王 暉, 彭建光

法樂(lè)綺電氣(上海)有限公司 上海 201415

10kV中壓開(kāi)關(guān)柜在建筑行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

王 暉, 彭建光

法樂(lè)綺電氣(上海)有限公司 上海 201415

介紹了10kV中壓開(kāi)關(guān)柜在建筑行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了常用的10kV中壓柜的特點(diǎn)，并將450系列中壓柜與常用中壓柜進(jìn)行了比較。450系列中壓柜成本相對(duì)較高，且具有小型化、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，目前已應(yīng)用在多個(gè)項(xiàng)目中，取得了良好的應(yīng)用效果。

高壓開(kāi)關(guān)柜； 建筑行業(yè)； 應(yīng)用； 發(fā)展

1 10kV中壓開(kāi)關(guān)柜在建筑行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著中國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，各大中心城市的土地資源越來(lái)越少。與此同時(shí)，在建筑行業(yè)，配電設(shè)計(jì)對(duì)空間和可靠性的要求越來(lái)越高。尤其是在寸土寸金的大城市，由于土地和空間資源的限制，小型化配電房的需求近些年越來(lái)越多。一些城市的電力主管部門(mén)出臺(tái)了文件和指導(dǎo)意見(jiàn)，推薦小型化配電房設(shè)計(jì)方案，如上海市電力公司2014年就曾發(fā)布技術(shù)導(dǎo)則，明確外環(huán)線(xiàn)內(nèi)優(yōu)先采用小型化設(shè)計(jì)方案。

1.1 低壓領(lǐng)域

一般情況下，在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)，用戶(hù)的供配電電壓等級(jí)主要是中壓35kV、10kV和低壓400V。在低壓配電領(lǐng)域，傳統(tǒng)的GCK、GGD、GCS、MNS等型號(hào)低壓開(kāi)關(guān)柜適用性好，且經(jīng)濟(jì)、可靠、安全[1-3]，已經(jīng)被實(shí)踐認(rèn)可，能較好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。一些國(guó)外大公司通過(guò)大密度安裝來(lái)達(dá)到低壓柜整體小型化的目的，或多或少存在設(shè)計(jì)和安全缺陷，而且價(jià)格高、散熱不佳、可靠性差、維護(hù)困難，實(shí)際運(yùn)行成本也不低，并不被電力主管部門(mén)和行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)人員所認(rèn)可。針對(duì)類(lèi)似一般住宅這樣的三級(jí)負(fù)荷，供電部門(mén)往往推薦簡(jiǎn)單可靠且成本較低的GGD等型號(hào)。另一方面，低壓元器件已很難有革命性的突破，因此在低壓配電領(lǐng)域，當(dāng)前不具備進(jìn)一步小型化設(shè)計(jì)的相關(guān)條件。

1.2 傳統(tǒng)中壓開(kāi)關(guān)柜

在10kV中壓開(kāi)關(guān)柜領(lǐng)域，由于電壓等級(jí)高，空氣的絕緣距離要求也高，加之國(guó)標(biāo)在一些方面還高于國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，因此10kV普通空氣絕緣中壓柜普遍為大尺寸，配電房占地面積大，所占用的土地資源較多。傳統(tǒng)的10kV中壓柜，如GG1A、XGN2-12、JYN10等型號(hào)，因防護(hù)性、可靠性或安全性方面存在薄弱環(huán)節(jié)，加之占地面積大，已經(jīng)被逐步淘汰出電力配電領(lǐng)域。最近幾年，KYN28A-12通用型10kV空氣絕緣鎧裝式中壓柜大量應(yīng)用于包括電力、石化、建筑等在內(nèi)的多個(gè)行業(yè)，其技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品成熟可靠，性?xún)r(jià)比較高。但另一方面，KYN28型中壓柜尺寸仍然較大，盡管采用了技術(shù)成熟可靠的抽出式手車(chē)真空斷路器替代油斷路器，但是柜體體積和占地面積并無(wú)顯著變化[4-6]。體積小巧的普通空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜，由于只配置負(fù)荷開(kāi)關(guān)配合熔斷器保護(hù)變壓器，一般只能用于終端容量不大于800kVA的三級(jí)負(fù)荷用電場(chǎng)所，盡管也出現(xiàn)了不少改進(jìn)柜型，但由于容量小、柜型簡(jiǎn)單，也無(wú)法應(yīng)用于高質(zhì)量大容量及供電要求嚴(yán)格的場(chǎng)合。

