10kV中壓開關柜在建筑行業中的應用現狀與發展

王 暉, 彭建光

法樂綺電氣(上海)有限公司 上海 201415

10kV中壓開關柜在建筑行業中的應用現狀與發展

王 暉, 彭建光

法樂綺電氣(上海)有限公司 上海 201415

介紹了10kV中壓開關柜在建筑行業中的應用現狀，分析了常用的10kV中壓柜的特點，并將450系列中壓柜與常用中壓柜進行了比較。450系列中壓柜成本相對較高，且具有小型化、可靠性高、運行穩定等特點，目前已應用在多個項目中，取得了良好的應用效果。

高壓開關柜； 建筑行業； 應用； 發展

1 10kV中壓開關柜在建筑行業中的應用現狀

隨著中國房地產行業的迅速發展，各大中心城市的土地資源越來越少。與此同時，在建筑行業，配電設計對空間和可靠性的要求越來越高。尤其是在寸土寸金的大城市，由于土地和空間資源的限制，小型化配電房的需求近些年越來越多。一些城市的電力主管部門出臺了文件和指導意見，推薦小型化配電房設計方案，如上海市電力公司2014年就曾發布技術導則，明確外環線內優先采用小型化設計方案。

1.1 低壓領域

一般情況下，在國內建筑行業，用戶的供配電電壓等級主要是中壓35kV、10kV和低壓400V。在低壓配電領域，傳統的GCK、GGD、GCS、MNS等型號低壓開關柜適用性好，且經濟、可靠、安全[1-3]，已經被實踐認可，能較好地滿足用戶需求。一些國外大公司通過大密度安裝來達到低壓柜整體小型化的目的，或多或少存在設計和安全缺陷，而且價格高、散熱不佳、可靠性差、維護困難，實際運行成本也不低，并不被電力主管部門和行業內的設計人員所認可。針對類似一般住宅這樣的三級負荷，供電部門往往推薦簡單可靠且成本較低的GGD等型號。另一方面，低壓元器件已很難有革命性的突破，因此在低壓配電領域，當前不具備進一步小型化設計的相關條件。

1.2 傳統中壓開關柜

在10kV中壓開關柜領域，由于電壓等級高，空氣的絕緣距離要求也高，加之國標在一些方面還高于國際電工委員會(IEC)標準，因此10kV普通空氣絕緣中壓柜普遍為大尺寸，配電房占地面積大，所占用的土地資源較多。傳統的10kV中壓柜，如GG1A、XGN2-12、JYN10等型號，因防護性、可靠性或安全性方面存在薄弱環節，加之占地面積大，已經被逐步淘汰出電力配電領域。最近幾年，KYN28A-12通用型10kV空氣絕緣鎧裝式中壓柜大量應用于包括電力、石化、建筑等在內的多個行業，其技術先進，產品成熟可靠，性價比較高。但另一方面，KYN28型中壓柜尺寸仍然較大，盡管采用了技術成熟可靠的抽出式手車真空斷路器替代油斷路器，但是柜體體積和占地面積并無顯著變化[4-6]。體積小巧的普通空氣絕緣環網柜，由于只配置負荷開關配合熔斷器保護變壓器，一般只能用于終端容量不大于800kVA的三級負荷用電場所，盡管也出現了不少改進柜型，但由于容量小、柜型簡單，也無法應用于高質量大容量及供電要求嚴格的場合。

1.3 氣體絕緣柜

隨著科技的發展，原本用于110kV及以上電壓等級的SF6氣體絕緣技術被應用到中壓領域，產生了氣體絕緣柜，即GIS柜[7]。GIS柜體積較小，不受高原和污染環境影響，已經發展到第三代產品——中壓C-GIS三相共箱式氣體絕緣現場不充氣開關柜[8]。目前，中國市場上常見的中壓氣體絕緣柜產品主要有ABB的ZV2、ZX、SafeRing、SafePlus型，西門子的8DA、B10、NXPLUS C、8DJH、SIMOSEC型，施耐德的SM6、RM6型等，這些產品一般采用固定式真空斷路器，隔離開關采用三位置工作方式，隔離開關和接地開關合一，操作程序比較特殊。

