SF6全绝缘环网柜的工程设计

SF6全绝缘环网柜的结构特点和工程设计

黄冬玥

（上海天灵开关厂有限公司 上海 201800）

[摘 要]

本文以上海天灵LMG/LCG-12环网柜为例，主要介绍了SF6全绝缘环网柜的结构、功能和特点，并论述了SF6全绝缘环网柜在10kV配网供电系统中如何进行工程设计。

[关键词]

10kV；SF6；全绝缘；环网柜

1 引言

随着国家经济建设的快速发展，城市电网负荷越来越大，密度越来越高，城市电网供电方式逐步向环网型供电方式发展。环网供电技术以其独特的优越性在城网配电系统中得到了广泛运用，在配电网系统中发挥着控制和保护作用。

SF6全绝缘环网柜是一种以低压力SF6气体作为绝缘和灭弧介质的开关柜，与SF6半绝缘环网柜相比，更具安全可靠，免维护，结构紧凑，小型化，易扩展，方案组合灵活多样等优越性，是环网供电和终端供电的重要开关设备，因此在国内已得到普遍使用。LMG/LCG-12系列环网柜是由上海天灵和加拿大雷泽瑞奇公司合资生产的开关设备。综合这一产品的结构、性能和特点，就SF6全绝缘环网柜在10kV配网供电系统中如何进行工程设计作以下详细的论述。

2 SF6全绝缘环网柜的结构特点

2.1概述

SF6全绝缘环网柜以负荷开关、负荷开关-熔断器组合电器、隔离开关-断路器等主开关构成各功能单元和密封气箱，它将所有高压带电部分如负荷开关、母线侧接地开关、母线等密封在充有低压力SF6气体的不锈钢箱体内，以SF6作为灭弧介质，采用电动或手动储能弹簧操动机构，其母线通过母线连接器可以在左右方向任意扩展。适用于中压配电系统，可以根据不同的设计方案，任意排列，完成不同的配电任务。

2.2 SF6全绝缘环网柜的类型

图 1 SF6全绝缘环网柜的9种基本柜型

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1、SF6全绝缘环网柜按用途可分为以下9种基本类型（见图一）： ① 负荷开关柜（C）

主要应用于：电缆进出线连接、分支、分段和控制等。 ② 负荷开关+熔断器组合电器柜（F）

主要应用于：二次配电网容量在1250kVA及以下的终端配电变压器的控制和保护。 ③ 断路器柜（V2）

不仅可应用于：电缆进出线连接、分支、分段和控制等。 也可应用于：较大容量配电变压器的控制和保护。 ④ 电缆引入柜（B）

SF6气体绝缘，高压部分在SF6气体内。 主要应用于：电缆进线的引入。 ⑤ 计量柜（M2） 空气绝缘。

主要应用于：供电部门进线计量。 ⑥ 母联柜（I）

主要应用于：两段母线的分段与联络。 ⑦ 电缆引入柜（A2）

空气绝缘，电缆接头与母线直接相连，有金属保护外壳。 主要应用于：电缆进线的引入。 ⑧ 压变柜（CPT）

带负荷开关的PT柜，可以拖动电机照明设备，便于PT维护和检修。 ⑨ 压变柜（APT1） 空气绝缘。

PT最大容量为5000VA，可以拖动电机照明设备。

2、SF6全绝缘环网柜按结构可分为模块式（LMG-12）和共箱式(LCG-12)两大类。 ① 模块式（LMG-12）：气箱为单气箱，即每间隔只有一个气箱。

② 共箱式(LCG-12)：气箱为共气箱，即几个间隔（两至四间隔）共用一个气箱。共箱式每个模块最多具有四个功能单元（四个单元中C、F功能任意组合，如CC、CF、CCF、CCC、CFF、CCCC、FCCF、CFFF等）。

2.3 SF6全绝缘环网柜的主要特点

1、全密封、全绝缘

所有高压带电部分全部密封在充低压力SF6气箱内，不受外界环境影响，如： 污秽、潮湿、盐雾、小动物等。 2、柜体尺寸小

使用三工位旋转式负荷开关，有效减少零部件数量，实现了机械五防联锁。真空断路器充以SF6 绝缘气体使整体结构更紧凑。 限流熔断器也向小型化发展，两者结合，柜体越来越小。 3、模块化的设计

采用模块化的设计方案，其基本模块单元为负荷开关模块、负荷开关-熔断器组 合电器模块、隔离开关-断路器模块及其他特殊功能模块任意组合，任何模块之间都可以利用硅橡胶母线连接器实现任意扩展和连接。 4、绝缘性能高

气箱采用进口3mm不锈钢板激光焊接完成，保证设备在运行中的高强度要求，防腐蚀，防涡流影响，防护等级可达IP67。气密性非常好，可保证30 年不漏气。

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5、零表压下耐压

即使发生漏气，或漏到零表压，仍能确保设备的绝缘和开断性能，正常使用。

7、激光焊接

防止长期使用中，气箱焊缝因温差变化引起的气箱呼吸效应使得焊缝疲劳开裂。

8、全屏蔽电缆进出线

电缆连接采用标准DIN标准型的电缆套管，安装方便、可靠。

2.4 SF6全绝缘环网柜的结构特点 2.4.1 总体结构

SF6全绝缘环网柜总体结构分为两大部分，充气的密封箱体部分和控制室、电缆室、框架、泄压通道等不充气部分。高压主回路置于充气的密封箱体内，机构室位于正面的上方，电缆室位于正面的下方，泄压通道位于后下方。用全屏蔽电缆终端进出线。

