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發(fā)布時(shí)間：2021-06-03 10:14:37
緊湊型SF6絕緣環(huán)網(wǎng)柜，廣泛用于世界各地城鄉(xiāng)電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電站、中壓開(kāi)閉所、工廠配電、商業(yè)樓宇等地方，因此也是各個(gè)國(guó)家電力公司管理的配電產(chǎn)品，因此不同地區(qū)有不同的要求。本文針對(duì)這些應(yīng)用上的要求進(jìn)行分析。
引言：城鄉(xiāng)電網(wǎng)的電力經(jīng)高壓一次變電至24/12kV 后，需要大量的區(qū)域性二次變電站將電力分配至用戶終端。SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜作為二次配電的核心產(chǎn)品，應(yīng)用范圍廣，數(shù)量大，環(huán)網(wǎng)柜的安全與可靠性直接影響配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。雖然典型SF6全絕緣環(huán)網(wǎng)柜可以滿足應(yīng)用要求，但也有國(guó)家、地區(qū)根據(jù)安全、應(yīng)用等制定了一些特殊要求。
一般要求
SF6環(huán)網(wǎng)柜是一個(gè)完全密封的系統(tǒng)，其所有帶電部件以及開(kāi)關(guān)封閉在不銹鋼的殼體內(nèi)。整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置不受外部環(huán)境條件的影響，從而可以確保運(yùn)行可靠性及人身安全，并且實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。通過(guò)選擇可擴(kuò)展母線，可以實(shí)現(xiàn)任何組合，達(dá)到全模塊化。擴(kuò)展母線完全絕緣和屏蔽，確保了高可靠性和安全性。
符合標(biāo)準(zhǔn)：IEC62271-1; EC62271-100；IEC62271-200；IEC60265；IEC60480等。
安全要求
內(nèi)部電弧等級(jí)及泄壓方式
對(duì)于國(guó)外客戶，開(kāi)關(guān)柜抗內(nèi)部電弧故障要求是必須的，因?yàn)槿说陌踩堑谝晃坏模h(huán)網(wǎng)柜都需要通過(guò)內(nèi)部電弧試驗(yàn)，包括電纜室和氣箱都需要通過(guò)AFL 20kA 1s的試驗(yàn)，一般只要求AFL前部及兩側(cè)滿足標(biāo)準(zhǔn)，考慮靠墻安裝，對(duì)后部防護(hù)一般不做要求。
環(huán)網(wǎng)柜很多是安裝在單獨(dú)箱變或戶外箱里，因此泄壓方式主要有以下幾種
電纜溝泄壓
環(huán)網(wǎng)柜氣箱和電纜室的內(nèi)部電弧壓力通過(guò)電纜室后部的泄壓通道直接釋放到電纜溝內(nèi)部，有些設(shè)計(jì)則是把電纜溝后邊封閉起來(lái)，專門(mén)用了壓力釋放，但這樣會(huì)使電纜溝尺寸變小，不利于安裝。
柜后部頂部泄壓
壓力通過(guò)后部通道上部釋放出來(lái)，氣流出來(lái)后沿著箱頂部走，氣流已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的流動(dòng)，燃燒火焰及沖擊力已明顯減小，對(duì)設(shè)備和人員的傷害較小，避免釋放到電纜溝對(duì)電纜的破壞，或氣箱電弧壓力直接從頂部釋放到開(kāi)關(guān)室頂部反彈，直接損傷柜前人員，或反彈進(jìn)一步燒損其它設(shè)備。
環(huán)網(wǎng)柜底部緩沖泄壓
有些歐洲國(guó)家如比利時(shí)電力公司要求環(huán)網(wǎng)柜必須按此方式泄壓；如下圖所示：開(kāi)關(guān)柜裝有一個(gè)公共底座，底座空間作為電弧沖出的緩沖，壓力和能量迅速減小，然后通過(guò)后部200x200的開(kāi)口釋放，以減少對(duì)人和設(shè)備的損傷。
電纜耐壓試驗(yàn)
