SF全绝缘开关柜的结构特点和工程设计

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1、1SF6 全绝缘开关柜的结构特点和工程设计黄冬玥 （上海天灵开关厂有限公司 上海 201808） 摘 要 本文以上海天灵开关厂有限公司生产的 LMG/LCG-12 系列全绝缘开关柜为例，主要介绍 了 SF6 全绝缘开关柜的结构、功能和特点，并论述了如何在 10kV 配网供电系统中进行 SF6 全绝缘开关柜的工程设计。关键词 10kV；SF6；全绝缘；开关柜1 1 引言引言随着国家经济建设的快速发展，城市电网负荷越来越大，密度越来越高，城市电网供 电方式逐步向环网型供电方式发展，环网供电技术以其独特的优越性在城网配电系统中得 到了广泛运用。 SF6 全绝缘开关柜是一种以低压力 SF6 气体作为绝

2、缘和灭弧介质的开关柜，与 SF6 半 绝缘开关柜相比，更具安全可靠，免维护，结构紧凑，小型化，易扩展，方案组合灵活多 样等优越性，是环网供电和终端供电的重要开关设备。LMG/LCG-12 系列全绝缘开关柜是由 上海天灵和加拿大雷泽瑞奇公司合资生产的开关设备，本文综合这一产品的结构、性能和 特点，就 SF6 全绝缘开关柜在 10kV 配网供电系统中如何进行工程设计作以下详细的论述。2 2 SF6SF6 全绝缘开关柜的结构特点全绝缘开关柜的结构特点2.12.1 概述 SF6 全绝缘开关柜以负荷开关、负荷开关-熔断器组合电器、隔离开关-断路器等主开 关构成各功能单元和密封气箱，它将所有高压带电部分如

3、负荷开关、接地开关、母线等密 封在充有低压力 SF6 气体的不锈钢箱体内，以 SF6 作为灭弧介质，采用电动或手动储能弹 簧操动机构，其母线通过母线连接器可以在左右方向任意扩展。适用于中压配电系统，可 以根据不同的设计方案，任意排列，完成不同的配电任务。2.22.2 SF6SF6 全绝缘开关柜的类型图 1 LMG/LCG-12 全绝缘开关柜的 10 种基本柜型21、SF6 全绝缘开关柜按功能可分为 10 种基本类型（见图 1）： （1）负荷开关柜（C）主要应用于：电缆进出线的控制，接通及断开进出线电缆与母线，可使进出线电缆 三相同时接地，并具有短路关合能力。 （2）负荷开关+熔断器组合电器柜（

4、F）主要应用于：二次配电网容量在 1250kVA 及以下的终端配电变压器的控制和保护。 （3）断路器柜（V2）不仅可应用于：电缆进出线连接、分支、分段和控制等。也可应用于：较大容量配电变压器的控制和保护。 （4）断路器母联柜（V2-CT） 主要应用于：两段母线的分段与联络。配有隔离开关和断路器，可以带负荷接通或 断开主母线。 （5）电缆引入柜（B） 主要应用于：进出线电缆的连接。进出线电缆与母线直接连接。 （6）计量柜（M）主要应用于：供电部门电能计量。配有常规的电流互感器和电压互感器，以方便电 力部门的校验。 （7）母联柜（I） 主要应用于：两段母线的分段与联络。可以带负荷接通或断开主母线。

5、 （8）电缆引入柜（A） 主要应用于：电缆进线的引入。电缆接头与母线直接相连，用于进出线电缆的连接。（9）压变柜（CPT） 主要应用于：监测系统电压和提供操作电源。可以带负荷接通或断开电压互感器及 接地，电压互感器最大容量为 500VA。 （10）压变柜（APT） 主要应用于：监测系统电压和提供操作电源，配有电压互感器并与母线直接连接， 电压互感器最大容量为 5kVA。2、SF6 全绝缘开关柜按结构可分为模块式和共箱式两大类。 （1）模块式（LMG-12）：气箱为单气箱，即每间隔只有一个独立气箱。 （2）共箱式（LCG-12）：气箱为共气箱，即几个间隔共用一个气箱，每个模块最多具 有四个功能单

