隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快，高壓進(jìn)入市區(qū)，直接深入負(fù)荷中心，環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負(fù)荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。
1前言
隨著國內(nèi)城市電網(wǎng)建設(shè)與改造的加快，高壓進(jìn)入市區(qū)，直接深入負(fù)荷中心，環(huán)網(wǎng)供電成為解決城市負(fù)荷密度增加而呈現(xiàn)的必然結(jié)果。配電電壓從以前的380V提升到10kV，進(jìn)而從l0kV上升到20kV�！度珖┯秒娨�(guī)程》規(guī)定，凡送電容量超過160kVA，或用電容量超過250kW，則要求上高壓。隨著城市高樓大廈的崛起，生活小區(qū)的形成以及生產(chǎn)的集團(tuán)化和規(guī)模化，需要高壓送電給負(fù)荷中心。有關(guān)資料顯示，如果將電壓從380V提高到萬伏級(10kV)，可以減少線路損耗60％，又可減少用銅量及總投資52％，技術(shù)效益相當(dāng)可觀。
環(huán)網(wǎng)柜屬二次配電設(shè)備。二次配電設(shè)備是指將高壓變壓器受電的一次配電設(shè)備的電能進(jìn)行再分配的中壓開關(guān)設(shè)備。二次配電設(shè)備基礎(chǔ)元件為負(fù)荷開關(guān)和限流熔斷器，不但經(jīng)濟(jì)，而且保護(hù)特性好（如限流熔斷器保護(hù)變壓器）。我國傳統(tǒng)二次配電設(shè)備是用斷路器，不但價格貴，保護(hù)性也不好。改革開放后，從珠江三角洲開始，引進(jìn)的以負(fù)荷開關(guān)和熔斷器為基礎(chǔ)的二次配電設(shè)備已日益深入人心。我國中壓斷路器與負(fù)荷開關(guān)(含接觸器)比例已由1980年前的10：l，降為2003年的2.1：1，這是我國二次配電設(shè)備政策的革命性變化。但與國外相比，我國斷路器與負(fù)荷開關(guān)之比相去甚遠(yuǎn)，國外(如德國、日本等)斷路器與負(fù)荷開關(guān)之比為l：5～6，而我國現(xiàn)未達(dá)到1：1，要達(dá)到1：5～6還要付出巨大努力。
2環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展趨勢
在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造和建設(shè)中，推行環(huán)網(wǎng)供電，即用電纜、走地下、呈環(huán)路，可以減少供電的中斷，同時大大減少臨時性的故障。因而，這種環(huán)網(wǎng)供電單元(環(huán)網(wǎng)柜)應(yīng)運(yùn)而生�！ �
環(huán)網(wǎng)柜英文叫環(huán)網(wǎng)供電單元（RMU），它因城市推行環(huán)網(wǎng)供電而問世。在國外上世紀(jì)80年代初就已推出環(huán)網(wǎng)柜。此后世界高壓開關(guān)制造商紛紛推出自己的環(huán)網(wǎng)柜。今天在中國市場上的環(huán)網(wǎng)柜，有國外及合資企業(yè)的產(chǎn)品，也有國內(nèi)研制的產(chǎn)品�！ �
我國目前的中壓配電電壓為l0kV，近年來，由于電力負(fù)荷的急劇增加，尤其城市生活用電和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用電迅速增長，10kV配電電壓已不能滿足城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。這從國網(wǎng)公司推廣20kV配電電壓等級中可以看出。去年，根據(jù)國家電網(wǎng)公司“關(guān)于推廣20kV電壓等級的通知”的精神，20kV電壓等級很快升溫。江蘇省率先在省內(nèi)13個市推廣20kV電壓等級試點(diǎn)供電項(xiàng)目。早在l993年，蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)在中國第一個采用20kV電壓供電。而目前我國中壓配電網(wǎng)基本以10kV為主。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)有10kV配電系統(tǒng)容量小、損耗大等問題日益突出，已經(jīng)很難承受急劇增長的用電負(fù)荷。與傳統(tǒng)的10kV配電網(wǎng)相比，20kV配電網(wǎng)不但可以增加供電能力，加長供電距離、節(jié)約電能、降低75％的電力損耗，還具有顯著的環(huán)保效益�！ �
