1、第第2 2章章 中压配电网中的设施中压配电网中的设施和和设备设备第第2 2章章 中压配电网中的设施和设备中压配电网中的设施和设备 配电网依照电压等级可以分为高压配电网、中压和低压配电网。高压配电网，由一次变电站的低压侧和相应的高压输电线路组成，读者应该熟悉这种类型的变电站和线路，本章内容仅涉及这种变电站的中压设备。中压配电网，一般从高压二次变电站的变压器中压侧为界，到给用户供电的配电变压器。中压配电网包含：架空线路、电缆线路、中压开闭所、各类开关柜、负荷开关、熔断器、配电变压器等设备。本章给出以上设施、设备的组成、基本工作原理、性能等知识。2.1 2.1 架空配电线路架空配电线路 架空配电线路
2、是配电网大量应用的线路。它的构成元件主要有导线、绝缘子、杆塔、基础、拉线、横担、金具、避雷器、接地装置等。在架空配电线路上，安装有其它电气设备，主要有配电变压器、柱上开关、跌落式熔断器、无功补偿装置等。2.1.1 2.1.1 导线导线 导线流过电流并输送电能。对导线的要求是应具有良好的导电性能，足够的机械强度，耐振动疲劳和抵抗空气中化学杂质腐蚀，以及导线有较小的质量和温度延长系数。目前常采用的导线有铜绞线、钢芯铝绞线或钢芯铝合金绞线。铜材在架空线中较少采用。铝材的导电性能比铜差，但铝的密度小、重量轻、有较强的抗氧化能力，加上铝资源的储量相对丰富，价格适当，因此，铝导线得到了广泛的应用。为了提高
3、铝线的抗拉强度，采用钢芯铝绞线或铝合金绞线，即以钢为芯线，外围绞上多根铝或铝合金线，即利用了铝线的良好导电性能，又利用了钢绞线的高机械强度。架空线路常用的导线根据绝缘情况分为二种类型，裸导线和绝缘导线。1 1裸导线裸导线一般高压配电线路所采用的裸导线为多股绞线，多股绞线根据所选用的材料分为铜绞线、铝绞线、铝合金和钢芯铝绞线，以及引进国外技术的碳纤维复合芯铝绞线ACCC。绞线单线的截面为圆形或梯形截面。一般导线可根据型号确定其截面及所使用的材料。裸导线的型号由导线的材料及结构和标称截面两大部分组成。前一部分为拼音字母，后一部分数字表示导线的截面。导线型号中的拼音字母的含义：T-铜导线，J-绞线，
4、L-铝导线，G-钢芯，Q-轻型，H-合金，型号中字线后的数字表示导线的截面积mm2，例如：LGJ-185代表185mm2截面的铝钢绞线，GJ-50代表50mm2截面的钢绞线。图2-1给出了常用架空裸导线的截面和实物图。(a)一种金属和两种金属的多股绞线及实物图 (b)ACCC导线和导线图图2-1 常用导线及其截面图2 2 架空绝缘架空绝缘导线导线 绝缘导线就是在导线外围均匀而密封地包裹一层不导电的材料，如：树脂、塑料、硅橡胶、PVC等，形成绝缘层，防止导电体与外界接触造成漏电、短路、触电等事故发生的电线。架空绝缘导线分为分相式架空绝缘导线和集束式架空绝缘导线。1)1)分相式架空绝缘导线分相式架
5、空绝缘导线 分相式架空绝缘导线是以耐候型绝缘材料作外包绝缘，由导体、半导电屏蔽层、绝缘层组成，绝缘互绞线结构见图2-2。导体的材料有钢芯铝绞线、铝绞线和铜绞线，绝缘耐候型材料一般采用耐候型聚氯乙烯、聚乙烯或交联聚乙烯等。绝缘导线主要用于架空敷设，线芯一般采用紧压的硬铜或硬铝线芯。这种导线架设时，架空线路形式和采用裸导线的线路形式一样。图2-2 架空绝缘导线(a)截面图 (b)实物图 分相架空绝缘导线的型号由导线材料、结构、电压等级和标称截面三大部分组成:第一部分代表导线材料和结构特征，用汉语拼音字母表示：“JK”表示架空使用(铜导体代号省略)；“TR”表示软铜导体；“L”表示铝导体；“V”表示
6、聚氯乙烯绝缘；“Y”表示聚乙烯绝缘；“GY”表示高密度聚乙烯绝缘；“YJ”表示交联聚乙烯绝缘；“/B”表示本色绝缘；“/Q”表示轻薄绝缘结构(普通绝缘结构节省)；“A”表示承力束为钢绞线。常见的导线材料和结构有：JKYJ-铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆。JKLYJ-铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆。JKTRYJ-软铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆。JKY-铜芯聚乙烯绝缘架空电缆。JKLYJ/Q-铝芯轻型交联聚乙烯绝缘架空电缆。第二部分表示电压等级，单位是kV。第三部分是导体的标称截面，单位是mm2；例：铝芯、交联聚乙烯绝缘、额定电压10kV、单芯、轻型薄绝缘、标称截面是120，则可以表示为：JKLYJ/Q10
