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(luò)主要以輻射型為主，輻射式與樹干式相結(jié)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(guān)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(guān)構(gòu)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(guān)隔離故障點，經(jīng)短時停電后恢復(fù)非故障線路的送電。為適應(yīng)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(chǎn)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(guān)設(shè)備。
2、真空環(huán)網(wǎng)柜優(yōu)點及結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)已有多年生產(chǎn)和使用真空斷路器及真空開關(guān)柜的經(jīng)驗，真空技術(shù)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(guān)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(fù)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(guān)和SF6開關(guān)優(yōu)越。開斷中電弧不外露，不會污染和損壞柜內(nèi)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(guān)，壽命長，不需檢修。操動機構(gòu)所需的操作功小，開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，便于小型化。由于滅弧室采用真空結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了無油化，因此開關(guān)在操作過程中不會發(fā)生爆炸和火災(zāi)，可在礦山、化工廠等環(huán)境惡劣處使用。
國內(nèi)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(zhuǎn)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(guān)合能力。
2.2 真空環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)特點
真空環(huán)網(wǎng)柜一般是將一組高壓真空開關(guān)設(shè)備安裝于鎧裝結(jié)構(gòu)柜體或封閉箱體內(nèi)或者做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元的電氣設(shè)備，其核心部分采用負荷開關(guān)和熔斷器（或斷路器），具有結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)型、負荷開關(guān)十熔斷器組合電器型、真空斷路器型和用戶分界負荷開關(guān)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(yīng)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(gòu)室和電纜連接室組成（見圖2）。
如圖2所示東芝技術(shù)的VSR3系列共箱式真空環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)所有帶電部件、開關(guān)及操動機構(gòu)（單彈簧電磁機構(gòu)）封閉在不銹鋼的氣室內(nèi)，采用真空滅弧，SF6氣體絕緣。每個功能單元內(nèi)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(cè)根據(jù)用戶的要求可以安裝獨立的接地開關(guān)方便用戶檢修接地操作。在密封箱體內(nèi)充有輔助絕緣的SFs氣體，VSR3系列共箱式真空環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜內(nèi)SF6氣體的額定氣壓為“零”表壓。
負荷開關(guān)與接地開關(guān)和前蓋板之間裝有機械聯(lián)鎖和開關(guān)位置指示，并滿足“五防”要求。負荷開關(guān)和接地開關(guān)均裝有快合、快分的凸輪裝置，保證了開、關(guān)速度獨立于操作者的操作速度。在操動機構(gòu)室正面面板上可對負荷開關(guān)和接地開關(guān)操作孔加裝掛鎖，防止非操作人員操作丌關(guān)。
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(nèi)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(guān)控制電源及為FTU提供開關(guān)的分合狀態(tài)信號。
真空環(huán)網(wǎng)柜還可采用模塊化設(shè)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(dǎo)電的可靠性及開關(guān)的全絕緣結(jié)構(gòu)。真空環(huán)網(wǎng)柜配置獨立的接地開關(guān)，方便用戶檢修接地操作。真空環(huán)網(wǎng)柜采用了預(yù)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(guān)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。基于以上特點，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(shè)備中的主流產(chǎn)品。
3、真空環(huán)網(wǎng)柜的智能化及應(yīng)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(jié)構(gòu)、電氣一次設(shè)備及二次設(shè)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(shè)備，除在其一次性能如負荷開關(guān)額定電流開斷次數(shù)、短路關(guān)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(gòu)，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(luò)結(jié)構(gòu)逐步完善、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(yīng)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(fù)供電技術(shù)是配電自動化的核心技術(shù)，也是智能化環(huán)網(wǎng)開關(guān)的基本定義。智能化中壓環(huán)網(wǎng)柜配置應(yīng)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(shè)備需配置以太網(wǎng)接口或RS-485lRS-232接口或內(nèi)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(nèi)置的電流互感器采集模擬信號，并通過A/D轉(zhuǎn)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(jié)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(luò)拓撲中的電源側(cè)保護動作時，通過網(wǎng)絡(luò)拓撲中相應(yīng)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(jié)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(nèi)、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(jié)論
隨著自動化技術(shù)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(zhì)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(shè)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(shè)備，所以真空環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)是城網(wǎng)改造的首選設(shè)備。
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