由于中壓柜小型化設計可以大幅減小配電房面積，直接減少土地資源的占用，進而產生較大的經濟效益，給用戶提供更多空間和價值，因此當前建筑配電設計中采用小型化中壓柜的設計原來越多。另一方面，城市電網改造和用戶配電改造時一般都要求增加配電容量和柜數量，在土地及其相關資源有限的情況下，采用小型化設計也是必然的選擇。

1.4 固體絕緣柜

環氧樹脂固體絕緣開關柜，簡稱固體絕緣柜，大多采用環氧樹脂自動壓凝膠成型技術對真空滅弧室進行澆注固封，母線絕緣部分采用硅橡膠實現全絕緣密封，且免維護，可用于有污染的環境[9-10]。這一類型中壓柜體積小，技術和環保優于氣體絕緣柜，是目前新興的一種產品，國家也正在制訂這類產品的相關標準。

1.5 上海市電力公司相關導則

在《國網上海市電力公司非居民電力用戶業擴工程技術導則(2014版)》[11]和《國網上海市電力公司新建住宅區供電配套工程技術導則(2014版)》[12]中有如下表述： 上海市外環線以內優先采用小型化站型方案，外環線以外優先采用通用站型方案。

兩個導則對10kV中壓柜體積參數也作了規定： 通用型空氣絕緣開關柜為800mm×1500mm×2200mm，小型化空氣絕緣開關柜為550mm×1340mm×2200mm，小型化氣體絕緣開關柜為500mm×1050mm×2250mm、600mm×1000mm×2325mm或600mm×1100mm×2250mm。

2 常用10kV中壓開關柜的特點

普通空氣絕緣環網柜，柜內元件之間采用空氣絕緣，體積小，結構簡單，成本相對較低，維護方便，性能可靠。這類中壓柜一般依靠高壓熔斷器和負荷開關進行保護和分斷操作，所以只能用于供電要求等級不高的一般場所。

氣體絕緣柜，密封的柜內充滿SF6絕緣氣體，元件之間距離可大幅度縮短，所以中壓柜的體積也相應減小。這類中壓柜的最大優點是能用于高原地區和環境比較惡劣的場所，缺點是在生產、運輸、使用中無法避免漏氣問題，需要進行監測。如果漏氣后壓力不足正常值的40%，會導致絕緣失效。此外，SF6氣體還會對人體造成危害，并且是溫室效應的主要元兇之一。正因為SF6氣體存在諸多缺點，不用或少用SF6氣體將是發展的趨勢。目前國內一些地區已禁止在10kV配電系統中使用SF6產品，上海市供電部門也已經明確規定限制使用SF6氣體絕緣柜。

固體絕緣柜的主要材料是環氧樹脂，環氧樹脂有良好的粘接性，機械強度高，電氣絕緣性能優良，但其缺點也相當明顯： 脆性大，抗開裂性能差，產品澆注后容易開裂。此外，固體絕緣柜依靠環氧樹脂材料和硅橡膠材料等將元器件固封在柜體內，元器件之間的距離較短，柜體尺寸較小，導致散熱差。目前國內有三十多家廠商生產固體絕緣柜，但由于缺少相關標準，造成工藝和技術參差不齊，這也是一個客觀存在的問題。

小型空氣絕緣柜采用抽出式手車，功能齊全，尺寸相對較小，并符合環保要求，目前在建筑行業中應用廣泛，缺點是價格較高。

3 新型小型化10kV中壓開關柜

2015年4月，450系列新型小型空氣絕緣10kV 中壓柜問世。這一系列產品包括KYN450-12型鎧裝手車抽出式、XGN450-12型箱型固定式和XGN450Y-12型完整抽出式。產品尺寸小巧，維護簡單，符合高可靠性、小型化和環保的要求。