7、 1120。铝芯交联聚乙烯轻型薄绝缘架空电缆，额定电压10kV，单芯，标称截面为120mm2，表示为:JKLYJ/Q-10 1120。铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆，额定电压10kV,4芯，其中主线芯为3芯，标称截面为240mm2;承载绞线为镀锌钢绞线，标称截面为9 mmmm2 2，表示为:JKLYJ/B-10 3240+95(A)。铝合金线芯聚乙烯绝缘架空电缆，额定电压10kV，单芯，标称截面为185 mm2，表示为:JKLHY-10 11852)2)高压集束型绝缘导线高压集束型绝缘导线 高压集束型绝缘导线HV-ABC(Aerial Bundle Cable)型)，又称为高压绝缘互绞线。它可以分
8、为集束型半导体屏蔽和金属屏蔽绝缘导线两种类型。其一般结构如图2-3所示。(1)1)集束型半导体屏蔽绝缘导线集束型半导体屏蔽绝缘导线 集束型半导体屏蔽绝缘导线，又称为集束型非金属绝缘导线或半导体外屏蔽绝缘互绞线。它可以分为承力束承载和自承载两种类型。集束型半导体屏蔽绝缘导线的结构，如图2-3所示。(2)(2)集束型金属屏蔽绝缘导线集束型金属屏蔽绝缘导线 集束型金属屏蔽绝缘导线，又叫全屏蔽绝缘互绞线。这类绝缘导线一般带承力束。集束型金属屏蔽绝缘导线结构，如图2-4所示。(a)(b)(c)图2-3 中压集束电缆结构示意图(a)自承载成缆结构图 (b)带乘力束成缆结构图 (c)相导线结构图图2-4 一
9、种集束型金属屏蔽绝缘导线结构图1导体；2导线屏蔽；3绝缘体；4绑扎线；5半导体绝缘屏蔽；6-集束屏蔽；7外护套；8承力束3)3)架空绝缘导线的优点架空绝缘导线的优点 架空绝缘导线与用裸导线的线路相比，有以下特点:(1)(1)绝缘性能好绝缘性能好 架空绝缘导线由于多了一层绝缘层，绝缘性能比裸导线优越，可减少线路相间距离，降低对线路支持件的绝缘要求，提高同杆架设线路的回路数。(2)(2)防腐蚀性能好防腐蚀性能好 架空绝缘导线由于外层有绝缘层，比裸导线受氧化腐蚀的程度小，抗腐蚀能力较强，可延长线路的使用寿命。(3)(3)防外力破坏防外力破坏 减少受树木、飞飘物、金属膜和灰尘等外在因素的影响，减少相间
10、短路及接地事故。(4)(4)强度达到要求强度达到要求 绝缘导线虽然少了钢芯，但坚韧，使整个导线的机械强度达到应力设计的要求。2.1.2 2.1.2 杆塔杆塔 杆塔是架空电力线路的重要组成部分，杆塔的作用是支承导线、避雷线和其他附件。杆塔的型式和尺寸应能使导线与导线之间、导线与避雷线之间、导线与杆塔之间、导线对大地和交叉跨越物之间有足够的电气安全距离。按所用材质可分为木杆、钢筋混凝土杆和金属杆三种。架空配电线路杆塔根据受力特点分为耐张杆、直线杆、转角杆、终端杆、跨越杆、分支杆等。2.1.3 2.1.3 基础基础 杆塔基础是指架空电力线路杆塔地面以下部分的设施，其作用是保证杆塔稳定，能承受杆塔、导
11、线、架空地线的各种荷载所产生的上拔力、下压力和倾覆力矩。防止杆塔因承受导线、冰、风、断线张力等的垂直荷重、水平荷重和其他外力作用而产生倒杆。l 杆塔基础一般分为混凝土基础和铁塔基础。l 铁塔宜采用现浇钢筋混凝土基础或混凝土基础。2.1.4 2.1.4 绝缘子绝缘子 绝缘子是一种隔电部件，其用途是使导线与导线之间以及导线与大地之间绝缘，支持、悬吊导线。固定于杆塔的横担之上，同时承受导线及各种附件的机械荷重。因此，绝缘子应具有良好的电气性能和机械性能。并且绝缘子长期暴露在大气中，因此对雨、雪、雾、风、冰、气温骤变以及大气中有害物质的浸蚀有较强的抗御能力。绝缘子按照材质分为陶瓷绝缘子和合成绝缘子;按
12、照形式分针式绝缘子、棒式绝缘子和支柱绝缘子。(a)(b)(c)图2-5 中压架空线的各类绝缘子(a)针式绝缘子 (b)柱式绝缘子 (c)瓷横担绝缘子 (d)悬式绝缘子 (e)棒式绝缘子(d)(e)2.1.5 2.1.5 线路金线路金具具 线路金具是在架空线路上用于悬挂、固定、保护、联结、接续架空线或绝缘子以及在拉线杆塔的拉线结构上用于连接拉线，以及起到某种防护作用的金属器件。线路金具种类很多，用途各不相同，按其作用分主要有五大类。(1)悬垂线夹(2)耐张线夹：螺栓型耐张线夹压接型耐张线夹 楔型耐张线夹 楔型与螺栓混合型耐张线夹(3)联结金具(4)接续金具：承力接续金具非承力接续金具(5)保护金
