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【干货】10kV配电环网柜基础知识
1、环网柜概述
1.1什么叫环网柜
环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。
实际上，如果柜型按照开关设备分类，有负荷开关柜、断路器柜、GIS等，并无环网柜。 环网柜是一个约定俗成的叫法，原指的是负荷开关柜用于环网式供电，现在经常被人当作负荷开关柜的代名词，而不管是否被用于环网式供电，如有些线路要合环运行（俗称手拉手），或有可能进行负荷割接 （将一条线上的负荷切换到另一条线上） 实现这些功能的配电柜就叫环网柜。故环网柜是一种能实现环网供电的开关设备，常用于环网供电系统，故俗称环网柜，也称“户外箱式环网柜”、“开闭器”。负荷开关柜可以用于环网式供电、中压分界室派接、中压末端变电室供电，各地区供电部门对允许使用负荷开关加熔断器保护的变压器的规格要求不一，象北京一般要求变压器容量不大于 1000KVA，深圳地区可能是 1600KVA。负荷开关柜构造简单，成本较低，体积较小，多数可以靠墙安装，一般只有熔断器保护而无继电保护。负荷开关柜主母线载流量一般小于等于 630A，负荷开关额定开断电流一般小于等于 630A（少数达到 1700A），变压器柜（出线柜） 额定电流（熔断器）一般不大于 125A，高档负荷开关的转移电流可以达到 2800A。部分负荷开关柜可以安装专用真空断路器、SF6 断路器或采用压气等灭弧方式，短路分断能力接近或达到开关柜水平。
环网柜用于分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，一定距离架空线路、电缆线路的充电电流，起控制和保护作用，是环网供电和终端供电的重要开关设备。
1.2分类
环网柜根据气箱结构分为共箱式与单元式；根据整体结构分为美式与欧式；根据绝缘材料分为固体绝缘式、空气绝缘式与SF6气体绝缘式；根据户内外分户内环网和户外环网。
1.2.1 美式环网柜
户外设计，体积小、免维护。
坚固的内壳体和外壳体， 抗外力和防爆能力强， 外壳采用不锈钢或绿色箱体。
进出线电缆， 通过全封闭预铸式电缆连接件，安装简单，连接可靠。电缆附件采用美式欧式均可。
美式传统共箱式设计， 多路进出线在一个箱体中，结构紧凑，可靠性高。
开关组合方式灵活。
▲ 美式环网柜
1.2.2 欧式环网柜
1.2.2.1 共箱式欧式环网柜
环网柜的壳体由独立的功能小室组成 ，主母线、负荷开关、组合电器单元都独立成室； 环网柜的充气隔室用3.0mm不锈钢板用氩弧焊焊接而成。负荷开关及母线连接均密封在SF6气体里。组合自由，扩展方便。
1.2.2.2 气包式欧式环网柜
独特的开关设计，使用不锈钢制成的负；荷开关壳体将柜体分为不同的小室 。组合自由，扩展方便。负荷开关密封在SF6气体里。壳体使用不锈钢经冷锻压工艺加工而成，保证了产品的高质量。
▲ 欧式环网柜
1.3基本组成
环网柜由一般由开关室、熔断器室、操动机构室和电缆室（底架）四部分组成。
开关室由密封在金属壳体内的各个功能回路（包括接地开关和负荷开关）及其回路间的母线等组成。壳体由3㎜冷轧钢板（或不绣钢板）焊接而成。每一个功能回路包括一台负荷开关和接地开关。负荷开关是由垂直运动的动触头系统和位于下端的静触头组成，开关合闸时，动触头向下运动，负荷开关接通。接地开关由动触刀和静触刀组成，在弹簧运动过程中，接地开关快速接通。开关室上部和后部开有4个长方形装配工艺孔，环网柜的正面装有观察窗，可看到接地开关的“分”、“合”位置。在环网柜的后部装有防爆装置。
负荷开关采用压气内吹式结构，灭弧能力强，且不影响相间及对地绝缘，动、静触头均带有弧触头，大大提高了开断次数。
熔断器与负荷开关室构成变压器保护回路，高压限流熔断器装于环氧浇注的绝缘壳体内，熔断器熔断后，弹出撞针，负荷开关分闸。
