环网柜、箱变及电缆分支箱在10KV环网供电中的应用

环网柜、箱变及电缆分支箱在10KV环网供电中的应用

10kV终端配电宜用环网柜、箱式变电站及电缆分支箱

内容摘要：文章着重介绍目前常采用的环网柜及环网接线方式和它们的优点及注意事项。对箱式变电站及电缆分支箱的应用也作了介绍。

关键词：环网接线环网柜与环网开关站；箱式变电站及电缆分支箱

Applicable Ring Network Cabinet, Cubicle-type Substation and Cable Branch Box of 10kV Final Power Distribution This paper focuses on the advantages and relating matters of ring network cabinet and connection mode that are commonly used. It also introduces the application of Cubicle-type Substation and cable branch box.

大型厂矿多自设降压站，有高压配电室及中压配电室。配电变压器安装容量超过10000kVA的较大用户，大都由城市共用变电站以专用线路放射式供电，本身建有中压配电室，开关柜内装主要元件多为真空断路器。但对中小用户来说，10kV供电采用环网柜，是最常用的终端配电方式，而中小容量用户又占绝大多数，此种环网供电足以满足二级负荷的要求。对三级用电负荷采用电缆分接箱有其突出的优点，应大力提倡及推广使用。对分散用户，且用电容量不大时，或要10kV供电伸入负荷中心时，采用箱式变电站（或称组装式变电站，预装式变电站）供电更具合理性。

一．环网接线与环网开关柜

1．环网主接线

环网接线分单环接线，双环接线，至于三环、四环接线基本不用。使用最多的单环接线，它是由变电站或开关站同一母线段或不同母线段引出二回路电缆线路形成环路，环内负荷由这两回线路同时供电，一但其中一回路出现故障，另一回路可负担环内所有负荷的供电。每回电缆线路首段皆有断路器，每条回路可设纵差保护的导引电缆。为此被保护的线路两端开关柜内应配有相应的电流互感器。

如果两回供电线路取自不同的变电站或开关站，有的资料称此种接线为拉手式环网，笔者对此不予认同，不应叫环网接线了，而应称双电源中间有联络开关树干式供电了。单环网供电主接线典型接线看图1

图1. 单环典型主接线

此种接线供电可靠较高，完全能满足二级负荷的要求。例如：当A点发生故障，只要把A点两侧的

4#、5#负荷开关断开，可继续完成供电。只要准确地确定故障点，恢复供电就非常容易了，对于环网典型主接线，有的认为两路出线只有接入同一变电站同一条母线，或接入同一变电站两断母线上，两段母线的联络开关始终处于闭合位置，否则不应称环网母线。笔者认为，不必在名称上过于追究了。

2．环网开关柜

所谓环网开关柜，真实的含义是用于环网接线的开关柜，它可以是断路器柜，也可以是负荷开关柜，或负荷开关加熔断器柜。环网柜不是个合理称呼，不过目前所说的环网柜指体积小的负荷开关柜，有点约定成俗的味道，如果对变压器馈电，即用负荷开关加熔断器柜。所用负荷开关有SF6负荷开关，也有真空负荷开关，至于产气式或压气式负荷开关柜，由于体积较大，在环网接线中应用较少。SF6气体是温室效应明显的气体，一旦泄露，污染环境，用它作绝缘及灭弧介质的封闭的负荷开关柜，尽管体积小但维护不便，发展前景不够乐观，可能逐步退出市场。真空负荷开关由于真空灭弧室制造非常成熟，截流非常小，不会造成操作过电压的危害，其封闭性也早已过关，不必耽心渗气现象发生，美中不足之处是体积比SF6负荷开关柜大，不过目前已有厂家解决真空负荷开关柜体积过大的问题，那就是采用固体绝缘方式，真空灭弧室浇铸于环氧树脂中，这样相间及相对地电气间隙大大缩小，从而使真空负荷开关柜的体积大为减小，

其体积与SF6负荷开关柜不相上下，甚至更小。此种柜可做到少维护或免维护，操作、使用、安装也非常方便，具有广阔的发展远景。总之，环网柜名称不够确切，不够科学，有的厂家称紧凑型开关柜，也有的厂家称金属封闭箱式开关柜，或紧凑型箱式开关柜。