據(jù)測算，輸送同等功率20kV供電線路的有色金屬耗量可減少50％，節(jié)約建設(shè)投資約40％。20kV等級早已列入國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)（IEC38一1983）中，已被數(shù)十個國家和地區(qū)采用，我國與1993年將24kV配電電壓列入GBl56?93標(biāo)準(zhǔn)中�！ �
20kV配電電壓的推廣，將給高壓開關(guān)制造帶來很大的商機(jī)。24kV環(huán)網(wǎng)供電單元(環(huán)網(wǎng)柜)必然走俏。如ABB于2008年11月宣布為江蘇省泰州市靖江地區(qū)的24kV配電網(wǎng)提供24kVSafe系列充氣環(huán)網(wǎng)柜。這是ABB繼1993年中標(biāo)中國第一個24kV供電項(xiàng)目蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)后，第二次參與國內(nèi)20kV供電項(xiàng)目的建設(shè)。
國外制造商早就制造有24kV環(huán)網(wǎng)柜，如西門子、ABB等80年代初就推出12/24kV環(huán)網(wǎng)柜。這是由于國外許多國家和地區(qū)以24kV作為中壓配電的主電壓。如歐美的美、法、英、德、意、獨(dú)聯(lián)體；亞洲的日本、新加坡、印度、韓國、越南、老撾、緬甸、印尼、孟加拉、伊朗；非洲的埃及、贊比亞、安哥拉等國。因此對國內(nèi)企業(yè)來說，急切需要開發(fā)和生產(chǎn)24kV環(huán)網(wǎng)柜，這不僅是國內(nèi)市場的需要，也是國際市場的需要，應(yīng)抓住這一商機(jī)。
3國內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)現(xiàn)狀
我國1998年實(shí)施城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，由于高壓直接進(jìn)人市區(qū)，深入負(fù)荷中心，推行環(huán)網(wǎng)供電，這就加速了環(huán)網(wǎng)柜的研發(fā)與生產(chǎn)。于是環(huán)網(wǎng)柜特別是12kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量劇增。根據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2003年12kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量為9265臺，而2006年產(chǎn)量達(dá)87955臺，幾乎為2003年的10倍，而這僅僅過了3年。2006年的87955臺相比2005年的69445臺，增加185l0臺，增長率為27％。生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜的企業(yè)多達(dá)133家。產(chǎn)量3000臺以上的企業(yè)有5家，分別為亞洲電力設(shè)備（深圳）有限公司（12380臺）、寧波天安（集團(tuán)）股份有限公司（8957臺）、蘇州阿�，m開關(guān)有限公司（4675臺）、上海天靈開關(guān)廠（3698臺）、北京科銳配電自動化股份有限公司（3150臺），這些企業(yè)產(chǎn)量合計(jì)占行業(yè)總量的37％。而40.5kV環(huán)網(wǎng)柜僅84臺，24kV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量空缺。在國網(wǎng)公司推廣24kV電壓等級的今天，必須加快24kV環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)�！ �
環(huán)網(wǎng)柜有空氣絕緣柜和氣體絕緣柜。在這兩種柜中，氣體絕緣柜用的最多，成為主導(dǎo)產(chǎn)品。氣體絕緣柜主要是SF6環(huán)網(wǎng)柜。SF6環(huán)網(wǎng)柜因利用絕緣性能優(yōu)異的SF6氣體絕緣，故整個柜子不受外部環(huán)境的影響，同時SF6氣體的絕緣性能是空氣的三倍，因而SF6環(huán)網(wǎng)柜體積小，占地面積少，備受用戶的青睞。
4環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)
