12kV智能型SF6氣體絕緣環網柜的設計與研究

王懷平 林允繆

摘 要：隨著國內城市電網建設與改造的加快，高壓進入市區，直接深入負荷中心，環網供電成為解決城市負荷密度增加而呈現的必然結果。環網供電是在不同的變電所或同一變電所的不同母線的兩回或多回饋線。相互之間連接成一個環路進行供電的方式。這需要在環網中連接大量配電開關設備，這使得城市電網對環網開關設備硬件的需求也越來越大。絕緣環網柜的需求也越來越大。

關鍵詞：氣體絕緣環網柜;智能型;SF6

1 引言

隨著城市電網用戶對供電穩定性和可靠性的要求越來越高，為盡可能減小系統檢修和故障停電對城市生產生活造成的影響，原采用放射式或樹干式的配電形式已逐漸被環網供電方式代替。隨著技術和工藝的改進與提升，作為環網供電主設備的環網柜也不斷改良并推陳出新。目前，市場主流產品是 SF6 氣體絕緣環網柜。本文主要結合SF6氣體絕緣環網柜進行設計和研究工作的分析。

2 12kV智能型SF6氣體絕緣環網柜的特點及優勢

氣體絕緣環網柜采用性能優異的SF6絕緣氣體，大大提高絕緣性能;結構緊湊，占地面積小，有利于小型化發展;采用了SF6氣體，有效地提高了滅弧能力，采用全封閉式結構，開關核心部件不受外界環境的影響，采用免維護產品結構、大大減少了維護工作，降低了維護成本。

近年隨著配網自動化的快速發展，對環網開關設備智能化也提出了更高要求，現在配網系統中應用的環網開關設備一般與DTU配電站所終端配合使用，共同實現了“遙信、遙測、遙控”等三遙功能，初步滿足了配網自動化需求。因環網開關設備和DTU都是分批招投標，在實際應用過程中，容易存在一二次設備不匹配的問題，給今后運維檢修帶來很多困難。另外，配網線路損耗管理還處于粗放式的，沒有按“分區、分壓、分元件、分臺區”等進行線損精益化管理，這也與國外配網自動化水平存在較大差距。

正是基于這些問題，2016年5月國家電網運維部提出一二次融合概念，2017年5月全國電力系統管理及其信息交換標委會成立專項工作小組開始研究一二次融合技術方案，并按兩個階段分步執行：第一階段為配電設備的一二次成套階段;第二階段為配電設備的一二次深度融合階段。

目前國內部分設備廠家已完成第一階段的研發和試驗，國家電網公司在山東、江蘇等多個省份已試點推廣一二次融合成套化設備的招標應用。第二階段的一二次深度融合設備還在研發和試驗過程中。

因此，從電力設施發展的經驗和趨勢來看，與物聯網結合的智能化、信息化環網柜設備是大勢所趨。標準化的功能性結構，設計合理、穩定可靠的機械結構配以高度智能化和信息化的控制模塊和傳輸部件，是環網開關柜等配電設施發展的方向。

3 12kV智能型SF6氣體絕緣環網柜的設計與應用

我國目前已確定分三個階段推進堅強智能電網的建設，在三個階段里總投資預計將超過4萬億。2011年至2015年為全面建設階段，加快特高壓電網和城鄉配電網建設，初步形成智能電網運行控制和互動服務體系，關鍵技術和裝備實現重大突破和廣泛應用;2016年至2020年為引領提升階段，全面建成統一的“堅強智能電網”，技術和裝備全面達到國際先進水平。而環網開關設備是中壓配電網中的重要組成部分，智能型環網開關設備更是順應國家建設堅強智能電網的號召，是城市電網的未來發展趨勢。

近年來，隨著我國城市電網建設和改造、軌道交通以及大型工礦企業等對開關設備提出了小型化、智能化、免維護等新的更高要求，高性能、高品質的充氣柜在國內的需求越來越大。

與其他類型的充氣柜相比，本產品具有智能化的特點——可以實現環網開關設備運行狀態的監測、實現對線路故障狀態的監測與診斷，并可以通過數字通信方式實現遠端的監測、控制與保護;維護量小——高壓帶電體整體密封，高壓絕緣不受大氣環境影響，不易老化;電接觸點不會腐蝕，絕緣和載流可靠性高，高壓部分終生免維護;能耗更低——開關柜主回路電阻低，載流能力最高，長期運行節約能耗;高模塊化——靈活組合，拼接方便，用戶在現場不需處理氣體等復雜操作;運維檢修方便——環網開關設備和二次設備采用即插即用的標準化接口，更換產品方便簡單。

智能環網開關設備物聯網研究方案：環網開關柜物聯網系統結構計劃分為四層來構建，如圖所示。

第1層，主要是國家電力、安監等其他部門，這些國家部門可以通過以太網網絡，根據各自的權限調取各單位管理層的電力系統數據庫服務器。電力部門可以獲取耗電量、各時期電量數據，為電力設施及電力的布局提供更精確的數據;安監部門可以獲取電力系統的安全數據、維護數據及報警信息，盡最大能力協助個責任單位安全管理各大型環網開關柜的工作。

第2層，單位管理層，該層可以通過以太網網絡調取所管轄的各個本地監控室的環網開關柜數據庫服務器，獲取耗電量、各時期電量數據，開關柜的的安全數據、維護數據及報警信息，也可以掌握相關負責人的工作狀態。

第3層，本地監控室，如果環網開關柜離本地監控室距離較近，可以通過以太網局域網或獲取所管轄的各個環網開關柜的常規電量參數，安全參數，如果距離遠或不易配置以太網網絡，可以通過2G/4G網絡的無線數據傳輸模塊，將數據實時傳輸到本地監控室。

第4層，環網開關柜，在實時將DTU的基本數據上傳的同時還可以選配各類型智能傳感器。如：

（1）配置絕緣氣體傳感器，感應絕緣氣體的濃度、壓力，提前感知泄漏的故障;

（2）配置智能溫度傳感器，感應環網柜電纜頭連接部位的溫度，防止溫度過高引起的電纜頭加速老化，甚至燒毀，可以將報警信號傳遞給值班室或更高管理層，可以提早發現電纜頭的安全隱患;

（3）配置智能濕度傳感器，感應環網柜儀表室和電纜室的濕度情況，以防止因環網柜內的濕度過高而導致二次元器件誤動的發生，可以將報警信號傳遞給值班室或更高管理層，也可以選擇控制除濕器執行器工作;

（4）配置智能局部放電監測傳感器，能實時顯示各個監測點局部放電幅值、頻次、確定放電點相對位置，必要時給出報警，及時發現環網柜的絕緣缺陷，并為評估其絕緣水平及老化程度提供判據，為環網柜的檢修工作提供依據。

4 結語

智能型SF6氣體絕緣環網柜仍將以其多樣性和髙增長速度在我國各地的電網中發揮著越來越重要的作用，與此同時，這也對SF6氣體絕緣環網柜從安全、質量、性能、壽命等方面提出了更廣泛更嚴格的要求。

參考文獻

[1]陳熙.SF6氣體絕緣環網柜關鍵技術的研究與應用[D].華北電力大學，2013.

[2]孫立成，田三巧.新型SF6氣體絕緣環網柜[J].電工電氣，2002（1）：16-18.