对SF6全绝缘开关柜结构及特点的一些探讨

对ＳＦ６全绝缘开关柜结构及特点的一些探讨

[摘 要]10KV、SF6全绝缘开关设备较SF6半绝缘开关设备更具有安全、维修少、体积小、安全可靠等优点，同时由于全绝缘开关设备具有多种组合方案以及灵活的扩展性，因此在国内已得到普遍使用。本文主要针对SF6全绝缘开关设备的结构和特点进行了探讨。

[关键词]10KV SF6全绝缘半绝缘开关

10KV、SF6全绝缘开关设备较SF6半绝缘开关设备更具有安全、维修少、体积小、安全可靠等优点，同时由于全绝缘开关设备具有多种组合方案以及灵活的扩展性．因此在国内已得到普遍使用。SF6全绝缘开关设备按开关主要分为断路器和负荷开关两种形式，断路器主要用于一次配电，而负荷开关用于二次配电。随着我国电力市场的飞速发展，SF6全绝缘开关设备在10KV配电系统的环网供电和终端送电的应用也越来越多，近几年相继从广东、北京、上海逐步向全国推广。目前，10KV SF6全绝缘开关设备的市场主要还是由国外公司占据，近期，部分国内厂家也开始了对SF6全绝缘开关设备的研发。

现阶段，电力部门主要选用ABB、施耐德、F&G、欧玛嘉宝、西门子等厂家提供的进口SF6全绝缘开关设备，综合以上设备的结构和特点作以下介绍。

一、外壳不锈钢全封闭设计

前几年，国内大量使用了SF6半绝缘负荷开关设备，而SF6半绝缘负荷开关设备只是将断路器、负荷开关、接地开关密封在环氧树脂压制的绝缘壳体内．母线还是裸露在空气中，容易受环境影响，特别在广州、深圳等湿度较大，早晚温差大的地区会发生“凝露”和“爬闪”等现象。SF6全绝缘开关设备侧是将母线、断路器、负荷开关、接地开关、互感器等密封在充有较低压力(0．2巴)的SF6气体的壳体内，壳体采用不锈钢钢板全密封闭焊接而成，达到IP67的防护等级。因此，该设备不受外界环境的影响，适用于环境恶劣的地区，如高温、高湿、低温、高污染、高海拔以及地震地区。

由于不锈钢壳体同时承担了气密、机械支撑的功能，使得它机械性能及精度要求都很高，无疑对制造工艺过程提出了严格的要求。1、外壳选用不锈钢材料，具有防锈、不导磁的特点，但是由于价格较贵．一般选用1．5～2mm厚度较薄的钣料，设计时要考虑刚度问题，少部分喷涂件(如门板)选用优质冷轧钢板。

2、所有钣金加工均采用进口数控加工设备加工，保证加工质量。

3、壳体采用氩弧焊焊接成型，采用激光焊接技术，由于要防止SF6绝缘气体逸出，防止潮气侵入，焊接工艺要求很高，焊缝必须均匀严密，一般使用机械手焊接。

4、依据国家标准GB／11022-1999，高压开关设备通用技术条件5．2要求和DL／T596-1996电力设备预防性试验规程要求，需要对SF6负荷开关实施了微量水分控制。生产时，需要严格控制装配一抽真空一充SF6气体一检测各环节衍接工艺，使用国家计量院标定好的数字式精密露点仪进行测试。

二、模块化设计、组合灵活。

SF6全绝缘开关设备以基本模块为基础，可以根据设计需要组合成不同的方案。以AAB公司生产的SafeRing全绝缘开关设备为例，典型模块的一次系统方案有：

C(负荷开关模块)、F(负荷开关熔断器组合电器模块)、CB(真空断路器模块)、M(计量模块)、D(不带接地刀的电缆连接模块)等11种模块，可以组合成：DF、CCC、CCCC、CCCCC、FCC、CFC等15种标准组合，各单元可以配置电动弹簧操作机构，可以实现手动／电动储能、手动／电动合闸、手动／电动分闸等操作，各单元之间也可以实现电气机械联锁。

三、连接配件灵活，安装方便。

扩展母线采用插拔式硅橡胶连接器，全绝缘和屏蔽，确保导电可靠性，且不受周围环境影响，可以根据用户要求进行任意的连接及组合。目前插拔式硅橡胶连接器主要有以下几种方式：

