SF全绝缘开关柜的结构特点和工程设计.doc

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 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 SF6全绝缘开关柜的结构特点2.1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2.2 SF6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（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 5kVA2、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元2.3 SF6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2.4 SF6全绝缘开关柜的结构特点2.4.1 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2.4.2 部件结构2.4.2.1 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。

2.4.2.2 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、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2.4.2.3 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2.4.2.4 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2.4.2.5 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2.4.2.6泄压装置合闸状态 分闸状态 接地状态5负 荷 开 关 组 合 电 器 断 路 器 柜1 kV2 Hz3 A 630 125 6304 kA 31.5 20/255 A 1760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11 A负 荷 开 关（ 断 路 器 ） 次接 地 开 关（ 隔 离 开 关 ） 次13 MPa14 年12 机 械 寿 命≤ 0.1％SF6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 ）9106 1min工 频 耐 压 kV850/6343.5额 定 短 路 开 断 电 流kA4248758520/25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 502017.4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。

2.4.2.7接地回路在电缆室内单独设有 5×30mm2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，确保操作人员的安全2.4.2.8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2.4.2.9五防机械联锁 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2.5 SF6全绝缘开关柜的主要技术参数6表 1 主要技术参数3 SF6全绝缘开关柜的工程设计3.1 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3.2 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。

3.3 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，这样会影响周边环境的美观，所以必须考虑此因素而降低高度然而开闭所一般有足够的安装空间，对于柜体的高度要求不是很苛刻，因此用于户内的开关柜，一般采用 1800mm的高度，电缆离地高度约 1000mm左右，这样电缆室有足够的空间，便于施工人员连接电缆另外，用于。