按照IEC62271-200標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備可以設(shè)計(jì)成允許在將電纜連接到開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備時(shí)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。這可以通過(guò)專用測(cè)試連接或電纜終端來(lái)執(zhí)行。在這種情況下，開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備應(yīng)能夠承受標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的施加在仍與電纜連接的零件上的額定電纜測(cè)試電壓，同時(shí)應(yīng)將額定電壓施加到電纜的那些部分上。主電路設(shè)計(jì)為在測(cè)試電纜期間保持帶電狀態(tài)。
對(duì)每一個(gè)電纜試驗(yàn)?zāi)蛪褐?，?yīng)施加下述試驗(yàn)電壓：
將母線側(cè)所有極連在一起，并在其對(duì)地之間施加電壓值為額定電壓Ur的單相電壓；
在與電纜連接的每一極上依次施加額定電纜試驗(yàn)電壓Uct(a.c.)或Uct(d.c.)， 其他非試極電纜應(yīng)接地。a)與b)的試驗(yàn)電壓應(yīng)同時(shí)施加。
按照標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)電壓由用戶協(xié)商，不同種類(lèi)的電纜對(duì)耐壓要求是不同，下表是一些客戶要求的試驗(yàn)電壓，僅供參考。
這條標(biāo)準(zhǔn)除了要求對(duì)隔離斷開(kāi)工頻耐壓進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)也要求產(chǎn)品需要對(duì)電纜耐壓提供接口，固體絕緣電纜安裝到出線套管上后，要求不拆除電纜進(jìn)行試驗(yàn)，一般有以下幾種做法：
電纜頭直接試驗(yàn)
取出T型電纜堵頭，安裝電纜耐壓試驗(yàn)絕緣接頭進(jìn)行試驗(yàn)。
電纜試驗(yàn)的操作順序如下：
a. 切斷需試驗(yàn)柜的出線電纜電源；
b. 合接地開(kāi)關(guān)使出線電纜接地；
c. 取下電纜室蓋板；
d. 隔離并接地電壓互感器、插拔式避雷器、帶電顯示裝置；
e. 連接試驗(yàn)接頭/電纜到電纜套管和試驗(yàn)設(shè)備；
f. 用模擬電纜室蓋板的方法，解鎖電纜室門(mén)的聯(lián)鎖，使接地開(kāi)關(guān)可以分閘；
g. 操作接地開(kāi)關(guān)分閘；
h. 按照電纜和電纜附件供應(yīng)商的規(guī)范進(jìn)行電纜試驗(yàn)。
通過(guò)電纜靴進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)
這種試驗(yàn)方式要求在電纜室蓋板打開(kāi)的情況進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，但這與安全的聯(lián)鎖相矛盾，即電纜室蓋板在未關(guān)閉的情況下是不能分開(kāi)接地開(kāi)關(guān)的，因此需要聯(lián)鎖中斷保護(hù)，只允許電纜試驗(yàn)時(shí)將電纜室門(mén)和接地開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖解鎖，并放置不允許合閘隔離開(kāi)關(guān)的警告標(biāo)記；但這些指示警告并不能完全避免誤操作，如電纜試驗(yàn)后，電纜室蓋板與接地開(kāi)關(guān)間的聯(lián)鎖解除未及時(shí)恢復(fù)，就會(huì)造成誤入帶電間隔的潛在風(fēng)險(xiǎn)。為避免這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，也有設(shè)計(jì)采用機(jī)械鑰匙鎖的型式，即采用安全鑰匙鎖來(lái)保證電纜室蓋板關(guān)閉，開(kāi)關(guān)才能操作的設(shè)計(jì)，即在蓋板和柜體各安裝一把鎖，只有蓋板正確完全的安裝到電纜室，鑰匙才可以拔出來(lái)，開(kāi)關(guān)才能操作，這只是額外的補(bǔ)救方案，國(guó)外客戶很難接受。
通過(guò)接地排端子試驗(yàn)
即對(duì)三工位開(kāi)關(guān)接地靜觸頭安裝絕緣套管和可拆卸的接地短接排，如施耐德的RM6，為了測(cè)試電纜絕緣和查找故障，有可能在不斷開(kāi)連接裝置的情況下，經(jīng)RM6向電纜引入42kV直流試驗(yàn)電壓，持續(xù)15分鐘；為了通過(guò)接地觀察窗引入直流試驗(yàn)電壓，應(yīng)閉合接地開(kāi)關(guān)和打開(kāi)可移動(dòng)接地連接裝置，試驗(yàn)時(shí)需使用特殊試驗(yàn)夾子。