環(huán)網(wǎng)柜是因高壓直接進(jìn)入市區(qū)，深入負(fù)荷中心，形成“高壓受電-變壓器降壓-低壓配電”的供電格局而興起。環(huán)網(wǎng)柜一般由三間隔組成：即兩個環(huán)纜進(jìn)出線間隔和一個變壓器間隔。在這里，高壓開關(guān)面臨對變壓器故障時的保護(hù)問題。對變壓器的保護(hù)，一般有兩個途徑：一是利用斷路器；另一個是利用負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器。但實(shí)踐證明，后者保護(hù)效果更好。其原因主要是負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器能保護(hù)故障時的變壓器，這早已被國外做的短路試驗(yàn)所證實(shí)。這里保護(hù)的變壓器一般為小容量變壓器。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，為使變壓器油箱不爆炸，必須在20ms內(nèi)切除故障。這時若用斷路器來切除故障，斷路器的全開斷時間由三部分組成：繼電保護(hù)時間+固有分閘時間+燃弧時間，一般需要三周波（60mms），因此斷路器因動作時間長，難以在20ms內(nèi)有效保護(hù)變壓器。而限流熔斷器有速斷功能，能在l0ms內(nèi)切除故障，并與負(fù)荷開關(guān)聯(lián)動，令負(fù)荷開關(guān)三相動作，有效保護(hù)變壓器。這就是環(huán)網(wǎng)柜普遍使用負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器的最主要原因�！ �
在負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器組合電器中，對負(fù)荷開關(guān)提出比一般負(fù)荷開關(guān)更高的要求。它必須能夠開斷遠(yuǎn)大于其額定電流的轉(zhuǎn)移電流和交接電流�！ �
現(xiàn)代負(fù)荷開關(guān)有兩個明顯的特點(diǎn)：一是三工位，即合一分一接地，完成開斷、隔離和接地任務(wù)；二是滅弧與載流分開。滅弧系統(tǒng)專門滅弧，不承受動熱穩(wěn)定電流，而載流部分專門承載正常電流，不參與滅弧�！ �
負(fù)荷開關(guān)在結(jié)構(gòu)上有多種多樣，其中油負(fù)荷開關(guān)與磁吹負(fù)荷開關(guān)已被淘汰。目前，負(fù)荷開關(guān)主要有以下4種：產(chǎn)氣式、壓氣式、真空式、SF6式。而這4種中，從使用的情況看明顯趨于SF6式�！ �
SF6式負(fù)荷開關(guān)有了很大發(fā)展，這主要表現(xiàn)在如下方面：（1）滅弧方法更加豐富，除了原先用得多的壓氣式，最新出現(xiàn)了滅弧柵式和旋弧式，這使滅弧更加簡單，不像壓氣式那樣需由操動機(jī)構(gòu)提供壓縮功；（2）殼體原先多為澆鑄樹脂殼體，現(xiàn)又出現(xiàn)了不銹鋼殼體。不銹鋼殼體強(qiáng)度大、且可接地，更加安全；（3）原先SF6負(fù)荷開關(guān)模塊中將母線外露，現(xiàn)有的已裝入氣室內(nèi)，不會觸電，增加了安全感；（4）原SF6負(fù)荷開關(guān)的動刀位置主要靠指示，現(xiàn)在殼體內(nèi)設(shè)有大視窗，可直接觀察到動刀位置，更直觀。這些特點(diǎn)在ABB負(fù)荷開關(guān)中可明顯看出。ABB負(fù)荷開關(guān)經(jīng)歷了SFL一SFG?Safering。其中SFL為澆注樹脂殼體，回轉(zhuǎn)壓氣式；SFG型為澆注樹脂殼體，滅弧柵滅弧，設(shè)有大視窗，Safering型環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)SF6負(fù)荷開關(guān)為不銹鋼殼體，開有大視窗，用滅弧柵滅弧，母線置于氣室內(nèi)�！ �
環(huán)網(wǎng)柜的絕緣有用空氣絕緣和氣體絕緣。而以SF6絕緣的環(huán)網(wǎng)柜成為主流產(chǎn)品。國外打入中國市場的環(huán)網(wǎng)柜多是SF6環(huán)網(wǎng)柜。這些產(chǎn)品在2002年11月13日至l6日在北京舉行第系列、8DH系列和SIMOSEC型，ABB的RGC型、Uniswitch型、SFG型及Safering型和Safeplus型，Schneider公司的RM6和SM6型，葡萄牙易發(fā)公司的Normofix型，VEI公司的UNIFLUORC型，Areva公司的FBX、Fluokite24型，日本東芝的VRM一1型，德國Drischer公司的MINEX型及ORMAZABAL公司的CGM型等�！ �
除SF6環(huán)網(wǎng)柜，還有用于干燥空氣絕緣的環(huán)網(wǎng)柜，如Eaton的Xiria型環(huán)網(wǎng)柜，用于干燥空氣絕緣，配用小型真空斷路器。此柜尺寸小且環(huán)保、安全�！ �
從中國市場上看，可將環(huán)網(wǎng)柜分為兩種：一種為外資和合資產(chǎn)品，另為國內(nèi)聯(lián)合設(shè)計(jì)和自主開發(fā)的產(chǎn)品。聯(lián)合設(shè)計(jì)的產(chǎn)品如HXGN6型、HXGN9型、XGN15型等，自主開發(fā)的產(chǎn)品如HXGN1型、HXGN2型、HGN24型、HXGN26型、XGN68型等。