1.3 氣體絕緣柜

隨著科技的發(fā)展，原本用于110kV及以上電壓等級(jí)的SF6氣體絕緣技術(shù)被應(yīng)用到中壓領(lǐng)域，產(chǎn)生了氣體絕緣柜，即GIS柜[7]。GIS柜體積較小，不受高原和污染環(huán)境影響，已經(jīng)發(fā)展到第三代產(chǎn)品——中壓C-GIS三相共箱式氣體絕緣現(xiàn)場(chǎng)不充氣開(kāi)關(guān)柜[8]。目前，中國(guó)市場(chǎng)上常見(jiàn)的中壓氣體絕緣柜產(chǎn)品主要有ABB的ZV2、ZX、SafeRing、SafePlus型，西門(mén)子的8DA、B10、NXPLUS C、8DJH、SIMOSEC型，施耐德的SM6、RM6型等，這些產(chǎn)品一般采用固定式真空斷路器，隔離開(kāi)關(guān)采用三位置工作方式，隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)合一，操作程序比較特殊。

由于中壓柜小型化設(shè)計(jì)可以大幅減小配電房面積，直接減少土地資源的占用，進(jìn)而產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，給用戶(hù)提供更多空間和價(jià)值，因此當(dāng)前建筑配電設(shè)計(jì)中采用小型化中壓柜的設(shè)計(jì)原來(lái)越多。另一方面，城市電網(wǎng)改造和用戶(hù)配電改造時(shí)一般都要求增加配電容量和柜數(shù)量，在土地及其相關(guān)資源有限的情況下，采用小型化設(shè)計(jì)也是必然的選擇。

1.4 固體絕緣柜

環(huán)氧樹(shù)脂固體絕緣開(kāi)關(guān)柜，簡(jiǎn)稱(chēng)固體絕緣柜，大多采用環(huán)氧樹(shù)脂自動(dòng)壓凝膠成型技術(shù)對(duì)真空滅弧室進(jìn)行澆注固封，母線(xiàn)絕緣部分采用硅橡膠實(shí)現(xiàn)全絕緣密封，且免維護(hù)，可用于有污染的環(huán)境[9-10]。這一類(lèi)型中壓柜體積小，技術(shù)和環(huán)保優(yōu)于氣體絕緣柜，是目前新興的一種產(chǎn)品，國(guó)家也正在制訂這類(lèi)產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.5 上海市電力公司相關(guān)導(dǎo)則

在《國(guó)網(wǎng)上海市電力公司非居民電力用戶(hù)業(yè)擴(kuò)工程技術(shù)導(dǎo)則(2014版)》[11]和《國(guó)網(wǎng)上海市電力公司新建住宅區(qū)供電配套工程技術(shù)導(dǎo)則(2014版)》[12]中有如下表述： 上海市外環(huán)線(xiàn)以?xún)?nèi)優(yōu)先采用小型化站型方案，外環(huán)線(xiàn)以外優(yōu)先采用通用站型方案。

兩個(gè)導(dǎo)則對(duì)10kV中壓柜體積參數(shù)也作了規(guī)定： 通用型空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜為800mm×1500mm×2200mm，小型化空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜為550mm×1340mm×2200mm，小型化氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜為500mm×1050mm×2250mm、600mm×1000mm×2325mm或600mm×1100mm×2250mm。

2 常用10kV中壓開(kāi)關(guān)柜的特點(diǎn)