通過(guò)接地排端子的電纜耐壓試驗(yàn)
這種試驗(yàn)方式，只針對(duì)于這種環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)，即接地開(kāi)關(guān)保持在合閘位置，將試驗(yàn)套管與接地套管連接進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，不需要打開(kāi)電纜室蓋板，但試驗(yàn)后接地短接排未連接或沒(méi)有可靠連接，可能導(dǎo)致檢修帶電危險(xiǎn)，或不能承受接地短路電流的危險(xiǎn)。
專用的電纜耐壓試驗(yàn)接口試驗(yàn)
通過(guò)一個(gè)裝有接地排和觸頭的小門(mén)打開(kāi)時(shí)，安裝試驗(yàn)套管進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；試驗(yàn)完成后，關(guān)上門(mén)，自動(dòng)試驗(yàn)短接及接地。該方案簡(jiǎn)單，避免了拆卸工作，通過(guò)小門(mén)與開(kāi)關(guān)之間的機(jī)械聯(lián)鎖保證小門(mén)只有關(guān)閉到位后，開(kāi)關(guān)才能被分閘到隔離位置。且該方案斷開(kāi)距離更大，隔離耐壓水平更高。
專用窗口的電纜耐壓試驗(yàn)
機(jī)械鑰匙聯(lián)鎖
環(huán)網(wǎng)柜的開(kāi)關(guān)間，及開(kāi)關(guān)與蓋板間，以及系統(tǒng)各開(kāi)關(guān)、變壓器之間的聯(lián)鎖，通常要求采用國(guó)際知名工業(yè)鎖具如FORTRESS, CASTELL等品牌鎖具。除非低壓斷路器鎖定于隔離或分閘位置，否則不能觸及中壓側(cè)接地開(kāi)關(guān)和斷路器；除非中壓側(cè)接地開(kāi)關(guān)鎖定于合閘位置，否則不能觸及變壓器。
如圖7所示，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部，隔離/接地開(kāi)關(guān)與電纜室門(mén)之間的鑰匙聯(lián)鎖，電纜室蓋板打開(kāi)后，鑰匙被鎖定，不能拔出插入到隔離開(kāi)關(guān)鎖，即不能操作接地開(kāi)關(guān)；只有蓋板合上，鑰匙才能拔出，去操作接地開(kāi)關(guān)分閘。而系統(tǒng)角度，只有接地開(kāi)關(guān)合閘，鑰匙才能被取出，去開(kāi)變壓器箱的門(mén)，實(shí)現(xiàn)變壓器檢修，同時(shí)低壓斷路器不能合閘。
操作安全要求
對(duì)于負(fù)荷開(kāi)關(guān)+熔斷器組合柜，有些負(fù)荷開(kāi)關(guān)為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)脫扣需要在負(fù)荷開(kāi)關(guān)手動(dòng)合閘后，再反向旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，以便使熔斷器短路熔斷后，迅速實(shí)現(xiàn)負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)作轉(zhuǎn)移電流開(kāi)斷，這種設(shè)計(jì)客戶不能接受，原因當(dāng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)剛合上時(shí)出現(xiàn)短路，熔斷器熔斷，如果儲(chǔ)能還不到位，就不能立即跳閘，造成事故。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)要絕對(duì)安全，考慮到實(shí)際應(yīng)用。
對(duì)于聯(lián)鎖，必須采用主動(dòng)防護(hù)型設(shè)計(jì)，即采用封堵操作孔的方式，使不能操作，通過(guò)邏輯控制，避免誤操作。
使用環(huán)境要求
高濕度地區(qū)
對(duì)于高濕度的地區(qū)，凝露現(xiàn)象會(huì)經(jīng)常發(fā)生，一次回路密封在氣箱內(nèi)不受影響，操作機(jī)構(gòu)、二次回路等需要做好防護(hù)，還要注意熔斷器倉(cāng)的凝露。如澳大利亞某工業(yè)用戶，環(huán)網(wǎng)柜安裝在戶外箱內(nèi)，早晨開(kāi)機(jī)工作，晚上關(guān)閉電源沒(méi)有負(fù)荷，某日更換熔斷器，發(fā)現(xiàn)熔斷器座嚴(yán)重腐蝕，因?yàn)槿蹟嗥鱾}(cāng)蓋與倉(cāng)體完全密封，滿足IP67要求，硅橡膠壓縮量保證高壓熔斷器與柜體之間承受工頻耐受電壓，不可能潮氣進(jìn)入熔斷器倉(cāng)，讓人百思不得其解。