5典型產(chǎn)品介紹
由以上可見，中國市場上的環(huán)網(wǎng)柜類型很多。作為典型產(chǎn)品，這里介紹4種：一種為中標(biāo)泰州市靖江地區(qū)20kV配電網(wǎng)的ABBl2/24kVSafe系列SF6環(huán)網(wǎng)柜，另二種為列入上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品的LMG、LCG系列環(huán)網(wǎng)柜和ELA／MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜，第4種為Eaton公司Xiria（西瑞）型干燥空氣絕緣且配小型真空斷路器的環(huán)網(wǎng)柜�！ �
目前國內(nèi)外環(huán)網(wǎng)柜參數(shù)達(dá)到額定電壓l2、24、40.5kV，額定電流200，400，630，1250A，額定短時耐受電流16，20，25kA，柜寬：空氣式多為350mm，最小210mm，空氣絕緣式為600mm左右�！ �
�。�1） ABB12／24kVSafe系列環(huán)網(wǎng)柜
2008年3月11日，ABB宣布為江蘇省泰州市靖江地區(qū)的20kV配電網(wǎng)提供Safe系列充氣環(huán)網(wǎng)柜。這是ABB繼l993年中標(biāo)中國第一個20kV供電項(xiàng)目??蘇州新加坡工業(yè)園區(qū)后，二次參與國內(nèi)20kV供電項(xiàng)目的建設(shè)�！ �
Safe系列環(huán)網(wǎng)柜所有帶電部件和開關(guān)的封閉在不銹鋼殼體內(nèi)，整個開關(guān)裝置不受外界環(huán)境條件的影響，從而可以確保運(yùn)行可靠性及人身安全，并且實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。
Safe系列環(huán)網(wǎng)柜中，Safering為緊湊型，Safeplus為擴(kuò)展型。兩者有相同的用戶界面。其額定電壓為12／24kV，額定電流630A／1250A。Safe環(huán)網(wǎng)柜的90％～95％材料可以再生利用，塑料被單獨(dú)加以標(biāo)識，以利回收利用�！ �
�。�2）LMG、LCG系列SF6環(huán)網(wǎng)柜
該產(chǎn)品被列為2007年上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品。
該產(chǎn)品是上海天靈開關(guān)廠有限公司應(yīng)用德國當(dāng)代先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)的新一代小型化SF6環(huán)網(wǎng)柜。其參數(shù)做到額定電壓12?40.5kV。額定電流630A～2500A�！ �
LMG系列為緊湊型，單氣箱結(jié)構(gòu)，用SF6氣體絕緣，LCG系列為擴(kuò)展型，多間隔共箱結(jié)構(gòu)，用SF6氣體絕緣。兩種系列產(chǎn)品可任意組合，左右可靈活擴(kuò)展�！ �
該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：
①不受外界環(huán)境影響。所有高壓帶電部位全部密封在充以低壓SF6氣箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)全絕緣�！ �
�、谀K化設(shè)計(jì)。由不同模塊組合實(shí)現(xiàn)各種主接線，實(shí)現(xiàn)小型化，模塊化�！ �
�、鄄捎霉柘鹉z連接器，方便且可靠地實(shí)現(xiàn)柜與柜之間機(jī)械和電氣連接�！ �
④采用全屏蔽電纜進(jìn)出線�！ �
�、菘膳溆酶邏罕O(jiān)視元件、綜合數(shù)字式繼電器�！ �
⑥可采用無源數(shù)字式繼電器�！ �
⑦兩個回路進(jìn)線單元可加裝自投裝量�！ �
�。�3）12／24kVGISELA／MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜
該產(chǎn)品被列入2007年上海電器行業(yè)名優(yōu)產(chǎn)品匯編中新秀產(chǎn)品�！ �
該產(chǎn)品是許繼德理施爾電氣有限公司在引進(jìn)德國德理施爾公司最新技術(shù)和工藝基礎(chǔ)上，使用國內(nèi)外整套高精尖生產(chǎn)加工設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)備、自行生產(chǎn)的新產(chǎn)品。