將450系列中壓柜與目前常用的10kV中壓柜進行比較，如表1所示。

表1 450系列中壓柜與常用10kV中壓柜的比較

型號體積/(mm×mm×mm)額定電流/A最大分斷能力/kA特點YN28A-12通用系列800×500×200630～125031.5通用產品,可用于大電流一次和二次系統配電,低碳環保ABBUnigear550系列550×1340×2200或550×1390×2200630～200031.5可用于中壓一次和二次系統配電,低碳環保XGN450-12450×1000×2000(固定式)及500×1000×2000(抽出式)630～160031.5可用于中壓一次和二次系統配電,低碳環保KYN450-12460×1100×2200630～160031.5可用于中壓一次和二次系統配電,低碳環保

從表1比較可以看出，450系列中壓柜的尺寸比目前市場上廣泛使用的中壓柜要小，適應面更廣，額定電流630～1600A、最大分斷能力31.5kA符合相關標準，完全可以滿足建筑電氣行業用戶端中壓一次和二次系統配電的要求。此外，450系列中的手車抽出式中壓柜具備高可靠性和維護簡單的優點，可以另行配置綜合保護和監測裝置，符合智能配電的需求。可見，450系列中壓柜在建筑行業中的適用性好，技術優勢較明顯。

450系列中壓柜的占地面積僅為0.45～0.51m2，適用于老舊項目改造、商業地產、住宅小區、市政工程、地下交通運輸和海上鉆井平臺等的變配電工程。簡單估算，應用這一系列中壓柜可節省配電房綜合造價30%。以2014年全年所需10萬套中壓柜為基準進行計算，如果均使用450系列柜，每臺所需銅材比普通中壓柜節約65%，即20kg左右；每臺所需鋼材比普通中壓柜節約60%，即60kg左右。這樣，全年可節約銅材2000t、鋼材6000t，以1t銅材30000元、1t鋼材2500～3500元計，全年可節省銅材費用600萬元、鋼材費用1500萬～2100萬元。如果1年減少10000臺氣體絕緣柜的使用量，還可減少約22t 的SF6氣體排放量。

450系列中壓柜的核心配套元件——互感器、隔離開關、真空斷路器等均采用小型化設計，具有多項專利技術，包括VR1-12型空氣絕緣小型化真空斷路器等。柜內設計時有效利用了前后縱深空間，減少了不必要的走線和交叉連接，操動機構為小型一體化高精度自潤滑設計，能用于寒冷環境中，機械壽命超過3萬次。由于空氣絕緣距離優于國家標準，沒有依靠復合絕緣技術縮短元件之間的絕緣距離，柜內交叉連接較少，電場均勻，運行穩定。

4 450系列中壓開關柜的應用

450系列中壓柜目前已用于銀行、熱電廠、鐵路、醫院、市政工程、鋼鐵廠、房地產等的變配電改造項目，包括中國銀行河北分行、武漢鐵路局漢口供電段、大唐綏化熱電廠、上海閔行污水處理廠、合肥廬江人民醫院、山東齊魯制藥公司、安徽宣城軍天湖監獄等，并為地方電力部門配套提供專門產品，如2015年5月為廣東省電力部門定制小型化中壓柜產品。450系列中壓柜得到了用戶的一致認可。

5 結論

目前在10kV中壓領域，傳統中壓開關柜和氣體絕緣柜應用廣泛，固體絕緣柜也受到關注。與這些設備相比，450系列新型中壓開關柜具有小型化、可靠性高、運行穩定、符合環保要求等優點，且已在全國各地多個項目中應用，取得了良好的效果。

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[11] 國網上海市電力公司.國網上海市電力公司非居民電力用戶業擴工程技術導則(2014版)[Z].

[12] 國網上海市電力公司.國網上海市電力公司新建住宅區供電配套工程技術導則(2014版)[Z].

An introduction was given on current application of 10kV medium voltage switchgear panel in the construction industry with an analysis on the characteristics of 10kV medium voltage switchgear panel in common use and a comparison between 450 series medium voltage switchgear panel and medium voltage switchgear panel in common use. Although 450 series medium voltage switchgear panel has relatively large costs, but owing to its small size, high reliability, stable operation and other characteristics, it has been applied in a number of projects with sound effect.

HV Switchgear Panel； Construction Industry； Application； Development

2016年3月

王暉(1969— )，男，本科，工程師，主要從事電壓設備研發工作， E-mail： chshwh@163.com

TM591

B

1674-540X(2016)03-066-04