3：注意点

（1）接入环网系统内的开关站，不得用母线分段开关断开，如图2所示

图2 环网系统内开关站错误接线

在环网柜中，图2接线是错误的，用户不得用分段开关把环网断开。图2是双电源加母线联络接线。正宗的环网系统的开关站接线应为图3接法

图3 环网系统内的开关站正确接法

（2）环网进出线柜电源侧是否装接地开关、避雷器、带电显示器及电流互感器。

有些设计人员或用户对上述元件是否装设有很大盲目性及随意性，根据笔者实践经验，建议如下：

电源侧不宜装接地开关，误操作会造成事故，影响供电安全，况且负荷开关是三工位，有接地一档，多加接地开关带来联锁麻烦，增加柜子复杂性。如果环网线路全为电缆地下敷设。且又为金属铠装电缆，实无必要加装避雷器。如果负荷开关为真空开关，由于截流，造成操作过电压，但开段的是负荷电流，截流很小，操作过电压不大，可不装过电压保护装置。

带电显示器是要装设的，用来观察进线是否带电，尤其回路中无电压互感器及电压表时，更应装设。实际上装带电显示器投资很少，它的传感器本身就是支持绝缘子。

至于电流互感器是否装设问题，如果开关站设计带有微机终端测控装置一定要装电流互感器提供电流符号。环网主干线纵差保护，也离不开电流互感器。

（3）环网柜是否加装隔离开关，隔离开关安装位置如何？

环网负荷开关柜常见的有装隔离开关，不装隔离开关及装双隔离开关，接线如图4所示

图4 环网柜中隔离开关的装设

图4a中，不加隔离开关，多为SF6开关，本身具有隔离功能。图b中，负荷开关为真空式，不能作隔离用，要另加隔离开关。图c为双隔离，是为检修负荷开关提供方便。图d为单电源进线，检修断路器时保证人员安全。

4：负荷开关开断转移电流能力

所谓转移电流，指本来应由熔断器完成的切断任务转移给负荷开关了，当任一熔断器熔断后，熔断器中由火药或弹簧起动的撞击器使负荷开关操作机构脱扣，负荷开关三相联动切除故障电流。这样避免了因一相熔断器熔断造成二相供电的事情发生，一次图表示方法见图5

图5 具有开断转移电流负荷开关柜主接线

二．环网开关柜及环网开关站的优越性

1．采用环网柜优点

环网柜优越性如下：

（1）投资节约，一台负荷开关加熔断器柜，平均造价一万多元，如果采用KYN-系列手车式真空断路器柜，造价几万元。如果开断能力要求50kA，真空手车式开关柜每台达十余万元，如果改用负荷开关加限流熔断器代之，同样开断预期短路电流50kA，也不过投资万余元则可。

（2）采用负荷开关配限流熔断器向变压器馈电，对变压器的保护有的地方甚至优于断路器，主要因熔断器切除短路迅速且有限流作用，这使在同一回路内的其它元件受益匪浅，即不再考虑动、热稳定的要求了。（3）可对变压器进行全面保护

向变压器馈电的负荷开关熔断器柜，应采用全范围保护用限流熔断器，全范围保护熔断器是一种新型限流熔断器，它可以可靠开断引起熔体融化的电流至额定开断电流之间的任何故障电流，这样保护过流范围非常宽广。当然，为更好地保护变压器的过载，可加装电流互感器，通过保护装置动作负荷开关脱扣机构。负荷开关开断过负荷电流，稍大的故障电流由熔断器负责开断，这两种开断电流交汇点称交接电流，由于过载脱扣与熔断都有误差范围，造成交接电流也有一定范围。小于交接电流由过载脱扣动作负荷开关完成开断，大于交接电流时由熔断器负责切除，从而恢复变压器得到全面的过流保护。不过用熔断器保护变压器过载难度很大，因为全范围保护不是指对变压器过载全范围保护，而是指熔断器保护范围比较大而已，例如熔体电流为125A，开断50kA，不是指电流从125A至50kA范围内皆可保护，而是超过熔体额定电流一定倍数后才开始熔断，这样保护变压器的过载有一定难度。为此变压器过载要在低压侧进行，变压器低压出口总开关保护变压器过载，只要低压侧不过载，高压侧也不会过载。变压器若在高压侧进行过