普通空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜，柜內(nèi)元件之間采用空氣絕緣，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，維護(hù)方便，性能可靠。這類(lèi)中壓柜一般依靠高壓熔斷器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)和分?jǐn)嗖僮?，所以只能用于供電要求等?jí)不高的一般場(chǎng)所。

氣體絕緣柜，密封的柜內(nèi)充滿(mǎn)SF6絕緣氣體，元件之間距離可大幅度縮短，所以中壓柜的體積也相應(yīng)減小。這類(lèi)中壓柜的最大優(yōu)點(diǎn)是能用于高原地區(qū)和環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)所，缺點(diǎn)是在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用中無(wú)法避免漏氣問(wèn)題，需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如果漏氣后壓力不足正常值的40%，會(huì)導(dǎo)致絕緣失效。此外，SF6氣體還會(huì)對(duì)人體造成危害，并且是溫室效應(yīng)的主要元兇之一。正因?yàn)镾F6氣體存在諸多缺點(diǎn)，不用或少用SF6氣體將是發(fā)展的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)一些地區(qū)已禁止在10kV配電系統(tǒng)中使用SF6產(chǎn)品，上海市供電部門(mén)也已經(jīng)明確規(guī)定限制使用SF6氣體絕緣柜。

固體絕緣柜的主要材料是環(huán)氧樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂有良好的粘接性，機(jī)械強(qiáng)度高，電氣絕緣性能優(yōu)良，但其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯： 脆性大，抗開(kāi)裂性能差，產(chǎn)品澆注后容易開(kāi)裂。此外，固體絕緣柜依靠環(huán)氧樹(shù)脂材料和硅橡膠材料等將元器件固封在柜體內(nèi)，元器件之間的距離較短，柜體尺寸較小，導(dǎo)致散熱差。目前國(guó)內(nèi)有三十多家廠(chǎng)商生產(chǎn)固體絕緣柜，但由于缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，造成工藝和技術(shù)參差不齊，這也是一個(gè)客觀(guān)存在的問(wèn)題。

小型空氣絕緣柜采用抽出式手車(chē)，功能齊全，尺寸相對(duì)較小，并符合環(huán)保要求，目前在建筑行業(yè)中應(yīng)用廣泛，缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

3 新型小型化10kV中壓開(kāi)關(guān)柜

2015年4月，450系列新型小型空氣絕緣10kV 中壓柜問(wèn)世。這一系列產(chǎn)品包括KYN450-12型鎧裝手車(chē)抽出式、XGN450-12型箱型固定式和XGN450Y-12型完整抽出式。產(chǎn)品尺寸小巧，維護(hù)簡(jiǎn)單，符合高可靠性、小型化和環(huán)保的要求。

將450系列中壓柜與目前常用的10kV中壓柜進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 450系列中壓柜與常用10kV中壓柜的比較

型號(hào)體積/(mm×mm×mm)額定電流/A最大分?jǐn)嗄芰?kA特點(diǎn)YN28A-12通用系列800×500×200630～125031.5通用產(chǎn)品,可用于大電流一次和二次系統(tǒng)配電,低碳環(huán)保ABBUnigear550系列550×1340×2200或550×1390×2200630～200031.5可用于中壓一次和二次系統(tǒng)配電,低碳環(huán)保XGN450-12450×1000×2000(固定式)及500×1000×2000(抽出式)630～160031.5可用于中壓一次和二次系統(tǒng)配電,低碳環(huán)保KYN450-12460×1100×2200630～160031.5可用于中壓一次和二次系統(tǒng)配電,低碳環(huán)保

從表1比較可以看出，450系列中壓柜的尺寸比目前市場(chǎng)上廣泛使用的中壓柜要小，適應(yīng)面更廣，額定電流630～1600A、最大分?jǐn)嗄芰?1.5kA符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，完全可以滿(mǎn)足建筑電氣行業(yè)用戶(hù)端中壓一次和二次系統(tǒng)配電的要求。此外，450系列中的手車(chē)抽出式中壓柜具備高可靠性和維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可以另行配置綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)裝置，符合智能配電的需求?？梢?jiàn)，450系列中壓柜在建筑行業(yè)中的適用性好，技術(shù)優(yōu)勢(shì)較明顯。