图 2 柜体结构

2.4.2 部件结构 2.4.2.1 密封箱体

气箱充以SF6气体，采用全焊接密封技术，并经过同步抽真空氦检漏。在整个运行寿命期间不需要重新充气而能保持安全操作。

2.4.2.2 三工位负荷开关

安装在充气壳体内的负荷开关是三工位负荷开关，有合闸、分闸及接地三个位置。当动刀片位于分闸位置时，它有足够的绝缘距离。用一个操作手柄可以分别对主开关和接地开关进行合分操作，主开关和接地开关之间有机械联锁。

图 3 三工位负荷开关

合闸状态 分闸状态 接地状态

图 4 三种开关位置状态

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2.4.2.3 熔断器接地开关

在负荷开关+限流熔断器的组合电器柜中，装有与三工位负荷开关联动的熔断器接地开关，对熔断器出线端提供可靠接地；当负荷开关在合闸、分闸操作中该熔断器接地开关基本不动作，当负荷开关接地操作时，该熔断器接地开关同时动作与熔断器出线端的静触座可靠接触，以保证熔断器出线侧可靠接地。

2.4.2.4 熔断器

熔断器+负荷开关构成变压器保护回路，高遮断限流熔断器装于环氧浇注的绝缘壳体内。当发生短路时熔断器熔断后，弹出的撞针使负荷开关分闸，使故障线路得到切除。熔断器撞击器选用弹簧式撞击器。

2.4.2.5 柜架

柜架（除去密封箱体以外的壳体部分）是所有零部件装配的基体，同时对密封箱体起支撑和固定作用。选用敷铝锌板采用多重折弯成形，通过高强度螺栓、螺母（8.8级）和拉铆螺母连接。柜架可分为三个主要隔室：控制室、电缆室和泄压通道；控制室内有机构、熔断器固定架和二次回路；电缆室内有电缆及其固定架、接地母排，根据需要可配置电流互感器；泄压通道在电缆室的后面。压力表、动态主接线模拟图、带电显示器、操作孔及操作按钮、铭牌、机构室的门、电缆室的门等均位于正面。

2.4.2.6泄压装置

在密封箱体下部的泄压通道设有防爆膜，当万一发生内部燃弧故障时，密封箱体内部的高压力气体可将防爆膜冲开，释放压力，同时SF6气体通过泄压通道排入地沟以确保操作人员的安全。

2.4.2.7接地回路

在电缆室内单独设有5×30mm的主接地铜排，贯穿整个排列，供直接接地的组件使用。三工位负荷开关的接地触座通过铜排与主接地铜排相连，构成接地回路，使整个柜子都处于良好的接地状态，确保操作人员的安全。

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2.4.2.8母线连接器

母线连接器由三只硅橡胶接合器组成，安装在欲连接的各柜的侧面上水平排列的内锥套管（母线输出）之间，为母线提供连续性，并封闭结合处。使用这种连接器可以使不同的开关柜的母线方便简单的连接在一起而不需更换SF6气体。不仅能够防止局部放电和保证绝缘特性，还可以耐受开关柜可能具有的额定及短路电流。

图 5 母线连接器

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2.4.2.9五防机械联锁

环网柜、负荷开关柜及组合电器柜均有可靠的机械联锁，且主接线模拟图有开关状态的指示，必须按规定的操作程序操作才能得以进行。

① 只有当负荷开关在分闸位置时，接地开关才能进行合闸操作； ② 只有当接地开关在分闸位置时，负荷开关才能进行合闸操作； ③ 只有当接地开关在接地位置时，柜门才能打开； ④ 只有当柜门关闭后，接地开关才能进行分闸操作。

2.5 SF6全绝缘环网柜的主要技术参数 额定电压1额定频率2

额定电流3 额定短路开断电流4

567891011121314组合电器额定转移电流对地、相间1min工频耐压kV隔离断口对地、相间雷电冲击耐受电压kV隔离断口主回路4s热稳定电流kA接地开关2s（有效值）接地连接回路2s主回路动稳定电流（峰值）kA接地开关接地连接回路额定短路关合电流负荷开关kA（峰值）接地开关负荷开关额定有功负载开断电流A负荷开关次（断路器）机械寿命接地开关次（隔离开关） SF6气体额定压力（20℃、表压） MPaSF6气体漏气率年kVHzAkAA负荷开关 组合电器125063012531.517604248758520/252017.450/6350/6343.5506306000/1000020000.03≤0.1％断路器柜63020/25表 1 主要技术参数 3 SF6全绝缘环网柜的工程设计

气箱类型的选择

SF6全绝缘环网柜气箱有单气箱和共气箱两种类型，其性能完全相同。从节约成本的角度来说，选择共气箱更为经济实惠，但是从另一角度来看，一旦其中一台柜子发生事故，需要更换的是一整台气箱，这样就提高了维护成本。所以在设计时应该根据用户的需求，结合经济等因素考虑来选择。共气箱一般只能由C、F单元任意组合，因为C、F单元相对功能简单，发生事故率较低，而断路器单元经常容易发生事故，所以不可以和其他单元共气箱。而且至多四个间隔共一个气箱，以免发生事故，维护成本上升。

扩展方式的选择

SF6全绝缘环网柜的使用场所分为户内和户外。如果用于户内，大部分开闭所会面临二期增容扩建和改造的问题，所以在工程设计中需要考虑将SF6全绝缘环网柜的端柜母线采用两侧可扩展的方式，当不需要扩展时，可用堵头封堵，当需要二期增容或改造时，再用插拔式硅橡胶母线连接器拼柜连接。便于用户或变电所增容改造。

如果用于户外，一般不考虑增容，所以端柜可不用考虑扩展。但如遇特殊要求，比如户外房只作为临时站用途，等使用一段时间后，开关设备放入户内使用，那么还是采用两侧

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