气体绝缘环网开关柜的设计与使用技术

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气体绝缘环网开关柜的设计与使用技术 技了 I c专题

气体绝缘环网开关柜的设计与使用技术吴金龙摘

绍兴电力设备成套公司

要：作为重要的二次配电设备，气体绝缘环网开关柜因其优越的电气与机械性能在我国配电网的使用

越来越广泛。介绍了气体绝缘开关柜在设计、制造以及使用时需注意的一些关键技术。关键词：气体绝缘环网柜 设计技术使用技术

De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n T e c h n o l o g i e s o f Ga s I n s u l a t e d Ri n g Ma i n Un i tAb s t r a c t: As i mp o r t a n t s e c o n d a r y p o we r d i s t r i b u t i o n e q u i p me n t, g a s i n s u l a t e d R M U i s b e c o mi n g i n c r e a s i n g l y p o p u l￣ d u e t o i t s s u p e r e l e c t r i c a l a n d me c h a n i c a l p e fo r r ma n c e . Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e s d e s i g n p r i n c i p l e s, ma n u f a c t u r e t e c h n o l o

g i e s a n d a p p l i c a t i o n g u i d e s o f g a s i n s u l a t e d R M U. Ke y wo r d s: g a s i ns u l a t e d RM U d e s i g n t e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n g u i d e s

环网柜在城市、农村电网改造工程、工矿企

业、高层建筑、公共设施等部门作为环网供电单元和终端设备，是电能分配、控制和电气保护的最佳设备。 气体绝缘环网柜是将诸如母线、断路器 (或负荷开关 )、隔离开关、互感器等重要高压元件封闭在充有较低压力的 S F 气体的不锈钢壳体内的中压成套设备。其突出的特点是安全、可靠性高、操

1气体绝缘环网柜设计与制造关键技术气体绝缘环网柜在设计与制造时，需

主要解决以下几个方面的技术难题。1 . 1密封

漏气率一直是生产厂家和用户关注的焦点。 我国相关标准对于气体绝缘的开关设备的气体年泄漏率均要求在 1%/年以下。由于环网柜使用寿命一般都在 3 0年左右，故密封时要考虑到密封元件的压缩量、寿命、老化、可靠性方面的因素。 气体绝缘环网柜的密封方式主要有焊接密封、 密封圈密封及金属波纹管密封等等。目前，普遍采用密封圈来实现气体的动静密封，如 AB B公司的 S F G、施耐德公司的 S M6开关。但是，也有采用不锈钢焊接和密封圈相结合的密封形式。采用焊接密封时，要保证焊缝的气密性。由于一般的焊接设备和焊接技术达不到此要求，故至少要使用氩弧焊或激光焊接设备进行焊接。西门子公司的环网柜 (如

作简单、免维护、安装方便等，且最大的优点是不受外界环境条件的影响，如凝露、污秽、小动物及化学物质等，可用在环境恶劣的场所。另一个重要的特点是，由于使用性能优异的 S F 绝缘大大缩小了柜体的外形尺寸，有利于向小型化方向发展。而 S F 气体绝缘环网柜因具有免维护、尺寸小、性能

优异、安全可靠等特点，在我国二次配电系统得到了越来越广泛的运用。以下对气体绝缘环网柜在设计、制造以及使用时需注意的一些关键技术做具体的阐述。

一

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8 D J 2 0、8 D H1 0)则采用专利的密封技术，其具有如下的特点：

S F 气体清洗充气管道，以控制管道中水分的含量。1 . 3零部件质量

( 1)采用激光焊接技术进行气室密封，符合I E C 6 0 6 9 4标准对压力系统焊接提出的要求；

零部件质量的好坏直接关系到产品质量的好坏。由于 S F 环网柜都是免维护或少维护的开关设备，一旦密封箱体内的零部件有质量问题，则极有可能造成整台设备的报废。

( 2)用整体泄漏探测系统对每一个气室进行气体密封性检查，并将这种测试作为常规测试，其年

漏气率小于 1 . 0× 1 0。 6,因此，产品的服务寿命被大

大地延长，至少达 3 O年。

要保证零部件的质量，就要严格控制零部件的材料、加工工艺和检验方法，使其机械强度、电气性能等各方面参数均满足产品的要求。对需密封安装的零部件要进行更加严格的检查，整个装配过程则须进行更加严格的工艺过程控制和工序检验的控制，以保证装配的正确性和一致性。特别是要保

常用的 s F 气体检漏方法有两种：一是定性检漏，即查漏点；二是定量检漏，即密封 2 4 h后，通过测量其密封容积内的气体浓度来推算年泄漏率。 另外，还要考虑环境因素对密封性能的影响，如高温或低温条件下，密封性能是否满足要求。1 . 2气体水分含量