操动机构室位于环网柜正面，在每个功能回路中，负荷开关配有人力（或电动）储能弹簧操动机构，接地开关配有人力储能弹簧操动机构，面板上有分别用于负荷开关合闸操作和手动分闸旋转钮及接地开关的分、合闸操作孔，负荷开关分、合闸位置指示灯和电动分、合闸按钮，并设有模拟线、开关状态显示牌及加锁位置，负荷开关和接地开关的操作具有联锁装置，以防止误操作。
1.4型号意义
环网柜的型号应定义为：
XGW/N-12（F或 F·R）/630-20
其中：
X ——箱式
G ——固定式
W ——户外
N ——户内
F——主开关配负荷开关
F·R——主开关配负荷开关—熔断器组合
有的企业在最前面增加“H”，表明“环网”的意思。
1.5主要技术参数
2、工作原理及结构
2.1工作原理及特点
▲ 环网
环网是指环形配电网，即供电干线形成一个闭合的环形，供电电源向这个环形干线供电，从干线上再一路一路地通过高压开关向外配电。这样的好处是，每一个配电支路既可以从它的左侧干线取电源，又可以从它右侧干线取电源。当左侧干线出了故障，它就从右侧干线继续得到供电，而当右侧干线出了故障，它就从左侧干线继续得到供电，这样一来，尽管总电源是单路供电的，但从每一个配电支路来说却得到类似于双路供电的实惠，从而提高了供电的可靠性。
所谓“环网柜”就是每个配电支路设一台开关柜（出线开关柜），这台开关柜的母线同时就是环形干线的一部分。就是说，环形干线是由每台出线柜的母线连接起来共同组成的。每台出线柜就叫“环网柜”。实际上单独拿出一台环网柜是看不出“环网”的含义的。
这些环网柜的额定电流都不大，因而环网柜的高压开关一般不采用结构复杂的断路器而采取结构简单的带高压熔断器的高压负荷开关。也就是说，环网柜中的高压开关一般是负荷开关。环网柜用负荷开关操作正常电流，而用熔断器切除短路电流，这两者结合起来取代了断路器。当然这只能局限在一定容量内。
这样的开关柜也完全可以用到非环网结构的配电系统中，于是随着这种开关柜的广泛应用，“环网柜”就跳出了环网配电的范畴而泛指以负荷开关为主开关的高压开关柜了。
环网柜一般由三个间隔组成，即 2 个 环缆进出间隔和一个变压器回路间隔。 SF6 负荷开关是近年来不少用户体会到的一种优良负荷开关，除电寿命长，开断力强等与真空负荷开关有共同的优点外，其突出优点是容易实现三工作位(接通、断开和接地)，小电流(电感、电容)开断，抗严酷环境条件能力强。适宜在城乡中压配电网推广应用。负荷开关是带有简单灭弧装置的一种开关电器，使用 SF6 气体作为绝缘和灭弧介质的负荷开关称为 SF6 负荷开关，它可以作为关合和开断负荷电流及过载电流用，亦可以作为关合和开断空载线路、空载变压器及电容器组等，凡具有接通、断开和接地功能的三工作位负荷开关，都有结构简单、价格便宜的特点。只是负荷开关不能断开短路电流。SF6 负荷开关+熔断器组合电器是由 SF6 负荷开关来承担过载电流(此过载电流对 SF6 负荷开关来说仍在负荷开关额定开断电流的范围以内)和正常工作电流的关合和开断，并且还要求承担"转移电流"的开断。而变压器高压侧的短路保护和过载保护由高压限流熔断器来承担。这时一组 SF6 负荷开关及三个带触发器的熔断器，只要任何一个触发器动作，其联动机构会使负荷开关三相 同时自动分闸。两者有机的结合起来， 就可满足配电系统各种正常和故障下运行操作保护的要求。
环网柜可分为户内环网和户外环网， 户内环网一般用于高压侧的配电，由进线柜、计量柜、PT 柜、变压器出线柜组成， 对于用电要求较高的用户，进线必须采用双电源切换柜。户外环网一般用于城市电网，采用共箱式的 SF6 环网柜，这种柜型最大的特点是 防护等级高，可以做到 IP67，适合用于户外，并且能短时间浸水。