6、元。2.32.3 SF6SF6 全绝缘开关柜的主要特点 1、全密封、全绝缘 所有高压带电部分全部密封在充低压力 SF6 气箱内，不受外界环境影响，如：污秽、 潮湿、盐雾、小动物等。气箱采用进口 3mm 不锈钢板激光焊接完成，保证设备在运行中 的高强度要求，防腐蚀，防涡流影响，防止长期使用中气箱焊缝因温差变化引起的气箱 呼吸效应使得焊缝疲劳开裂，防护等级可达 IP67，气密性非常好，可保证 30 年不漏气。2、柜体小型化 使用三工位负荷开关，有效减少零部件数量，实现了机械五防联锁功能。真空断路 器充以 SF6 绝缘气体使整体结构更紧凑， 限流熔断器也向小型化发展。紧凑的结构设 计，使占地面积大大

7、缩小。33、模块化设计 采用模块化的设计方案，其基本模块单元为负荷开关模块、负荷开关-熔断器组合电 器模块、隔离开关-断路器模块及其他特殊功能模块任意组合，任何模块之间都可以利用 硅橡胶母线连接器实现任意扩展和连接。 4、零表压下耐压 即使发生漏气，或漏到零表压，仍能确保设备的绝缘和开断性能，正常使用。 5、全屏蔽可触摸电缆进出线 电缆连接采用 DIN 标准型的电缆套管，安装可靠方便。2.42.4 SF6SF6 全绝缘开关柜的结构特点 2.4.12.4.1 总体结构 SF6 全绝缘开关柜总体结构分为两大部分，充气的密封箱体部分和操作机构室、电缆 室、底架、泄压通道、低压室等不充气部分。高压主回

8、路置于充气的密封箱体内，操作机 构室位于正面的上方，电缆室位于正面的下方，泄压通道位于后下方，用全屏蔽电缆终端 进出线。 （见图 2）12345678941.低压室 2.操作机构室 3.模拟线路图 4.电缆室 5.气压表 6.母线内锥套管 7.气箱 8.带电显示器 9.柜体 图 2 柜体结构2.4.22.4.2 部件结构 2.4.2.12.4.2.1 密封箱体 气箱充以 SF6 气体，额定压力为 0.03MPa,采用激光焊接全密封技术，并经过同步抽真 空氦检漏，在整个运行寿命期间不需要重新充气而能保持安全操作。2.4.2.22.4.2.2 三工位负荷开关 安装于气箱内的负荷开关有三个工位，合闸

9、、分闸、接地三个位置。当动刀片位于分 闸位置时，它有足够的绝缘距离。用一个操作手柄可以分别对主开关和接地开关进行合分 操作，主开关和接地开关之间有机械联锁。图 3 三种开关位置状态2.4.2.32.4.2.3 熔断器熔断器+负荷开关构成变压器保护回路，高遮断限流熔断器装于环氧浇注的绝缘壳体内。 当发生短路时熔断器熔断后，弹出的撞针使负荷开关分闸，使故障线路得到切除。熔断器 撞击器选用弹簧式撞击器。2.4.2.42.4.2.4 熔断器接地开关 在负荷开关+限流熔断器的组合电器柜中，装有与三工位负荷开关联动的熔断器接地开 关，对熔断器出线端提供可靠接地；当负荷开关在合闸、分闸操作中该熔断器接地开关

10、基 本不动作，当负荷开关接地操作时，该熔断器接地开关同时动作与熔断器出线端的静触座 可靠接触，以保证熔断器出线侧可靠接地。2.4.2.52.4.2.5 柜架 柜架（除去密封箱体以外的壳体部分）是所有零部件装配的基体，同时对密封箱体起 支撑和固定作用。柜架可分为三个主要隔室：操作机构室、电缆室和泄压通道；操作机构 室内有机构、熔断器固定架和二次回路；电缆室内有电缆及其固定架、接地母排，根据需 要可配置电流互感器；泄压通道在电缆室的后面。压力表、动态主接线模拟图、带电显示 器、操作孔及操作按钮、铭牌、机构室的门、电缆室的门等均位于正面。2.4.2.62.4.2.6 泄压装置合闸状态 分闸状态 接地

11、状态5负荷开关 组合电器断路器柜 1kV 2Hz 3A630125630 4kA31.520/25 5A1760 对地、相间 隔离断口 对地、相间 隔离断口 主回路4s 接地开关2s 接地连接回路2s 主回路 接地开关 接地连接回路 负荷开关 接地开关 11A 负荷开关 （断路器）次接地开关 （隔离开关）次13MPa 14年12机械寿命0.1SF6气体漏气率506000/1000020000.03630kA7雷电冲击耐受电压kVkA负荷开关额定有功负载开断电流额定短路关合电流 （峰值）动稳定电流（峰值）SF6气体额定压力（20、表压）91061min工频耐压kV850/63 43.5额定短路开