450系列中壓柜的占地面積僅為0.45～0.51m2，適用于老舊項(xiàng)目改造、商業(yè)地產(chǎn)、住宅小區(qū)、市政工程、地下交通運(yùn)輸和海上鉆井平臺(tái)等的變配電工程。簡(jiǎn)單估算，應(yīng)用這一系列中壓柜可節(jié)省配電房綜合造價(jià)30%。以2014年全年所需10萬(wàn)套中壓柜為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，如果均使用450系列柜，每臺(tái)所需銅材比普通中壓柜節(jié)約65%，即20kg左右；每臺(tái)所需鋼材比普通中壓柜節(jié)約60%，即60kg左右。這樣，全年可節(jié)約銅材2000t、鋼材6000t，以1t銅材30000元、1t鋼材2500～3500元計(jì)，全年可節(jié)省銅材費(fèi)用600萬(wàn)元、鋼材費(fèi)用1500萬(wàn)～2100萬(wàn)元。如果1年減少10000臺(tái)氣體絕緣柜的使用量，還可減少約22t 的SF6氣體排放量。

450系列中壓柜的核心配套元件——互感器、隔離開(kāi)關(guān)、真空斷路器等均采用小型化設(shè)計(jì)，具有多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，包括VR1-12型空氣絕緣小型化真空斷路器等。柜內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)有效利用了前后縱深空間，減少了不必要的走線(xiàn)和交叉連接，操動(dòng)機(jī)構(gòu)為小型一體化高精度自潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，能用于寒冷環(huán)境中，機(jī)械壽命超過(guò)3萬(wàn)次。由于空氣絕緣距離優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有依靠復(fù)合絕緣技術(shù)縮短元件之間的絕緣距離，柜內(nèi)交叉連接較少，電場(chǎng)均勻，運(yùn)行穩(wěn)定。

4 450系列中壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用

450系列中壓柜目前已用于銀行、熱電廠(chǎng)、鐵路、醫(yī)院、市政工程、鋼鐵廠(chǎng)、房地產(chǎn)等的變配電改造項(xiàng)目，包括中國(guó)銀行河北分行、武漢鐵路局漢口供電段、大唐綏化熱電廠(chǎng)、上海閔行污水處理廠(chǎng)、合肥廬江人民醫(yī)院、山東齊魯制藥公司、安徽宣城軍天湖監(jiān)獄等，并為地方電力部門(mén)配套提供專(zhuān)門(mén)產(chǎn)品，如2015年5月為廣東省電力部門(mén)定制小型化中壓柜產(chǎn)品。450系列中壓柜得到了用戶(hù)的一致認(rèn)可。

5 結(jié)論

目前在10kV中壓領(lǐng)域，傳統(tǒng)中壓開(kāi)關(guān)柜和氣體絕緣柜應(yīng)用廣泛，固體絕緣柜也受到關(guān)注。與這些設(shè)備相比，450系列新型中壓開(kāi)關(guān)柜具有小型化、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、符合環(huán)保要求等優(yōu)點(diǎn)，且已在全國(guó)各地多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用，取得了良好的效果。

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An introduction was given on current application of 10kV medium voltage switchgear panel in the construction industry with an analysis on the characteristics of 10kV medium voltage switchgear panel in common use and a comparison between 450 series medium voltage switchgear panel and medium voltage switchgear panel in common use. Although 450 series medium voltage switchgear panel has relatively large costs, but owing to its small size, high reliability, stable operation and other characteristics, it has been applied in a number of projects with sound effect.

HV Switchgear Panel； Construction Industry； Application； Development

2016年3月

王暉(1969— )，男，本科，工程師，主要從事電壓設(shè)備研發(fā)工作， E-mail： chshwh@163.com

TM591

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1674-540X(2016)03-066-04