13、具2.1.6 2.1.6 拉线作用、形式拉线作用、形式(1)1)拉线作用拉线作用 是为了在架设导线后能平衡杆塔所承受的导线张力和水平风力，以防止杆塔倾倒、影响安全供电。拉线与地面的夹角一般为450，若受环境限制可适当增减，一般不超出300600，拉线距杆上导线的距离应符合规程要求，穿越带电线路时应在上下两侧加装圆瓷套管，拉盘应垂直于拉线。(2)(2)拉线形式拉线形式 按其作用可分为张力拉线(如转角、耐张、终端、分支杆塔拉线等)和风力拉线(如在土质松软的线路上设置拉线，增加电杆稳定性)两种；按拉线的形式，可分为普通拉线、水平拉线、弓形拉线和V形拉线等。2.1.7 2.1.7 接地装置接地装置 主
14、要由连接架空地线的接地引下线及埋入杆塔地里的接地体(极)所组成。接地装置的主要作用是，能迅速将雷电流在大地中扩散泄导，以保持线路有一定的耐雷水平。杆塔接地电阻值愈小，其耐雷水平就愈高。2.2 电缆电缆线线路 电缆线路由于可靠性高和不影响景观，在对可靠性要求高，以及环境特殊的场合得到了大量的应用。城市电网配电线路电缆化改造是城市电网改造工程的重要内容之一，具有美化城市环境，提高供电可靠性和配电线路不受自然气象条件干扰等优点，城市化建设的不断加快客观上要求不断提高配电网的电缆化率。在一些重要负荷密集型的企业内部，受制于特殊的环境限制，采用中压电缆线路配电。2.2.1 2.2.1 电力电缆电力电缆结
15、构结构图 2-11 电力电缆的结构示意图图2-11为电力电缆的结构示意图，图中1和3分别为导体和绝缘层；在导体外和绝缘层外导体有半导体屏蔽层2和4，5为金属屏蔽层，其余为外护套，即图中的6、7、8，6为内护套，7为铠装、8为外护套。1.1.电缆的线芯电缆的线芯 线芯的作用是传送电流，为了减少电缆线芯的损耗，一般由具有高导电系数的金属材料铜或铝合金制成。2.2.电缆的绝缘电缆的绝缘(1)(1)对绝缘材料的对绝缘材料的要求要求1)1)有高的击穿有高的击穿电场强度电场强度;2;2)小的小的介质损耗因数介质损耗因数;3;3)优良的耐树枝放电、优良的耐树枝放电、耐局部放电耐局部放电性能性能;4;4)具有
16、一定的柔软性和机械具有一定的柔软性和机械强度强度;5;5)材料的抗老化材料的抗老化性能性能良好良好.(2)(2)常用的绝缘材料常用的绝缘材料和和性能性能 目前用于电缆的绝缘材料有：油浸电缆绝缘纸、塑料、以及橡胶。（3 3）中压电缆绝缘层）中压电缆绝缘层 塑料电缆是电力电缆绝缘发展的主流。对于电压较低的电缆，为保证电缆弯曲时，绝缘层具有一定的机械强度，绝缘层的厚度则随导体截面的增大而加厚。3.3.电缆的屏蔽层电缆的屏蔽层 在电缆结构上“屏蔽”，实质上是一种改善电场分布的措施。电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中。在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，
17、它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为内屏蔽层;同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，这一层屏蔽为外屏蔽层。4.电缆的保护层电缆的保护层 保护层的作用是为了使电缆适应各种使用环境的要求，在电缆绝缘层外面所施加的保护覆盖层，又称电缆护层。电缆护层所用的材料繁多，主要分为两大类：一类是金属材料，如铝、铅、钢、铜等，这类材料主要用以制造密封护套、恺装或屏蔽层；另一类是非金属材料，如橡胶、塑料、涂
18、料以及各种纤维制品等，其主要作用是防水和防腐蚀。1)1)金属护金属护层层 (1 (1)内护内护层层;(;(2)2)外护外护层层:a:a.内衬层内衬层b b.恺装恺装层层c c.外被层外被层2)2)橡塑护层橡塑护层3)3)组合护层组合护层2.2.2 2.2.2 电力电缆分类电力电缆分类 按电压等级分：可分为中、低压电力电缆(35千伏及以下)、高压电缆(110千伏以上)、超高压电缆(275800千伏)以及特高压电缆(1000千伏及以上)。此外，还可按电流分为交流电缆和直流电缆。按绝缘材料分:(1)油浸纸绝缘(2)塑料绝缘 电力电缆(3)橡皮绝缘2.2.3 2.2.3 电力电缆的电力电缆的型号型号
19、电力电缆型号的由两部分组成。前半部分为产品的型号，采用汉语拼音和数字相结合命名方法；后半部分以短横线隔开之后，表明电压等级和规格。电力电缆型号构成示意图如图2-13所示。图2-13 电力电缆型号组成第一部分按字符次序排列为：电缆类别、绝缘材料、导体材料、内护层、外护层。电缆类别，12个字符：ZR为阻燃，NH为耐火，BC为低烟低卤，E低烟无卤；无特殊要求，不标；绝缘材料，12个字符：V聚氯乙烯，YJ交联聚乙烯，Y聚乙烯，X天然丁苯胶混合物绝缘，G硅橡胶混合物绝缘，YY乙酸乙烯橡皮混合物绝缘；导体材料，1个字符：T铜导体（可省略），L铝导体；护套材料，1个字符：V聚氯乙烯护套，Y聚乙烯护套，F氯丁