12、断电流kA42 48 75 85 20/25热稳定电流 （有效值）组合电器额定转移电流1250/63额定频率 额定电流额定电压 5020 17.4在密封箱体下部的泄压通道设有防爆膜，当万一发生内部燃弧故障时，密封箱体内部 的高压力气体可将防爆膜冲开，释放压力，同时 SF6 气体通过泄压通道排入地沟以确保操 作人员的安全，并能有效防止对电缆及变电站内其余开关设备的损害。2.4.2.72.4.2.7 接地回路在电缆室内单独设有 530mm2的主接地铜排，贯穿整个排列，供直接接地的组件使用。 三工位负荷开关的接地触座通过铜排与主接地铜排相连，构成接地回路，使整个柜子都处 于良好的接地状态，确保操作人

13、员的安全。2.4.2.82.4.2.8 母线连接器母线连接器是为各柜提供电气、机械连接的器件。由三只硅橡胶接合器组成，安装在 欲连接的各柜的侧面上水平排列的内锥套管之间，为母线提供连续性，并封闭结合处。使 用这种连接器可以使不同的开关柜的母线方便简单的连接在一起而不需更换 SF6 气体。不 仅能够防止局部放电和保证绝缘特性，还可以耐受开关柜可能具有的额定及短路电流。图 4 母线连接器2.4.2.92.4.2.9 五防机械联锁 负荷开关柜及组合电器柜均有可靠的机械联锁，且主接线模拟图有开关状态的指示， 必须按规定的操作程序操作才能得以进行。 （1） 只有当负荷开关在分闸位置时，接地开关才能进行合

14、闸操作； （2） 只有当接地开关在分闸位置时，负荷开关才能进行合闸操作； （3） 只有当接地开关在接地位置时，柜门才能打开； （4） 只有当柜门关闭后，接地开关才能进行分闸操作。2.52.5 SF6SF6 全绝缘开关柜的主要技术参数6表 1 主要技术参数3 3SF6SF6 全绝缘开关柜的工程设计全绝缘开关柜的工程设计3.13.1 气箱类型的选择 SF6 全绝缘开关柜气箱有单气箱和共气箱两种类型，其性能完全相同。从节约成本的 角度来说，选择共气箱更为经济实惠，减少了板材和连接器。但是从另一角度来看，一旦 其中一个间隔发生事故，需要更换的是一整台气箱，这样就提高了维护成本。所以在设计 时应根据用户

15、的需求，结合经济等因素考虑来选择。一般来说共气箱可由 C、F、B 单元任 意组合，因为 C、F、B 单元相对功能简单，故障率较低，而断路器单元结构复杂，容易发 生事故，所以不推荐和其他单元共一个气箱。至多四个间隔共一个气箱，以免发生事故， 维护成本上升。3.23.2 扩展方式的选择 SF6 全绝缘开关柜的使用场所分为户内和户外。如果用于户内，大部分开闭所会面临 二期增容扩建和改造的问题，所以在工程设计中需要考虑将 SF6 全绝缘开关柜的端柜母线 采用两侧可扩展的方式，当一期不需要扩展时，可用堵头封堵，当需要二期增容或改造时， 再用插拔式硅橡胶母线连接器进行拼柜连接,便于变电所增容改造。 如果用

16、于户外，一般无需考虑增容，因此端柜母线可以不扩展。但如遇特殊要求，比 如户外房只作为临时站用途，等使用一段时间后，开关设备放入户内使用，那么就要采用 两侧可扩展的连接方式。 SF6 全绝缘开关柜除左右可扩展外，还可以从顶部扩展。在柜顶安装母线套管，通过 母线扩展连接器或者电缆头与相邻柜拼接，以满足用户的特殊要求，还可解决与其他厂家 生产的开关柜的拼接问题。3.33.3 柜体高度的选择 LMG/LCG-12 系列 SF6 全绝缘开关柜的柜体高度主要有四种规格（单位 mm）： 1200、1450、1600、1800。柜体的高度需要根据使用场合来定。一般情况下，户内采用 1800，箱变采用 1600，户外采用 1450、1200。因箱变和户外房安装于室外，使用环境条件 苛刻，占用面积有一定限制，对于外形尺寸的要求较高。箱变和户外房的外壳本身有一定 的大小，如果柜体高度过高，外壳尺寸需相应加大，