环网供电的方案一般采用一路环进，一路环出，两到三回做做出线回路，即形成手拉手的环网供电模式。为保证供电的可靠性，连续性，采用两个进线供电，这就形成了一个环.采用 SF6 负荷开关，3 工位(合闸，分闸，接地)，分线路，变压器。单独一个柜子构不成环网只有是三个柜子两进一出加上电源就构成一个环。这可是最基本的环网供电了。
为提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，通常将供电网连接成环形。这种供电方式简称为环网供电。在工矿企业、住宅小区、港口和高层建筑等交流 10KV 配电系 统中，因负载容不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。该系统通常采用环形网供电，所使用高压开关柜一般习惯上称为环网柜。环网柜除了向本配电所供电外，其高压母线还要通过环形供电网的穿越电流 （即经本配电所母线向相邻 配电所供电的电流） 因此环网柜的高压母线截面要根据本配电所的负荷电流于环网穿越电 ， 流之和选择，以保证运行中高压母线不过负荷运行。目前环形柜产品种类很多，如 HK-10、 MKH-10、8DH-10、XGN-15 和 SM6 系列。
环网柜安装简单，箱体占地面积少，可方便的安放在街道两侧、居民小区、城市绿化带中，因而广泛应用于工业园区、街道、居民区、繁华商业中心等作为接受和分配电能之用。
户外环网柜一般采用真空开关作为开断装置，SF6气体共箱式绝缘，结构紧凑，占地面积小，外形美观，可与周围环境协调配合。由于采用了全密封、全绝缘理念，RVAC环网柜内所有开关部分，含所有高压带电体及机构部分完全密封于主箱体内，不受凝露及外界污秽环境影响；主箱体防护等级可达IP67，配备库柏防水型可触摸电缆头，能有效防御雨水多发区的偶发性洪水侵害。
▲ 户外环网柜
2.2结构
2.2.1 组成
▲ 柜体组成
▲ 开关柜结构
▲ 断路器柜结构
2.2.2 开关分类
1）负荷开关
负荷开关具有一定的带载分断能力，也就是说在轻载时是可以带电拉闸的，但不可频繁操作，一般的负荷开关都带熔断器，且其灭弧能力强于隔离开关。
2）隔离开关
当断路器断开电路后，由于隔离开关的断开，使有电与无电部分能得到明显的隔离，起辅助开关的作用。
由于断路器触头位置的外部指示器既缺乏直观，又在有些情况下不能保证它的指示与触头的位置相一致，所以用隔离开关把有电与无电部分明显的隔开是必要的。
此外，隔离开关具有一定的自然灭弧能力，常用在电压互感器和避雷器等电流很小的设备投入和断开上，以及一个断路器与几个设备的连接处，使断路器经过隔离开关的倒换更为灵活方便。
3）断路器
能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。
4）接地开关
主要用于设备的检修，为了防止检修过程中突然来电，因此必须将检修设备的两端都接地。
高压配电柜的接地开关，一般为输出负荷侧接地，当我们检修高压配电柜负荷侧时（如：紧固螺栓、拆装电缆等），就要分断开关，同时合上配电柜的接地开关，这样可以防止突然来电引起触电事故，另外可以放尽剩余电荷，有利于检修安全。
2.2.3 开关类型
▲ 负荷开关柜
▲ 负荷开关熔断器组合电器柜
▲ 断路器柜
▲计量/电压互感器柜
2.2.4 操作安全性
2.2.5 间隔
▲开关间隔
（开关或隔离开关）
▲母线间隔
▲接线间隔（断路器）
▲操作结构间隔
▲控制与保护间隔
2.2.6 SF6负荷开关
▲SF6负荷开关
2.2.7 SF6断路器
▲SF6断路器
2.2.8 连锁结构
▲连锁机构
2.2.9 微机保护及显示器
▲微机保护
▲带电显示器
▲ 故障显示器
▲ 温湿度控制器
3、环网柜功能
3.1功能单元
▲ 进出线柜
▲ 保护柜
▲ 测量柜
▲ 专用柜
3.2配电自动化
▲ 自动化图
10KV系统的配网的监视控制的自动化管理,优化城区配网结构,合理高效用电管理,事故的及时预和故障的及时处理.