证密封箱体内的传动环节和触头表面的润滑应该是在整个产品寿命周期内永久有效，触头的接触压力应严格控制，开关主回路电阻值在寿命周期内满足产品技术要求。如西门子公司 8 D J 2 0环网柜内断路器或三位置开关机械动作所需的能量是通过气室壁的金属波纹管由外部输送到内部的。经试验证明， 该波纹管能可靠操作 1 0 0万次以上。

S F 气体水分含量是 S F 开关质量的主要检测指标之一，其大小直接影响了开关的绝缘水平。 S F 气体中的水分，当其含量低于该状态温度下的饱和值时，水分以气体状态存在于 s F 气体中。试验证明，此时 S F 开关的绝缘性能基本不受影响；

若气体水分含量超过饱和值时，部分水汽会凝结于开关内部的固体绝缘物的表面，进而降低其沿面闪络电压，对于负荷开关的灭弧性能也有影响。

2气体绝缘环网柜的使用技术在实际应用中，如何正确选用环网柜中的负

G B 5 0 1 5 0— 2 0 0 6《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定，有电弧分解的隔室水份含量不得超过 1 5 0 p p m,无电弧分解的隔室水份含量不得超过2 5 0 p p m。

荷开关和熔断器等技术参数，是关系到能否正常发挥环网柜作用、保证系统安全运行的关键问题。2 .1 负荷开关与限流熔断器的配合

在G B 1 6 9 2 6— 1 9 9 7交流高压负荷开关一熔断器组合电器中，将电流划分成 4个区域，即工作电流区 (

I)、过负荷电流区 (Ⅱ)、转移电流区 (Ⅲ) 和限流区 ( 1 V)。在每一个区域内，都明确规定了负荷开关与熔断器之间的配合。在 (I)、(Ⅱ)区域内，由负荷开关三相开断并熄弧；(Ⅲ )区内，熔断器和负荷开关共同完成开断任务，其在三相电路中熔断器首先开断故障电流，触发撞击器，并熄弧， 负荷开关在撞击器作用下断开，熄灭另两相的电流；( V )区内，由熔断器熄灭大于转移电流的故 I障电流，负荷开关被撞击器撞开，但不开断电流。

对于新 S F 气体，首先要检验气体本身水分的含量，不能超过规定值 (一般水分含量为 1 5 p p m), 即密封箱体放入适量干燥后的吸附剂，吸附剂主要用来吸附水分，以保证密封箱体内的水分含量不致超出标准规定。密封箱体内所有的零部件 (包括密

封箱体、传动件、触头刀片等 )、标准件都要严格按

各元件的烘烤温度、烘烤时间进行烘烤，严格控制零部件本身的水分含量，并且保证零部件的封装时间。

当S E a开关设备抽真空、充气时，用高纯 N1或

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因此，环网柜应能承担工作电流与全短路电流之间的开断工作。

( 4)变压器低压侧电动机自起动电流不应引起高压侧熔断器熔断。选用的限流熔断器应具备分断能力高、最小开断电流小、运行温度低、时间一电流特性曲线陡峭、

当系统发生短路故障，且故障电流落在 (Ⅲ) 区内，因三相熔断器熔体熔化具有时间差，三相熔断器中的一相首先断开后，撞击器动作，此时可能出现另两相熔断器尚未熄弧开断，而撞击器触发由 负荷开关切断故障电流的现象，即原本由熔断器承担的开断任务转移给负荷开关承担。因此，转移电流是指熔断器与负荷开关转换职能时的三相对称电流。当低于该值时，首开相电流由熔断器开断，其他两相电流由负荷开关开断；大于该值时，三相电

特性曲线误差小等特点，同时应满足耐老化、安装

形式多样、外形尺寸合适等要求，且应注意在环境温度 4 0℃时，熔断器的功率损失不得超过 7 5 w。选用熔断器

时，熔断器的额定电流要与变压

器的容量相匹配。某些认为选用额定电流大的熔断器会更安全的观点是错误的，这样不但造成经济浪

费，而且使熔断器的“时间一电流特性”变差，保护速度降低，影响熔断器的正确开断保护。表 1为3 G D高压 HR C熔断器 (电气数据对于环境温度 4 0￣ C 以下有效 )选用表，用于变压器的熔丝保护。表1 3 G D高压 H R C熔断器选用表

流仅由熔断器开断。转移电流是我们在选用组合电器时应注意的一个重要指标，假如选用不当，负荷开关所能承受的转移电流也不足，将因无力承担开

断两相短路电流的任务而引起开关的爆炸。

按照转移电流的定义及结合负荷开关的开断时间和特性，负荷开关转移电流要避系统额定变压器高压 HRc熔断器的额定正常电流最高值/ AI 6 I 6 25 25

电压， k v额定容量/ k V A 短路阻抗/% 最低值/ A

开最大短路电流，控制在最大短路电流的7 0%以内。在分析负荷开关和熔断器技术系数的基础上，考虑到产品的离散性，按照转

5O 75 I O0 l 25

4 4 4 4

I 6 I 6 20 25

移电流的验算结果，1 0 k V系统中容量小于 1 2 5 0 k V A的变压器，可选用负荷开关进行保7. 2

I 60 2 002 50

4 44 4.

