摘要：隨著我國(guó)城網(wǎng)改造工程的逐漸深入、各項(xiàng)事業(yè)用電量的不斷增加，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性要求也越來(lái)越高。作為網(wǎng)絡(luò)中連接各區(qū)域線路，處理事故及各種故障的設(shè)備——環(huán)網(wǎng)柜，其作用不言而喻。本文總結(jié)了我國(guó)環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展的歷史，初步分析了現(xiàn)階段最先進(jìn)的SF6環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)參數(shù)，及國(guó)內(nèi)外的產(chǎn)品情況。希望能為環(huán)網(wǎng)柜的選型提供一些有用的幫助。
　　關(guān)鍵詞：環(huán)網(wǎng)柜，負(fù)荷開(kāi)關(guān)，SF6
　　
　　一、引言
　　我國(guó)城市建設(shè)的飛速發(fā)展，對(duì)于電網(wǎng)的要求也越來(lái)越高。為了滿足城市電網(wǎng)改造的工程要求，10kv系統(tǒng)中大量的采用環(huán)網(wǎng)柜供電方案【1】。環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展則經(jīng)歷了由全外資技術(shù)到中外合作共同開(kāi)發(fā)的過(guò)程。多年的運(yùn)行和市場(chǎng)發(fā)展，不僅反映了環(huán)網(wǎng)柜諸多優(yōu)越性，也為環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展提供了廣闊的空間。
　　二、環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)
　　如圖1所示，環(huán)網(wǎng)配電單元一般由3個(gè)間隔組成，包括兩個(gè)進(jìn)出線間隔和一個(gè)變壓器間隔。進(jìn)出線間隔主要用于對(duì)故障線路的及時(shí)隔離，以及通過(guò)調(diào)整電源方向來(lái)恢復(fù)正常供電；變壓器間隔則通過(guò)組合電器來(lái)對(duì)變壓器內(nèi)部短路故障進(jìn)行快速切除。
　　
　　圖1、環(huán)網(wǎng)配電單元圖

　　配用不同的元件，環(huán)網(wǎng)柜可以實(shí)現(xiàn)諸如：負(fù)荷開(kāi)關(guān)，斷路器，以及與一般開(kāi)關(guān)柜相等的其他功能，可用于如圖2所示的開(kāi)閉所，及預(yù)裝變電站內(nèi)【2】。
　　三、環(huán)網(wǎng)柜負(fù)荷開(kāi)關(guān)的發(fā)展階段及其主要性能
　　環(huán)網(wǎng)柜的主要組成部分是負(fù)荷開(kāi)關(guān)，在命名環(huán)網(wǎng)柜時(shí)，往往以其所使用的負(fù)荷開(kāi)關(guān)的類型來(lái)命名。以此劃分，其發(fā)展主要經(jīng)歷的4個(gè)階段可以概括為產(chǎn)氣式、壓氣式真空環(huán)網(wǎng)柜和SF6環(huán)網(wǎng)柜。
　　20世紀(jì)80年代末、90年代初，產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜在全國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，但其自身的特點(diǎn)決定了其在開(kāi)斷負(fù)荷時(shí)，弧光外露，容易引發(fā)安全事故；電壽命不高，維護(hù)檢修工作量大等缺點(diǎn)，使得產(chǎn)氣式環(huán)網(wǎng)柜很快就退出了歷史舞臺(tái)。
　　同樣地，壓氣式環(huán)網(wǎng)柜也存在開(kāi)斷負(fù)荷時(shí)弧光外露，操動(dòng)機(jī)構(gòu)局限性較大，且機(jī)械壽命不高，可靠性差等缺點(diǎn)。因而也未能得到廣泛的推廣和應(yīng)用。
　　真空環(huán)網(wǎng)柜采用真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其滅弧室絕緣性能好，觸頭開(kāi)距小，要求操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供的能量也小；同時(shí)，開(kāi)距小，電弧電壓低，電弧能量小，開(kāi)斷時(shí)觸頭表面燒損輕微，同時(shí)，滅弧室工作狀態(tài)與外界無(wú)關(guān)，不會(huì)產(chǎn)生污染，其電氣和機(jī)械壽命長(zhǎng)【3】。但真空環(huán)網(wǎng)柜的機(jī)械機(jī)構(gòu)配用復(fù)雜，對(duì)材料要求嚴(yán)格，生產(chǎn)難度較大，生產(chǎn)價(jià)格較高，同時(shí)由于真空滅弧室具有很強(qiáng)的開(kāi)斷高頻電流的能力，在電流過(guò)零瞬間的開(kāi)斷，會(huì)產(chǎn)生多次重燃過(guò)電壓【4】。因此，真空開(kāi)關(guān)往往作為環(huán)網(wǎng)柜中開(kāi)斷電路的設(shè)備，其主要應(yīng)用在對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制和保護(hù)上。