環(huán)網(wǎng)柜高壓熔絲倉(cāng)腐蝕
考慮到該設(shè)備安裝在澳大利亞近海區(qū)域，且該熔斷器為客戶自行配置，現(xiàn)場(chǎng)安裝，安裝季節(jié)也是在夏天濕度大，相對(duì)濕度下露點(diǎn)如表3。
假定安裝熔斷器時(shí)溫度是20攝氏度，80%相對(duì)濕度，根據(jù)表2露點(diǎn)是16.4度，安裝過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，安裝完成熔斷器倉(cāng)密封，此時(shí)倉(cāng)體內(nèi)部與外界完全隔絕的理想情況下，箱體內(nèi)部發(fā)生凝露的條件，假設(shè)熔斷器安裝時(shí)環(huán)境溫度25度，相對(duì)濕度60%，由于絕緣筒內(nèi)部與外界隔絕，箱體內(nèi)部初始空氣的溫濕度為熔斷器安裝時(shí)環(huán)境的溫濕度，根據(jù)下表所示凝露溫度是16.7度，由于設(shè)備晚上停機(jī)，外界環(huán)境溫度只有5~10度，形成凝露的露點(diǎn)溫度始終低于環(huán)境溫度，熔斷器筒內(nèi)部一定是在筒內(nèi)部空氣溫度低的地方，筒內(nèi)部溫度較低的部位是熔斷器筒蓋的地方，因此熔斷器桶蓋上的熔斷器卡抓達(dá)到露點(diǎn)溫度，造成凝露，周而復(fù)始，造成鍍銀氧化和熔絲座嚴(yán)重腐蝕。
因此環(huán)網(wǎng)柜必須考慮這種應(yīng)用場(chǎng)合，使高壓熔絲倉(cāng)保持干燥，更換熔絲時(shí)需要滿足濕度條件，減少暴露時(shí)間，必要時(shí)用斷路器柜取代組合電器柜。
高海拔應(yīng)用
對(duì)于氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜，由于主帶電回路均設(shè)置在充氣的封閉氣箱中，且外連接均采用固體絕緣方式，因此不受大氣壓力對(duì)外絕緣的影響，對(duì)于氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜，需要主要考慮氣箱的強(qiáng)度。
在智利等南美國(guó)家，海拔一般在3500米左右，對(duì)于SF6緊湊型環(huán)網(wǎng)柜來(lái)說(shuō)，海拔的影響主要體現(xiàn)在大氣壓力的變化，在海拔3500米，大氣壓力是0.065Mpa，假設(shè)充氣壓力是0.13Mpa絕對(duì)壓力，在1000米海拔下，氣箱內(nèi)外壓力差0.04Mpa，而海拔3000米情況下，內(nèi)外壓力差就達(dá)到0.065Mpa，
這種情況下，氣箱就會(huì)膨脹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致氣箱破裂，造成漏氣等事故。
一般做法是在采用加強(qiáng)型氣箱，對(duì)壓力釋放閥、密封圈等結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，同時(shí)在滿足絕緣的情況下，適當(dāng)降低充氣壓力。不僅要考慮實(shí)際運(yùn)行的情況，還需要考慮運(yùn)輸過(guò)程中是否途經(jīng)高海拔地區(qū)，采用低壓力或無(wú)壓力運(yùn)輸，保證產(chǎn)品的氣密性，氣箱強(qiáng)度不被破壞。
結(jié)語(yǔ)
環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用于二次配電量大，開(kāi)關(guān)柜緊湊，通過(guò)安裝戶外開(kāi)關(guān)站、箱式變電站等廣泛服務(wù)于居民、小工業(yè)、商業(yè)樓宇等，環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)成熟，產(chǎn)品可靠性高，需要根據(jù)國(guó)外客戶要求提高產(chǎn)品安全性、滿足客戶應(yīng)用要求才能夠更多的出口到世界各地，中國(guó)電氣設(shè)備制造廠不能只局限于國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，應(yīng)該勇于走出去，注重產(chǎn)品安全性，可靠性，生產(chǎn)出滿足各地要求、世界級(jí)的產(chǎn)品。
