12kV智能型SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)與研究

王懷平 林允繆

摘 要：隨著國(guó)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。環(huán)網(wǎng)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(gè)環(huán)路進(jìn)行供電的方式。這需要在環(huán)網(wǎng)中連接大量配電開關(guān)設(shè)備，這使得城市電網(wǎng)對(duì)環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備硬件的需求也越來越大。絕緣環(huán)網(wǎng)柜的需求也越來越大。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜;智能型;SF6

1 引言

隨著城市電網(wǎng)用戶對(duì)供電穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高，為盡可能減小系統(tǒng)檢修和故障停電對(duì)城市生產(chǎn)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(huán)網(wǎng)供電方式代替。隨著技術(shù)和工藝的改進(jìn)與提升，作為環(huán)網(wǎng)供電主設(shè)備的環(huán)網(wǎng)柜也不斷改良并推陳出新。目前，市場(chǎng)主流產(chǎn)品是 SF6 氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。本文主要結(jié)合SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究工作的分析。

2 12kV智能型SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用性能優(yōu)異的SF6絕緣氣體，大大提高絕緣性能;結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，有利于小型化發(fā)展;采用了SF6氣體，有效地提高了滅弧能力，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，開關(guān)核心部件不受外界環(huán)境的影響，采用免維護(hù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大大減少了維護(hù)工作，降低了維護(hù)成本。

近年隨著配網(wǎng)自動(dòng)化的快速發(fā)展，對(duì)環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備智能化也提出了更高要求，現(xiàn)在配網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用的環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備一般與DTU配電站所終端配合使用，共同實(shí)現(xiàn)了“遙信、遙測(cè)、遙控”等三遙功能，初步滿足了配網(wǎng)自動(dòng)化需求。因環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備和DTU都是分批招投標(biāo)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，容易存在一二次設(shè)備不匹配的問題，給今后運(yùn)維檢修帶來很多困難。另外，配網(wǎng)線路損耗管理還處于粗放式的，沒有按“分區(qū)、分壓、分元件、分臺(tái)區(qū)”等進(jìn)行線損精益化管理，這也與國(guó)外配網(wǎng)自動(dòng)化水平存在較大差距。

正是基于這些問題，2016年5月國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)維部提出一二次融合概念，2017年5月全國(guó)電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)委會(huì)成立專項(xiàng)工作小組開始研究一二次融合技術(shù)方案，并按兩個(gè)階段分步執(zhí)行：第一階段為配電設(shè)備的一二次成套階段;第二階段為配電設(shè)備的一二次深度融合階段。

目前國(guó)內(nèi)部分設(shè)備廠家已完成第一階段的研發(fā)和試驗(yàn)，國(guó)家電網(wǎng)公司在山東、江蘇等多個(gè)省份已試點(diǎn)推廣一二次融合成套化設(shè)備的招標(biāo)應(yīng)用。第二階段的一二次深度融合設(shè)備還在研發(fā)和試驗(yàn)過程中。

因此，從電力設(shè)施發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和趨勢(shì)來看，與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的智能化、信息化環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備是大勢(shì)所趨。標(biāo)準(zhǔn)化的功能性結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理、穩(wěn)定可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)配以高度智能化和信息化的控制模塊和傳輸部件，是環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜等配電設(shè)施發(fā)展的方向。

3 12kV智能型SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

我國(guó)目前已確定分三個(gè)階段推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，在三個(gè)階段里總投資預(yù)計(jì)將超過4萬億。2011年至2015年為全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用;2016年至2020年為引領(lǐng)提升階段，全面建成統(tǒng)一的“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，技術(shù)和裝備全面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。而環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備是中壓配電網(wǎng)中的重要組成部分，智能型環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備更是順應(yīng)國(guó)家建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的號(hào)召，是城市電網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢(shì)。