　　作為新一代滅弧介質(zhì)的SF6，其無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，不會(huì)燃燒，化學(xué)性能穩(wěn)定，熄弧能力強(qiáng)，絕緣性能好等特點(diǎn)【3】，使其在各個(gè)電壓等級(jí)的斷路器中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　雖然SF6在高溫下分解會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，因而對(duì)于密封要求比較高，但這種類型的環(huán)網(wǎng)柜還是憑借其性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠、全封閉、小型化、免維護(hù)等特點(diǎn)而受到供電部門和用戶的普遍歡迎。
　　表1對(duì)兩者的主要特點(diǎn)進(jìn)行了比較。

　　四、現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展情況
　　4.1國(guó)外環(huán)網(wǎng)柜的制造企業(yè)及其生產(chǎn)概況
　　表一兩種環(huán)網(wǎng)柜性能比較

　　國(guó)外生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜的企業(yè)主要有西門子、ABB、意大利維益、施耐德、Alstom、日本東芝、美國(guó)EATON、德國(guó)Driescher公司等。表2列出了一些公司的主要產(chǎn)品及其特點(diǎn)。

　　表2國(guó)外主要的生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品特點(diǎn)
　　
　　4.2國(guó)外環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)概況
　　環(huán)網(wǎng)柜在由空氣絕緣環(huán)網(wǎng)配電單元到緊湊型SF6環(huán)網(wǎng)配電單元、再到可擴(kuò)展的SF6環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展過(guò)程中，各種先進(jìn)技術(shù)不斷的應(yīng)用。如負(fù)荷開(kāi)關(guān)，限流熔斷器，電纜終端等的不斷完善，再加上計(jì)算機(jī)技術(shù)，電子、傳感、光纖通訊等技術(shù)的飛速發(fā)展，使得環(huán)網(wǎng)柜越來(lái)越智能化、小型化。其主要的技術(shù)進(jìn)步可以歸納為以下幾個(gè)方面【2】：
　　1、 將各個(gè)工作部分模塊化，可以根據(jù)用戶所需，把不同模塊組合在一起，完成既定的各項(xiàng)功能。
　　2、 母線室、開(kāi)關(guān)室、及電纜室之間均有金屬隔板，再加上采用鎧裝結(jié)構(gòu)的柜體，使得環(huán)網(wǎng)柜的防護(hù)等級(jí)大大提高。
　　3、 采用快速動(dòng)作的滅弧器，對(duì)內(nèi)部電弧進(jìn)行了有效地抑制，最大限度的減小了開(kāi)關(guān)柜的爆炸和燒毀。
　　4、 具有多工位的負(fù)荷開(kāi)關(guān)密封充于SF6氣體的不銹鋼體內(nèi)，其傳動(dòng)鏈接采用波紋管焊接等密封技術(shù)，母線、電纜終端等用的套管采用套管焊接技術(shù)，氣密性非常好。
　　5、 操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用不銹鋼、耐腐蝕金屬，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸承據(jù)為自潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，許多戶內(nèi)、外產(chǎn)品使用合金軸承，不受環(huán)境影響，賣出定期保養(yǎng)，并與外界連接方便，這樣使操作功小，可靠性高，壽命更長(zhǎng)。
　　6、 擴(kuò)展母線采用插拔式，全絕緣和屏蔽，確保可靠性，不受天氣影響。
　　7、 采用預(yù)制式硅橡膠絕緣的電纜終端頭，檢修時(shí)可拆卸，快速恢復(fù)，安裝方便，外表面使用新型半導(dǎo)體材料作屏蔽層，運(yùn)行時(shí)外表面接地，不受潮濕、凝露、塵埃、污穢等影響，安全性更高，免維護(hù)；外觀多樣、新穎、美觀，可分支或并聯(lián)；具有防水功能，有些產(chǎn)品甚至可在水下4.5m運(yùn)行。
　　8、 為了適應(yīng)配網(wǎng)自動(dòng)化及提高配電可靠性要求，新型多回路配電柜具有三遙功能。可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方對(duì)主元件運(yùn)行狀態(tài)及故障的監(jiān)視、遠(yuǎn)方抄表、遠(yuǎn)方操作等。
　　9、 柜體小型化。使用了3工位負(fù)荷開(kāi)關(guān)，有效地減少了零部件數(shù)量，整體結(jié)構(gòu)更緊湊；限流熔斷器也向小型化發(fā)展，兩者結(jié)合，柜體越來(lái)越小。