20、胶混合物护套；外护层结构，用二位数字表示：无数字，无铠装层，无外被层。第一位数字表示铠装，第二位数字表示外被。含义见表2-1。第二部分：额定电压和规格，方法是在型号后再加上说明额定电压、芯数和标称截面积。示例：ZR-YJV22-10/8.7-3120，交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套类阻燃10kV三芯120mm2电力电缆。VLV23-10/8.7-370，铝芯聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套10kV三相70mm2电力电缆。数字数字铠装层铠装层外被层或外护套外被层或外护套0无1联锁钢带纤维外套2双钢带聚氯乙烯外套3细钢丝聚乙烯外套4粗钢丝2.2.4 2.2.4 终端和接头的终端和接头的选择选择
21、 电缆的连接分为电缆终端和电缆中间接头，统称为电缆附件，它们是电缆线路中电缆与电力系统其他电气设备相连接和电缆自身连接不可缺少的组成部分。1 1)电缆中间接头和电缆终端与导体连接电缆中间接头和电缆终端与导体连接 电缆中间接头导体的连接采用接续管，端头采用接线端子，一般根据电缆线芯的截面选择相应的接续管和端子，采用局部压接法进行压接。压接时，要按照规定的工艺进行压接。图2-14为接续管、接线端子图，图2-15局部压接示意图。（a a）(b)(b)图2-14 接续管、接线端子(a)接续管的结构 （b）接线端子图2-15 局部压接(a)接续管压接 （b）接线端子压接2)2)中间接头和端头的结构中间接
22、头和端头的结构 按照主绝缘成型工艺，常用35kV及以下电缆终端和中间接头主要可分为绕包式、热缩式、冷缩式和预制式等四种常用形式。此外还有应用于特定产品范围的浇铸式和可分离式电缆附件。3)3)电缆中间接头和终端型号电缆中间接头和终端型号 国家机械行业标准确定，以字母加数字标注电缆终端与接头型号，其组成和排列顺序如图2-16所示。图2-16 电缆的命名表示图4)电缆终端和接头的基本要求(1)优良的电气绝缘性能(2)合理的结构设计(3)满足安装环境要求(4)符合经济合理原则2.2.5 2.2.5 电缆敷设电缆敷设方式方式(1)直埋敷设方式直埋敷设方式(2)穿管穿管(排管排管)敷设方式敷设方式(3)电
23、缆沟敷设方式电缆沟敷设方式(4)电缆隧道敷设方式电缆隧道敷设方式2.2.6 2.2.6 电缆线路与架空线路的比较电缆线路与架空线路的比较(1)1)容性电流容性电流 电缆线路的电容远大于架空线路电容，因此，电缆线路对地容性电流一般远大于架空线路对地容性电流。(2)(2)敷设与架设方式不同敷设与架设方式不同(3)3)故障类型故障类型 电缆线路故障的主要类型包括:外力破坏、电缆附件质量缺陷、电缆安装质量缺陷和电力电缆本体质量缺陷。架空线路易受如雷电、风害、环境污染、树枝碰线以及人为故障等外界因素影响。(4)(4)供电可靠性供电可靠性 由于电缆线路与架空线路敷设方式不同，电缆受外界因素的影响小，故障率
24、处于相对较低水平。但是，地下电缆的故障是持久性的，由于电缆检测、清除和修复故障需要较长时间，因此电缆故障往往会引起长时停电。(5)(5)造价造价 由于材质及工艺的不同，电缆线路的材料、附件、安装设施等总造价远高于架空线路的造价。(6)(6)对配电网接地方式的影响对配电网接地方式的影响 由于架空线路与电缆线路的常用接线方式不同，而且架空线路与电缆线路存在着以上所述的很大的差异，这直接影响到配电网在新建电缆线路或进行架空线入地改造时所选择的接地方式。(7)(7)对继电保护和配电自动化的影响对继电保护和配电自动化的影响 配电线路采用的继电保护策略也应有所调整，以适应配电线路电缆化的发展。(8)8)配
25、电自动化配电自动化 电缆线路故障一般为持久性的，故障定位较为困难，故障修复时间较长，降低了供电可靠性。因此在线路电缆化情况下，配电自动化的作用更为显著。2.3 2.3 高压高压开关柜开关柜 高压开关柜是335kV交流金属封闭开关设备的俗称，广泛应用在各种变电站的中压配电和受电、及各种辅助间隔。2.3.1 2.3.1 高压开关柜的类型高压开关柜的类型 1.根据主电气设备分类根据主电气设备分类根据目前的产品状况，高压电气柜按照采用的主电气设备可以分为以下几类：1)断路器柜断路器柜 断路器开关柜按绝缘介质又分为：(1)通用型高压开关柜通用型高压开关柜。(2)气体绝缘高压金属封闭开关柜气体绝缘高压金属