近年來，隨著我國(guó)城市電網(wǎng)建設(shè)和改造、軌道交通以及大型工礦企業(yè)等對(duì)開關(guān)設(shè)備提出了小型化、智能化、免維護(hù)等新的更高要求，高性能、高品質(zhì)的充氣柜在國(guó)內(nèi)的需求越來越大。

與其他類型的充氣柜相比，本產(chǎn)品具有智能化的特點(diǎn)——可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與診斷，并可以通過數(shù)字通信方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端的監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù);維護(hù)量小——高壓帶電體整體密封，高壓絕緣不受大氣環(huán)境影響，不易老化;電接觸點(diǎn)不會(huì)腐蝕，絕緣和載流可靠性高，高壓部分終生免維護(hù);能耗更低——開關(guān)柜主回路電阻低，載流能力最高，長(zhǎng)期運(yùn)行節(jié)約能耗;高模塊化——靈活組合，拼接方便，用戶在現(xiàn)場(chǎng)不需處理氣體等復(fù)雜操作;運(yùn)維檢修方便——環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備和二次設(shè)備采用即插即用的標(biāo)準(zhǔn)化接口，更換產(chǎn)品方便簡(jiǎn)單。

智能環(huán)網(wǎng)開關(guān)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)研究方案：環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)劃分為四層來構(gòu)建，如圖所示。

第1層，主要是國(guó)家電力、安監(jiān)等其他部門，這些國(guó)家部門可以通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)各自的權(quán)限調(diào)取各單位管理層的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。電力部門可以獲取耗電量、各時(shí)期電量數(shù)據(jù)，為電力設(shè)施及電力的布局提供更精確的數(shù)據(jù);安監(jiān)部門可以獲取電力系統(tǒng)的安全數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，盡最大能力協(xié)助個(gè)責(zé)任單位安全管理各大型環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的工作。

第2層，單位管理層，該層可以通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)取所管轄的各個(gè)本地監(jiān)控室的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，獲取耗電量、各時(shí)期電量數(shù)據(jù)，開關(guān)柜的的安全數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)及報(bào)警信息，也可以掌握相關(guān)負(fù)責(zé)人的工作狀態(tài)。

第3層，本地監(jiān)控室，如果環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜離本地監(jiān)控室距離較近，可以通過以太網(wǎng)局域網(wǎng)或獲取所管轄的各個(gè)環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜的常規(guī)電量參數(shù)，安全參數(shù)，如果距離遠(yuǎn)或不易配置以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可以通過2G/4G網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控室。

第4層，環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，在實(shí)時(shí)將DTU的基本數(shù)據(jù)上傳的同時(shí)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(yīng)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(yīng)環(huán)網(wǎng)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(bào)警信號(hào)傳遞給值班室或更高管理層，可以提早發(fā)現(xiàn)電纜頭的安全隱患;

（3）配置智能濕度傳感器，感應(yīng)環(huán)網(wǎng)柜儀表室和電纜室的濕度情況，以防止因環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的濕度過高而導(dǎo)致二次元器件誤動(dòng)的發(fā)生，可以將報(bào)警信號(hào)傳遞給值班室或更高管理層，也可以選擇控制除濕器執(zhí)行器工作;

（4）配置智能局部放電監(jiān)測(cè)傳感器，能實(shí)時(shí)顯示各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)局部放電幅值、頻次、確定放電點(diǎn)相對(duì)位置，必要時(shí)給出報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜的絕緣缺陷，并為評(píng)估其絕緣水平及老化程度提供判據(jù)，為環(huán)網(wǎng)柜的檢修工作提供依據(jù)。

4 結(jié)語

智能型SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜仍將以其多樣性和髙增長(zhǎng)速度在我國(guó)各地的電網(wǎng)中發(fā)揮著越來越重要的作用，與此同時(shí)，這也對(duì)SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜從安全、質(zhì)量、性能、壽命等方面提出了更廣泛更嚴(yán)格的要求。

參考文獻(xiàn)

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