32 4050 50

32 4050 63

护及控制；当容量大于 1 2 5 0 k V A的变压器，则需选用断路器。 2 . 2限流熔断器的选配

3I 5

400 5 006 30

4 44

63 6380

1 00 1 001 00

在负荷开关一熔断器组合电器中，负荷开关负责正常电流或转移电流的开断，熔断器则承担过载电流及短路电流的开断。只

507 5 1 00 I 25

44 4 4

1 01 0 I 6 1 6

1010 I6 I6

有当两种电器的开断能力相互配合，才能顺利完全开断任务，故限流熔断器的选配至关重要。熔断器选择时，还需考虑如下因素：

I 60 I2 20 0250 3I 5 400 5O

0

4 44 4 4 4

20 2525 32 40 50

20 2532 40 50 63

( 1 )熔断器的熔断时间一电流曲线应高于变压器励磁涌流曲线； ( 2)变压器短时过载能力；

( 3)变压器低压侧保护装置后短路所引发的故障电流不应引起高压侧熔断器熔断；

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2 . 3使用时应注意的问题

续表 1 3 G D高压 H R C熔断器选用表系统额定变压器高压HR C熔断器的额定正常电流最高值/ A8O 8O 1 O O 1 O O 61 O 1 O

( 1 )对于多台配电变压器并列运行的系统，选用环网柜时，要注意转移电流的校验问题。当并列运行的变压器低压出口短路时，高压侧最大三相短路电流增加一倍，相应可能出现的转移电流也随之增加了一倍。因此，对于多台配电变压器并列运行的系统，在选用环网

电压/ k V额定容量/ k VA 短路阻抗/% 最低值/ A63O 1 2 8 00 1 0 00 1 25 0 5 O75 1 OO

4 5~6 5~ 6 5~6 44 4

63 63 8 OO 1 OO 61O 1 O

柜时，更应进行转移电流的验算。 ( 2 )有下列要求之一的，环网柜均应配置分励脱扣器，实现负荷开关的快速电动分闸。

1 2 5 1 6O 2 OO 1 7。

4 4 4 4 4 4 4 4 5~6 5~6 5~6 4 4 4 4 4

1 O 16 1 6 2O 25 32 32 40 5O 63 63 6 6 1O 1O 1O

1 O 1 6 2O 25 25 32

1 )需设置重瓦斯保护的油浸变压器。一般情况下，容量在 8 0 0 k V A及以上的油浸变压器均须设置重瓦斯跳闸保护。

5

25 O 31 5 4 00 5 OO 63 O 8 00 1 OO O 1 2 5 0 5O 75 1 OO 1 2 5 l 6O

2)干式变压器的超温跳闸保护。40 5O

5O 63 8O 6 6 1 O 1 O 1 O

3 )带外壳干式变压器的误带电开门的跳闸保护。 4 )具有远方操作控制要求的。

3结论气体绝缘环网柜在设计、制造中，要对柜体的密封、充气气体水分的含量、零部件质量严格加以控制和检测； 使用时，合理、正确地选配负荷开关、熔断器等技术参数，才能使环网柜真正做到安全、可靠性高、操作简单、免维护、 安装方便。

20 0 25 O24 31 5 40 0 5 OO 63 O 8O O 1 0 0 0 1 2 5 0 1 6 O O 2 0 0 0

4 44 4 4 4 5—6 5—6 5—6 5~6 5—6

1 6 162O 2O 25 32 32 40 5O 63 8O

1 6 1 62O 25 32 40 32 40 5O 8O 8 O

参考文献【 1】李建基。高压开关设备实用技术【 M】。北京：中国电力出版社， 2 0 0 5。

【 2】国家技术监督局。 G B . 1 6 9 2 6一 l 9 9 7交流变压负荷开关熔断器组合电阻器【 s】,北京：中 国标准出版社， 1 9 9 7。 【 3】西门子公司. 8 DJ 2 0、8 D H1 0环网柜产品说

明书【 G】 .西门子公司，2 0 0 5 .

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mp0e.html