1、“公母型”结构：该类型的连接件两端内含环型镀银金属触头，双头凹型结构，拼柜时置于两柜之间，通过柜内的凸型触指压紧连接，连接器利用其表面的半导体层来控制电场的分布。目前施耐德、欧玛嘉宝、F&G公司均采用这种设计。

2、“∏型”结构：按使用要求，柜体顶部在左侧或者右侧设有主回路引上连接点，之间通过插接式的硅橡胶绝缘配件连接。该类型连接方式安装特别方便，但是在防护等级方面要低于前一种结构。目前只有ABB公司选用该种方案。

四、保护方式多样化

负荷开关用于分合额定负荷电流，具有结构简单、价格便宜等特点。但不能开断短路电流，高遮断容量后备式限流熔断器作为保护元件，可开断短路电流，如将两者有机地结合起来，可满足配电系统各种正常和故障运行方式下操作保护的要求。由于负荷开关+熔断器组合方式造价便宜，而且又能很好地对设备起保护作用，因此在配网中被广泛使用，以下重点介绍一下负荷开关+熔断器组合单元。

1、结构特点：熔断器先安装在支架上，再自动导人熔断器小室，保证熔丝接触可靠。一般有水平放置、垂直放置、“品”字形排列和“一”字形排列等多种方式，熔断器更换极为方便。熔断器小室由硅橡胶绝缘密封，安全可靠，防护等级可达IP67。

可以选择带温度保护的熔断器，同时配置脱钩机构，发热严重时自动跳闸，及时保护变压器设备。

2、技术优点：①开合空载变压器的性能好。环网柜的负荷种类，绝大部分为配电变压器．一般容量不大于1250 kVA，配电变压器空载电流一般为额定电流的2％左右，较大的配电变压器空载电流较小。环网柜开合空载变压器小电流时，不会产生较高过电压。②有效保护配电变压器．特别是对于油浸变压器，试验表明，当变压器内部发生故障，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂，为使油箱不爆炸，必须在20 ms内切除故障。采用断路器保护的话，断路器最快全开断时间(继电保护动作时间+断路器同有动作时间+燃弧时间)一般需要2～3个周波(40mes～60ms)左右，而限流熔断器则可保证在10ms以内切除故障。③采用负荷开关+熔断器组合单元可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。负荷开关+熔断器组合设备的保护范围可在最小熔化电流(通常为熔断器额定电流的2～3倍)到最大开断容量之间。④负荷开关与熔断器的配合负荷开关+熔断器组合单元将控制和保护功能分开，大量经常发生的切负荷工作由负荷开关来完成。而极少发生的短路开断则由熔断器来完成(见下图)。由于熔断器是一次性开断元件，负荷开关可连续多次“合、分”，因此，一般原则是尽可能延伸负荷开关动作范围，使负荷开关多动作，而熔断器少动作。

区域I：(I≤Ink)为工作电流范围，Ink为组合电器的额定电流，它小于熔断器的额定电流InHH，组合电器的额定电流开断由负荷开关单独完成。负荷开关_一相开断，三相熄弧。

区域Ⅱ：(Ink＜I＜3×InHHl时，在此范围内器承受超过其额定电流的过电流，从2×InHH起，熔体动作，但熔断器尚不能熄弧。熔断器撞击器触发，使负荷开关动作，三相开断并熄弧。区域Ⅲ：转移电流范围内(3×InHH＜I＜15×In-HH)，从3×InHH起，三相熔断器之一首先动作，同时撞击器触发负荷开关分闸。另外两相线路可能由负荷开关切断，也可能由熔断器开断，即熔断器与负荷开关配合共同完成开断任务。

区域Ⅳ：限流范围。当故障电流更大时(大约从20倍熔断器额定电流起)，熔断器在电流的第一个半波就已动作，并使故障电流的峰值限制到它的允许通流电流ID，熔断器在过半波后，已开断三相电路，三相短路电流全由熔断器开断，负荷开关是无电流开断。

由上可见，在采用负荷开关＋熔断器组合方式时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相同时熔断时，会产生转移电流，对负荷开关产生冲击，为了克服以上负荷开关和熔断器的配合问题。满足实际运行的需要，厂家可以提供在负荷开关中配置分励脱扣器，作为远距离操作和过载保护跳闸用。

结束语：

SF6全绝缘环网柜的技术特点是非常明显的，为电力网络的正常运行提供了可靠保证，同时大大地节约了电力部门的维护费用，目前全绝缘开关设备已被越来越多的用户接受，逐渐成为当今电力部门的首选。

注：本文中所涉及到的“图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。