該產(chǎn)品是由不銹鋼殼體制成的完全密封的完整系統(tǒng)。其所有帶電部件及開關(guān)密封于不銹鋼殼體內(nèi)。擴(kuò)展母線完全絕緣和屏蔽，整個開關(guān)裝置不受外部環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)。通過選擇可擴(kuò)展母線，產(chǎn)品還可以任意組合，達(dá)到全模塊化設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品參數(shù)做到額定電壓12／24kV，額定電流630A／l250A。
該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：
①滅弧原理先進(jìn)。GISELA／MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜采用先進(jìn)的吸氣活塞和去離子?xùn)艤缁≡怼！ ?/FONT>
�、讵�(dú)特的雙重氣室。開關(guān)的滅弧室是獨(dú)立的、密封的，因此滅弧介質(zhì)與絕緣介質(zhì)獨(dú)立于SF6氣體之中。該技術(shù)的優(yōu)越性在于，即使外殼失效，整個開關(guān)的開斷能力也能得到可靠的保證，在最大程度上確保了設(shè)備的正常運(yùn)行�！ �
�、垠w積小巧。GISELA／MINEX系列SF6環(huán)網(wǎng)柜的負(fù)荷開關(guān)柜寬度只有315mm，最小可做到210mm，深度只有518mm，高度僅為l300mm。
�、芄耋w中安裝了內(nèi)部故障電弧限制裝置，對人身和設(shè)備提供了最大程度的保護(hù)。該保護(hù)裝置通過安裝在電纜室內(nèi)的自動快速接地開關(guān)來完成。接地開關(guān)將在故障電弧產(chǎn)生的幾毫秒內(nèi)迅速動作熄弧。該裝置具有多種優(yōu)勢：沒有高溫氣體從SF6絕緣部分散逸，提供了最好的人身及設(shè)備保護(hù)；無需單獨(dú)設(shè)置泄壓通道，柜體結(jié)構(gòu)變得簡單經(jīng)濟(jì)；內(nèi)部故障電弧限制裝置安裝在電纜室內(nèi)，可使設(shè)備損壞降至最低；故障排除后只需對開關(guān)柜進(jìn)行檢查即可繼續(xù)投用�！ �
⑤充氣壓力低。氣箱內(nèi)用于絕緣的壓力只有0.017MPa，同體積下使用SF6氣量少，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，充氣后箱體也不會變形�！ �
�、尥粴庀涞膯卧獢�(shù)量多，一個氣箱內(nèi)可以做到6個單元，最多可以做到10個單元。
（4）Xiria（西瑞）型環(huán)網(wǎng)柜
該產(chǎn)品由荷蘭Holec公司研制成。在2003年舉行的第17屆國際配電網(wǎng)會議上，Holec公司以其論文《創(chuàng)新的環(huán)網(wǎng)供電單元設(shè)計(jì)：安全性與適用性》介紹新研制的Holec（西瑞）型環(huán)網(wǎng)供電單元（環(huán)網(wǎng)柜），后又在2005年第l8屆國際配電網(wǎng)會議上，該公司展出了Xiria型環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品。Holec公司為了將它的產(chǎn)品打入北美市場，特別是美國和加拿大，加入了美國Eaton（伊頓）公司電力部，并于2004年在美國成立了EatonHolec公司，現(xiàn)Eaton公司又將Xiria環(huán)網(wǎng)柜拿到中國，交給屬于它的森源開關(guān)公司，本土化生產(chǎn)。
Xiria型環(huán)網(wǎng)柜分l2kV和24kV，額定電流630A。其主要特點(diǎn)如下：
�、儆酶稍锟諝饨^緣，不用SF6氣體；
②使用小型真空斷路器，而不用三工位SF6負(fù)荷開關(guān)+限流熔斷器；
�、劢K身密封設(shè)計(jì)。一次帶電元件與操動機(jī)構(gòu)終身密封在鋼板箱體內(nèi)，使其不受環(huán)境影響；
�、苤苋谋Ｗo(hù)和控制。配備了新設(shè)計(jì)的和最佳化的電子保護(hù)；
�、葑畲蟛僮靼踩�。單元接地的完成，通過真空滅弧室從工作位置轉(zhuǎn)換到斷開位置，轉(zhuǎn)換隔離開關(guān)到接地位置和再合上真空滅弧室。這種接地安全，因?yàn)檎婵諟缁∈业脑O(shè)計(jì)能夠關(guān)合短路電流；
�、扌⌒突＿@是通過優(yōu)化電場、優(yōu)選絕緣材料及采用小型化真空滅弧室達(dá)到的。例如3單元環(huán)網(wǎng)柜尺寸（mm）為1100（寬）×600（深）×1305（高）；
�、呖箖�(nèi)部故障電弧。Xiria型環(huán)網(wǎng)柜經(jīng)受了內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)。其中12kV級通過了20kA/s，24kV級通過了16kA/s。