　　10、 友好的操作界面，確保操作人員和維護(hù)人員的安全。設(shè)有觀察窗，可以監(jiān)視主開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)觸頭的運(yùn)行狀態(tài)，一次線路模擬單線圖和模擬顯示器可以顯示開(kāi)關(guān)內(nèi)部狀態(tài)，使操作簡(jiǎn)捷、正確、安全。
　　4.3國(guó)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展情況
　　我國(guó)采用環(huán)網(wǎng)柜的時(shí)間較晚，直到上世紀(jì)80年代我國(guó)發(fā)展環(huán)網(wǎng)供電時(shí)，環(huán)網(wǎng)柜才得到了廣泛的應(yīng)用。從產(chǎn)氣式到壓氣式，再經(jīng)歷了真空環(huán)網(wǎng)柜，直到90年代后期，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的沿海地區(qū)才引進(jìn)了國(guó)外的SF6環(huán)網(wǎng)柜和可擴(kuò)展技術(shù)。由于這種環(huán)網(wǎng)柜的性能優(yōu)異、體積小、安全可靠、免維護(hù)，因而深受用戶的好評(píng)，進(jìn)而也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)各個(gè)廠家積極地引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)，通過(guò)合資生產(chǎn)或自主研發(fā)等形式推出了各種形式的SF6環(huán)網(wǎng)柜，圖3【2】列出了我國(guó)1995年到2002年間12KV環(huán)網(wǎng)柜的產(chǎn)量。由表中我們不難看出，總體而言，SF6環(huán)網(wǎng)柜得到了飛速的發(fā)展。
　　
　　圖31995~2002年國(guó)內(nèi)12KV環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)量
　　4.4國(guó)內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的生產(chǎn)情況
　　國(guó)內(nèi)的企業(yè)主要通過(guò)以下幾種方式來(lái)進(jìn)行環(huán)網(wǎng)柜的研制【2】：
　　(1) 直接引進(jìn)國(guó)外企業(yè)的產(chǎn)品。比如丹麥的ELC-24型空氣環(huán)網(wǎng)柜、LK公司的HK型、意大利VEI公司的UNIFLUORC型、德國(guó)F&G公司的GA和GE型等等。
　　(2) 與國(guó)外公司合資合作生產(chǎn)。比如：蘇州阿爾斯通公司的福樂(lè)M24型，北京施耐德公司的RM6型，北京ABB公司的Uniswitch等等。
　　(3) 國(guó)內(nèi)聯(lián)合設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。如HXGN6、HXGN9等等。
　　(4) 自主開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。如：溫州開(kāi)元的HXGN17，中國(guó)電力科學(xué)院的XGN68等等。
　　我國(guó)的環(huán)網(wǎng)柜，尤其是SF6環(huán)網(wǎng)柜雖然取得了飛速的發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)也都逐步成熟，但同國(guó)外的產(chǎn)品相比，我們?cè)诋a(chǎn)品品種、性能和技術(shù)水平方面，還有很長(zhǎng)的路要走。如滅弧元件的性能指標(biāo)、操作機(jī)構(gòu)的可靠性、殼體的制造工藝和環(huán)氧樹(shù)脂澆注（APG）工藝等，都與國(guó)外同類型產(chǎn)品有著不小的差距。尤其是二次側(cè)控制方面則差距更大。另外很多企業(yè)只注重眼前的效益，不愿意花大力氣研究各項(xiàng)技術(shù)，而更喜歡直接引入國(guó)外的產(chǎn)品，這也在一定程度上限制了環(huán)網(wǎng)柜在我國(guó)的發(fā)展。
　　五、結(jié)語(yǔ)
　　作為C-GIS中壓開(kāi)關(guān)柜中的一類，SF6環(huán)網(wǎng)柜的全封閉性、小型化、免維護(hù)、高絕緣型，有效地限制了開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行中可能發(fā)生的主要事故，成為今后一段時(shí)期內(nèi)環(huán)網(wǎng)柜的主流發(fā)展趨勢(shì)。
　　【1】 馬維新.電力系統(tǒng)電壓[M].北京：中國(guó)電力出版社
　　【2】 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品水平.西安高壓電器研究所
　　【3】 徐國(guó)政，張節(jié)容，錢家驪，黃瑜瓏.高壓斷路器原理和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社
　　【4】 尚振球，郭文元.高壓電器[M].西安交通大學(xué)出版社