载保护，采用如上所说，由电流互感器、电流继电器、中间继电器，动作于高压侧负荷开关脱扣器，不能被全范围保护熔断器误导，使变压器得不到过载保护。

（4）体积小，占地面积小

对于高层建筑来说，可以说寸土尺金，这样由环网柜组成的开关站，占地少，这无形带来更大的投资效益。

更难能可贵的是，把体积小的环网柜集中于一箱体内，组成环网开关站，可置于建筑物旁或干脆置于马路边，不占用户的建筑面积，给用户带来更大的效益，而且供电部门管理方便，发生事故不必进入用户建筑内，方便维护。

环网开关站可作为城市共用开关站，这给供电部门管理带来更大方便，也扩展了供电范围。

（5）安装方便，便于扩展

一般环网开关柜安装非常方便，有的不必开挖基础沟，只要用膨胀帕栓固定高20#槽钢，环网柜固定于槽钢上即可。对于室外的环网开关站，为防积水侵入，采用架高400mm的基础墩，再在上面架设设备基础槽钢即可。

当用电设备增加，需要添加环网柜时，也非常方便，只要把增加柜子与原柜并列，水平母线连接即可。（6）恢复供电时间短

由环网接线供电的个开关站（或用户变电站）设置智能测控模块，电源侧变电站主控室设环网监控子站。利用光缆或五类双绞线组网，实现网管智能化。值班人员可足不出户观察环网运行情况，完成故障判断，故障隔离，网络重构，及负荷调配。可很快把环网故障段隔离，系统快速恢复供电。当然，为达此目的，网内每个开关站除装智能测控模块外，主回路要装电流互感器来检测电流，负荷开关采用电动操作机构，操作电源可由电源侧电压互感器取得。

有人认为放射式供电可靠，这是一种惯性思维，放射供电电缆一但故障，排除要很长时间，倒不如环网供电采用故障隔离的办法恢复供电快。有鉴于此，环网供电满足二级负荷是没问题的。

三．应大力推广箱式变电站及电缆分支箱的采用

对于用户分散，用电负荷容量小的供电，以前多采用树干式架空线路加杆上变电所的供电方式。此种供电方式供电可靠性低，架空线受自然灾害影响大，容易遭雷击及单相接地事故。由于架空线路受出线走廊的限制，很难伸入负荷中心。另外，架空线路及杆上变电所，对城市的美观也大受影响。

如果改用环网接线加箱式变电站，既美观又可靠，且可直接伸入负荷中心，减少供电损耗。城市路灯供电及居民小区的供电，简直到了非他莫属的地步。箱式变结构分三部分，即高压部分、变压器部分及低

压配电部分。高压部分多采用环网接线，为此要有三台环网柜组成，即两台负荷开关柜作进出线之用，一台负荷开关加熔断器柜做变压器的馈电之用，接线图如图6所示

图6 箱变高压侧主接线

用于箱式变电站高压侧为环网电缆供电，不但对城市美观不受影响，而且供电不受自然灾害的影响。在空间狭小的箱式变压器高压室内，装三台中压柜，非小型环网柜莫属了。

在供电要求不是很高的地方，应推广电缆分支箱的应用，它的功能可由一路电缆分成几路分支的放射式向各用户供电，这比环网开关站更节省，占地更少，可装于城市马路边上。目前应用非常普遍。

电缆分支箱的电缆接头采用专用插接式，可靠性非常高，节省空间且安装方便，这样把电缆的最大故障点——电缆头的故障基本消除，从而提高了供电的可靠性。另外，每台支线末端所接变压器因为也有保护，这样不存在分支电缆的过载问题。电缆分支箱根据用户要求可装总开关，以便分支箱的维护，并做分支线的总保护。电缆分支箱典型接线见图7所示。

图7 分支电缆箱典型接线

作者简介：

汤继东，曾任国电南自通华集团及现代重工（中国）电气有限公司总工程师，现任中国电工技术学会工业与建筑应用电气专业委员会秘书长。多年从事供配电设计，设计工程项目有电厂、高层建筑（深圳地王大厦及报业大厦）、民用及工业建筑的电气设计，也参与甲方项目管理及工程监理，在中外合资电气公司从事产品设计，事故处理及技术培训。

参与《低压配电设计规范》GB50054-95的起草

著作有1：《室内水电装修问答》(广东科技出版社)

2：《深圳地王大厦》（电气部分，中国建筑出版社）

3：《高层建筑电气工程》（中国电力出版社）

4：《低压配电常见问题分析》（中国电力出版社）

5：《电气设计及电气设备选型手册》（湖南科技出版社）的主审

6：《电气设计及电气成套技术》（中国电力出版社）待版