26、封闭开关柜C-GIS(Cubic Gas Insulated Switchgear),又称充气柜：(1)固定式固定式。(2)移移动式动式。2)F-C(Fuse-Contactor)2)F-C(Fuse-Contactor)回路开关柜回路开关柜 高压负荷开关-熔断器和高压限流熔断器-高压接触器组合电器。3)3)环网柜环网柜 主开关元件采用负荷开关或负荷开关熔断器组合电器，它们常用于环网供电系统，故通常称为环网柜。2.2.内部分隔方式分类内部分隔方式分类高压金属封闭开关设备也可根据柜内各部分的分隔方式分为以下几类:(1)(1)箱式箱式 开关柜内各个元件之间无隔板或隔板不全，安全程度较低。(2)(2
27、)(2)(2)间隔式间隔式 用一块或更多的非金属隔板将柜内分割为母线室、电缆室和断路器室等。(3)(3)(3)(3)恺装式恺装式 开关柜内的各个功能室，均用金属板隔开，安全等级高。高压金属封闭开关设备柜内各部分的分隔示意图如图2-20所示。图2-20 箱式、间隔式和金属恺装式简图(a)箱型(无隔板);(b)金属封闭型(1个以上金属隔板);(c)金属恺装型(全部使用金属隔板)3.3.高压开关柜按绝缘分类高压开关柜按绝缘分类(1)(1)空气绝缘空气绝缘 开关柜中电气设备以空气为主绝缘。(2)(2)气体绝缘气体绝缘 开关柜中充SF6气体作为主绝缘的开关柜。(3)3)固体绝缘固体绝缘 开关柜中的电气元
28、件通过绝缘材料进行了隔离。(4)(4)复合绝缘复合绝缘 柜体中主绝缘用两种以上绝缘方式的，例如：采用空气绝缘时，如果两极之间的电气间隙达不到要求，可以采用中间加绝缘板的方式，当然，绝缘板的设置也是有要求的。一般高压开关柜复合绝缘有以下几种：在铜排上套热缩管；相间或相对地加绝缘隔板；断路器极柱环氧树脂固封；进出线柱环氧树脂固封。2.3.2 2.3.2 高压开关柜的型号高压开关柜的型号命名命名 国际电气制造商开关柜的命名，按照企业的自主命名法进行命名，每一种类型的开关柜自成体系。我国目前的开关柜命名采用如图2-21所示的格式。图2-21 高压开关柜的命名 命名由“-”隔开为三部分，第一部分为型号位
29、，由14位置组成，第二部分为电压等级位置，由第5位置组成；第三部分，其它，由68位置组成。各部分的命名如下：第1位置:高压开关柜，K-恺装式，J-间隔式，X-箱式;第2位置:型式特征，G-固定式，Y-移开式(用字母Z表示中置式);第3位置:安装场所，N-户内式，W-户外式;第4位置:设计序号(由1位、两位或3位数字或字母构成);第5位置:额定电压(单位kV)，有的在这一位后的括号中说明主开关的类型，如用Z表示真空断路器，F表示负荷开关;第6位置:主回路(一次线路)方案编号;第7位置:断路器操动机构:D-电磁式,T-弹簧式;第8位置:环境代号，TH-湿热带，TA-干热带，G-高海拨，Q-全工况。
30、在实际命名时，可以仅用前面第1部分和第二部分，例如：KYN28A-12，表示铠装、移动、户内、设计序号为28A，12kV开关柜。KGN8-12，表示铠装、固定、户内、设计序号为8的12kV开关柜。2.3.3 2.3.3 高压开关柜的基本高压开关柜的基本参数参数 高压开关柜的主要技术参数有以下几项:(1)(1)额定电压额定电压。(2)(2)额定绝缘水平额定绝缘水平 用lmin工频耐受电压(有效值)和雷电冲击耐受电压(峰值)表示。(3)(3)额定频率额定频率。(4)(4)额定电流额定电流 指柜内母线长期能耐受的最大工作电(5)(5)额定短时耐受电流额定短时耐受电流 指柜内母线及主回路的热稳定度，应
31、同时指出“额定短路持续时间”，通常为4s，在此电流下，开关柜的元件不应出现热损坏。(6)(6)额定峰值耐受电流额定峰值耐受电流 指柜内母线及主回路的动稳定度。在此电流下，开关柜内元件和结构应保持完好。(7)(7)防护等级防护等级 指开关柜防尘和防水能力。2.3.4 2.3.4 典型高压典型高压开关柜开关柜 高压开关柜的种类较多，不同类型的开关柜其结构不同，尤其是固定柜和移开式柜结构有较大的差异。1 1 固定式高压开关柜固定式高压开关柜目前应用较多的固定式柜有XGN2-12、XGN15-12、XGN66-12、XGN17-40.5等型号的开关柜.2 2 移开室高压开关柜移开室高压开关柜高压开关柜