环网柜及其DTU终端是配电自动化的基本单元，是构成整个配电自动化系统的重要组成部分。
3.2.1 配电自动化功能
▲ 自动化柜
1）实时监测运行工况
远方监视和控制电环网柜。
远程监测线路的负荷，实时掌握各支线、分段线路的负荷情况，及时发现重超载线路，提升电网规划的精益化水平。
2）遥控功能使用
减轻班组现场倒闸操作工作量，减少倒闸操作时间，操作时间由原来2.5小时将为0.5小时。
对热备用的线路联络开关的操作实现了负荷的快速转供，实现了配电网网络运行方式快速、灵活调整。
3）FA功能
线路故障引起跳闸后，主站根据终端遥测信号判断故障区域并自动隔离故障。
故障查找时间由大约2小时缩短至2分钟左右。
供电可靠性由原来99.96%提升至99.997%。
3.2.2 配电自动化功能实例
▲ 示例
4、操作维护
4.1运输及贮存
▲ 运输
▲ 开箱检查
▲ 贮存
4.2安装及试验
▲ 环网柜配电方案
4.2.1 环网柜资料
a.安装使用说明书；
b.所选用的主要电器元件的说明书；
c.产品合格证；
d.产品出厂试验记录；
e.装箱单；
f.环网柜排列图、二次接线图。
4.2.2 安装与调整
▲ 安装与调试
地面基础施工应符合“电力建设施工及验收技术规范”中的柜与槽钢连接的规定。
安装时按环网柜先后顺序排列在地基的槽钢上，将柜体靠紧，并用螺栓固定旋紧，柜面应排列整齐，柜顶与屋顶的距离应大于600mm。
环网柜底部设有电缆接线端子，将三芯电缆或单芯电缆压接上接线端子，并与环网柜的接线端子连接后用螺栓拧紧。
各柜的母线室内装上主母线，并用螺栓固定旋紧，在固定的搭接面上需经表面搪锡处理。
环网柜的主接地与配电室的接地线连接，该连接应能承受短路引起的热机械应力，能保证接地回路的连续性。
安装完毕后，将开关元件及防误操作机构进行5次分、合闸，如未发生异常现象，则认为开关机械操作正常。
4.2.3 试验
▲ 试验
外观检查；主回路电阻测量；机械操作和机械特性测量试验；绝缘电阻试验；主回路1min工频电压试验；保护装置试验；“三遥”检测（自动化环网柜）；互感器试验；蓄电池试验。
4.2.4 维护
▲ 维护
1. 环网柜在下列情况下进行检查：
1)满负荷操作100次后，应对负荷开关的主回路电阻及绝缘水平进行检查，并视情况可送制造厂大修；
2)无负荷操作10000次后，应对负荷开关的机构特性和机械操作进行检查。
2. 定期记录SF6气体压力表指示数据，并根据SF6气体状态曲线，视情况及时补气，正常情况下不补气时间为15年。
3.定期检查环网柜是否有不正常情况，一经发现请及时采取措施。
4.运行人员应熟悉环网柜的所有部分，包括结构性能及安装等。
4.2.5 使用与故障处理
4.2.5.1 送电前检查
应全面检查环网柜的所有元件的电气性能、绝缘水平、接线正确性及防误操作的可靠性，检查后认为完好，接通电源，观察指示仪表的工作情况，若正常，可投入运行。
4.2.5.2 正常运行时
负荷开关应在合闸位置，接地开关处于分闸位置，前门板处于闭合状态。
4.2.5.3 电缆故障时
应先分闸该柜内的负荷开关，此时，可打开前门板入内检修。上部主母线处于带电状态，熔断器若需更换，仍按上述操作顺序进行。
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