式硅橡膠連接器，能方便地實現(xiàn)組合連接及擴展，擴展母線確保了導電的可靠性及開關的全絕緣結構。真空環(huán)網(wǎng)柜配置獨立的接地開關，方便用戶檢修接地操作。真空環(huán)網(wǎng)柜采用了預制式硅橡膠絕緣的電纜終端實現(xiàn)電纜的插接，不儀減小了環(huán)網(wǎng)開關的體積，而且提高了安裝的方便快捷性和運行維護的安全性�；谝陨咸攸c，真空環(huán)網(wǎng)柜能適用于多種工況的運行環(huán)境，將成為配電網(wǎng)設備中的主流產品。
3、真空環(huán)網(wǎng)柜的智能化及應用
隨著北京2008年奧運會的臨近，北京電網(wǎng)規(guī)劃對配電網(wǎng)提出了“為提高配電網(wǎng)的可靠性，及時全面掌握配電網(wǎng)的各項運行數(shù)據(jù)和故障信息，迅速確定或隔離線路故障區(qū)段，在新建或改造配電網(wǎng)時，在有條件的地區(qū)可同步實施配網(wǎng)自動化工程”的要求。而決定配網(wǎng)自動化的三個主要因素分別是配電網(wǎng)的網(wǎng)架結構、電氣一次設備及二次設備性能。中壓真空環(huán)網(wǎng)柜作為配電網(wǎng)中的電氣主要設備，除在其一次性能如負荷開關額定電流開斷次數(shù)、短路關合能力及絕緣水平等方面提出要求外，在智能化方面對其具有電動操動機構，具備監(jiān)視信號系統(tǒng)、故障判別并隔離等方面也提出了較高要求。
在配電網(wǎng)絡結構逐步完善、電網(wǎng)結構由雙射網(wǎng)向雙環(huán)網(wǎng)供電及單環(huán)網(wǎng)供電方式過渡的過程中，中壓真空環(huán)網(wǎng)柜將發(fā)揮不可替代的作用。中壓真空環(huán)網(wǎng)柜電氣一次性能參數(shù)高，如何提升中壓真空環(huán)網(wǎng)柜的“智能化”，如何適應配電自動化系統(tǒng)的要求，將成為中壓環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展所面臨的新問題。
配電網(wǎng)中的故障判別、定位、隔離及非故障區(qū)域恢復供電技術是配電自動化的核心技術，也是智能化環(huán)網(wǎng)開關的基本定義。智能化中壓環(huán)網(wǎng)柜配置應配置具有遙信、遙測、遙控和故障電流檢測等功能的遠方終端。
終端設備需配置以太網(wǎng)接口或RS-485lRS-232接口或內置GSM／GPRS、CDMA通信接口單元。測控終端通過卡套于電纜上的開啟式電流互感器或內置的電流互感器采集模擬信號，并通過A/D轉換將信號變換為可供CPU處理的數(shù)字信號，CPU將這些數(shù)字量（采用值）進行分析、計算，確定所需電氣參數(shù)，并根據(jù)參數(shù)計算結果以及特性方程與定值，進行比較判斷。當電流超過整定值時啟動報警，且當同一網(wǎng)絡拓撲中的電源側保護動作時，通過網(wǎng)絡拓撲中相應故障信息，判定故障區(qū)域。智能裝置將模擬量采集、故障判別及通信功能進行有機結合，可簡化配置，統(tǒng)一功能。
智能型真空環(huán)網(wǎng)柜其可戶內、戶外安裝，共箱體時密封防護等級高達IP67，使用安全可靠，因此在日益擁擠的城市地纜化改造中，智能型真空環(huán)網(wǎng)柜為供電可靠性提供了重要保證。
4、結論
隨著自動化技術的不斷進步，真空環(huán)網(wǎng)柜在制作上較以前有了更多改進，質量進一步提高，價格也日趨合理。因此，真空環(huán)網(wǎng)柜比空氣絕緣的真空斷路器和其他設備有更高的性能價格比，更適用于城市電網(wǎng)供電。真空環(huán)網(wǎng)柜的壽命期一般在25—30年，且能方便地加裝配網(wǎng)自動化設備，所以真空環(huán)網(wǎng)柜應是城網(wǎng)改造的首選設備。
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