32、目前应用量最大的是空气绝缘和复合绝缘的移开式开关柜。仅在10kV电压等级，国内生产的这类产品达20多个系列，其中在10kV电压等级，该类开关柜的典型代表是KYN28A-12，即铠装、移动、户内、设计序号为28A的10kV中压开关柜。2.3.5 2.3.5 高压开关柜的高压开关柜的“五防五防”高压开关柜的“联锁”是保证电力网安全运行、确保设备和人身安全、防止误操作的重要措施。GB3906-1991335千伏交流金属封闭开关设备)对此作了明确规定。一般把“联锁”描述为：防止误分、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂(合)接地线(接地开关)；防止带接地线(开关)合闸；防止误入带电间隔。上
33、述五项防止电气误操作的内容，简称“五防”。据统计，电力系统的误操作事故有80%以上属于五种误操作。因此，各种开关设备之间必须有一定的操作顺序，否则就会造成严重后果甚至出现事故。为此，高压开关柜应具有“五防”功能。2.3.62.3.6高压开关设备的发展高压开关设备的发展除了开关设备即断路器的不断进步更新外，高压开关柜在以下二个方面是其发展趋势：(1)(1)绝缘方式绝缘方式 高压封闭金属开关柜，除了采用空气绝缘的通用柜体外，采用复合绝缘的开关柜技术在不断的进步。今后，高压开关柜采用密封结构的充气柜，以及固体绝缘开关柜将得到广泛的应用。(2)(2)开关体积的小型化开关体积的小型化 近年来，中压金属开
34、关设备的尺寸不断减小，采用气体绝缘柜的柜体，比上世纪80年代现场安装所占空间大大减少，体积减少到原来的10%-20%。2.4 2.4 中压中压开闭所开闭所 中压开闭所，也称中压开关站，是设有中压配电进出线、对功率进行再分配的配电装置，必要时可附设配电变压器。开闭所的特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。区域二次变电站也具有开闭所的功能。中压开闭所(6kV、10kV、20kV)是配电网的重要组成部分。是随着城镇配电网或企业配电网的发展，为解决终端变电站出线数量不够，出现并得到大面积应用的配电网主要设施。目前，10kV开闭所在大、中城市的配电网、县城配电网和其他负荷密集区域配电网中得到广泛使用。2.
35、4.1 2.4.1 中压开闭所的功能和中压开闭所的功能和作用作用 建设中压开闭所的目的是解决终端变电站出线走廊受限和提高设备的合理利用率。一般开闭所建设在主要道路的路口附近、负荷中心或两座变电站之间，以便加强电网联络，开闭所应有两回及以上的进线电源，其电源应取自二次变电站的不同母线或不同高压变电站，以提高供电可靠性。开闭所的功能和作用总结如下：(1)变电所10kV母线的延伸(2)电缆化线路分支线支接的节点(3)提高供电可靠性和灵活性(4)方便操作和提高操作的安全性 2.4.2 10kV2.4.2 10kV开闭所的基本接线及开闭所的基本接线及适用范围适用范围 1.1.单母线接线单母线接线 单母线
36、接线方式一般设1-2路10kV电源进线间隔，若干路出线间隔，个别也有3路及以上电源进线间隔的接线方式。单母线接线方式按照功能不同可分为环网型单母线接线方式和终端型单母线接线方式，如图2-26所示。环网型单母线接线有2路10kV电源进线间隔，一进一出构成环网;终端型单母线接线只有一路10kV电源进线间隔。(1)(1)优点优点 接线简单清晰、规模小、投资省。(2)(2)缺点缺点 不够灵活可靠，母线或进线开关故障或检修时，均可能造成整个开闭所停电。(3)(3)适用范围适用范围 一般适用于线路分段、环网，或为单电源用户设置的开闭所、户外环网柜、高压电缆分接箱及箱式变高压配电装置等。图2-26 单母线接
37、线(a)环网型(b)终端型2.单母线分段接线 单母线分段接线方式一般有2-4路10kV电源进线间隔，若干路出线间隔，两段母线之间设有联络开关。单母线分段接线方式按照功能不同可分为环网型单母线分段接线和终端型单母线分段接线，如图2-27所示。(1)1)优点优点 1用开关把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，提供两个供电电源。2当一段母线发生故障或检修时，另一段母线可以正常供电，不致使重要用户停电。(2)(2)缺点缺点 1母线联络需占用两个间隔的位置，增加了开闭所的投资。2当一段母线的供电电源故障或检修，由第二段母线供电时，系统运行方式会变得复杂。(3)(3)适用范围适用范围 一般
38、适用于为重要用户提供双电源、供电可靠性要求比较高的开闭所。图2-27 单母线分段接线(a)环网型 (b)终端型3.3.双母线接线双母线接线 双母线接线方式一般有2-4路10kV电源进线间隔，若干路出线间隔，两段母线之间没有联系。双母线接线方式按照功能不同可分为环网型双母线接线和终端型双母线接线，如图2-28所示。(1)1)优点优点 1供电可靠性高2调度灵活，能灵活地适应10kV配电网各种运行方式下调度和潮流变化的需要。(2)(2)缺点缺点 与开闭所相联的外部网架要强，每一段母线必须有两个供电电源。(3)(3)适用范围适用范围 一般适用于为重要用户提供双电源、供电可靠性要求较高的环网型开闭所。图
39、2-28 双母线接线(a)环网型 (b)终端型2.4.3 2.4.3 开闭所设备开闭所设备 随着配电网建设、改造力度的不断加大，网架建设的不断加强，10kV开闭所在配电网中应用已十分普遍。因为科技的不断进步，10kV开闭所所用的设备也在不断的更新，开关逐步由少油断路器柜过渡到空气负荷开关环网柜，开关柜的体积大大减少，操作也简单了很多。上世纪90年代中期，灭弧性能更好的真空、SF6负荷开关开始在10kV配电网中应用，逐步取代空气负荷开关，而成为10kV开闭所的主要设备。同时，一些进口设备大量使用在开闭所中，如全密封、全绝缘的SF6负荷开关环网柜，其最大优点是结构紧凑、运行可靠，但这种设备与我们原
40、先使用的国产设备有很大的区别，从而给设备的运行检修带来许多新问题。另外许多进口设备，提出了免维护的概念，这与目前我国现行的运行、检修规程是不完全相适应的。2.4.4 2.4.4 开闭所的自动化装置开闭所的自动化装置 10kV开闭所的设备比较简单，只有10kV开关柜而无变压设备，其作用仅是对电能进行二次分配，或进行功率交换，为周围用户提供电源。因此，开闭所的保护配置很简单。另外10kV开闭所都是无人值班的，在城市10kV配电网中分布广、数量多，配置复杂继电保护的必要性不大。1)电源进线间隔的保护配置 2)出线间隔的保护配置 3)自动化装置2.4.5 2.4.5 开闭所所用开闭所所用电源电源 目前
41、，主要供电方式有3种。(1)(1)电压互感器二次侧电源供电方式电压互感器二次侧电源供电方式 直接利用电压互感器TV的二次侧100V交流，或由电压互感器二次侧经中间变压器提供交流220V，作为操作电源给操作、控制、保护、信号等回路提供电源。(2)DC(2)DC供电方式供电方式 当10kV开闭所用电采用直流电源时，需在开闭所设置直流屏和蓄电池。(3)(3)交流电源通过交流电源通过UPSUPS向操作回路供电向操作回路供电 当系统发生故障时，UPS将蓄电池的直流电逆变成交流电不间断地向操作回路、保护、信号等设备供电。高压电源正常时，由低压电源向操作回路供电，系统失电或故障时由UPS供电。2.5 电缆线
42、路的开关设备(环网柜)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同它的左侧干线取电源，又可以由它右侧干线取电源。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。配电支线的供电可靠性得到提高。用于这种环形配电网的开关柜，简称环网柜。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。这样的开关柜也完全可以用到非环网结构的配电系统中。环网柜仅仅是一个俗称，它可以是断路器柜，也可以是负荷开关柜，或负荷开关加熔断器柜
43、，不仅仅用于环网线路。目前所说的环网柜指体积小的断路器、负荷开关柜。这种负荷开关柜可以用于环网供电或双电源辐射供电系统中、中压分界室接、中压终端变电站、箱式变电站等供电回路。配用负荷开关-限流熔断器的环网柜，称为组合电器，这种环网柜用于保护小型变压器(一般1600kVA及以下)比断路器更有效。环网柜，除电寿命长，开断力强，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。2.5.1 环网柜的作用与分类 环网柜中，主要开关元件为负荷开关、断路器、或负荷开关熔断器组合电器。如果使用断路器，不要求断路器能快速重合。实际的环网柜，常常是负荷开关柜与其它组
44、合电器柜配套使用，这种单元称为环网供电单元。环网供电单元中的每一个功能柜称为一个环网柜，每一个环网柜对应着一路进(出)线。环网柜的分类方法很多，以下是环网柜的作用与分类。1)按环网柜的作用分类 2)按环网柜的负荷开关分类3)环网柜的应用环境分类 2.5.2 不同开关元件的环网柜1.负荷开关环网柜：用于同一个电压等级回路的环网柜。2.负荷开关和限流熔断器组合型环网柜：作为变压器回路开关柜。3.断路器型环网柜 具有以下用途和功能：作为环网柜、开闭所的进线开关作为出线开关远方监测和控制功能 4.和其它一般开关柜相同的功能2.5.3 环网供电单元的一般形式 负荷开关柜、负荷开关熔断器组合电气柜，用于环
45、网供电系统时，称为环网供电单元。通常一个环网供电单元至少由三个间隔，即三台环网柜组成：两个进线柜，1个出线柜。进线柜采用负荷开关柜，出线柜一般为组合电气柜，图2-29为最基本环网供电电源的原理图，图2-30为环网供电单元的电气主接线图。这种三个间隔的环网单元是最简单的环网单元，高压配电设备由三个间隔(环网柜)组成，即两个采用负荷开关柜环网电缆进出间隔，一个采用负荷开关熔断器组合电器柜的变压器回路间隔。在图2-29的环网供电单元中，环缆进出间隔采用电缆进线，是受电柜，它安装有三工位(合-分-接地)负荷开关，可及时隔离故障线路。变压器回路间隔对所接变压器起控制和保护作用。一旦供电线路出现故障，进出
46、环网间隔可及时切除故障线路，并迅速接通另一正常线路，恢复系统供电，因而供电可靠性高。图2-29 环网供电单元原理图 图2-30 环网供电单元环网供电单元也可由多回路进、出线柜组成，用于开闭所或预装式变电站中，如图2-31所示，可扩大供电范围，提高配电网供电的灵活性和可靠性，更合理经济地控制和分配电能。图3-31 多回路形式的环网供电主接线示意图 各个环网柜的生产厂商均有系列环网柜产品，供用户选择使用，一般分为四种基本柜形：负荷开关柜，负荷开关-熔断器组合电气柜、断路器柜、特殊柜。在四种基本柜形基础上，按不同进线方式、配或不配电流互感器等进行组合，可组合出几十种柜形，供用户选择。例如：施耐德电气
47、的SM6系列环网柜,用于中压/低压变电站和工矿配电站的SM6系列产品，图2-32 为SM6系列开关柜的部分开关柜形。图2-32 施耐德SM6部分环网柜2.5.4 环网柜的基本组成元素1.柜体及绝缘2.母线3.负荷开关4.熔断器5.断路器6.电缆插接件7.二次控制回路2.5.5环网柜中配备的主开关设备 环网柜中，配备的主开关设备有负荷开关、负荷开关熔断器组合和断路器。1.负荷开关（1）负荷开关结构 负荷开关是指配电系统中能承载、关合、开断正常条件下(也包括规定的过载系数)的电流，并能通过规定的异常(如短路)电流的开关设备。负荷开关一般由专用灭弧装置、操动机构和绝缘支架等部分组成。负荷开关的分类如
48、下：1)按结构分类 2)按灭弧介质和灭弧方法分类 3)按操作频繁程度 4)按操作方式 （2）负荷开关灭弧原理和结构 1)压气式负荷开关 直动式 图2-35 直动压气式负荷开关及组合电气实物图(a)直动式负荷开关 (b)组合电气 转动式图2-34 转动压气式负荷开关2)SF6负荷开关熄弧是靠封闭壳体内所充一定压力的SF6气体，熄弧方式有很多，诸如旋弧式、热膨胀式、去离栅式和混合式灭弧方式旋转式SF6负荷开关，如图2-35所示。图2-35 SM6旋转式三工位负荷开关ABB SFG去离栅式SF6负荷开关ABB公司的SFG型SF6三工位负荷开关采用的是去离栅灭弧原理结构;负荷开关的动触头同时兼做接地开
49、关的动触头，接地开关静触头与负荷开关外壳连在一起，并与接地铜排连接。图2-36 ABB SFG去离栅式SF6负荷开关真空负荷开关 靠真空灭弧室切负荷电流、熄灭电弧再由串接的隔离刀或其他方式建立可视断口。特点是分断可靠、开断时电弧不外露，所以也不会引起污染和损害柜内的电器元件;开距小、弧压低、电弧能量小、触头烧损少，所以它开断额定电流的次数比任何负荷开关都多且寿命长，几乎不需要检修。而且操动机构所需的合闸功也小，开关结构简单，便于小型化。因属于无油结构，所以不需要担心爆炸和火灾，因此使用很安全，但造价高、结构较复杂，属敞开式频繁型操作用负荷开关。适用于转移电流和交接电流较大的场所(a)（b）图2
50、-37 FZRN16A和FZN16A负荷开关(a)负荷开关 （b）组合电气 图2-37是一种真空负荷开关，其真空灭弧室固定在隔离刀上，真空断口与隔离断口串联。熄弧由真空灭弧室来完成，主绝缘由隔离断口承担。关合时，隔离刀关合后真空灭弧室快速关合;开断时，真空灭弧室先分断后隔离刀打开，通过换向装置，隔离刀继续运动至接地位置。图2-38 FZN21高压真空负荷开关(a)负荷开关（b）组合电气 图2-38为FZN21-12型高压真空负荷开关、及组合电气。主要由框器、隔离开关(组合器的限流熔断器在隔离开关上)、真空开关管、接地开关、弹簧操动机构等组成。2.断路器 环网系统开关柜的额定电流一般都不大，在一
