环网柜(SF6气体绝缘)

SF6全绝缘环网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 201800）[摘要]本文以上海天灵LMG/LCG-12环网柜为例，主要介绍了SF6全绝缘环网柜的结构、功能和特点，并论述了SF6全绝缘环网柜在10kV配网供电系统中如何进行工程设计。

[关键词]10kV；SF6；全绝缘；环网柜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，在配电网系统中发挥着控制和保护作用。

SF6全绝缘环网柜是一种以低压力SF6气体作为绝缘和灭弧介质的开关柜，与SF6半绝缘环网柜相比，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，因此在国内已得到普遍使用。

LMG/LCG-12系列环网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。

综合这一产品的结构、性能和特点，就SF6全绝缘环网柜在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全绝缘环网柜的结构特点2.1概述SF6全绝缘环网柜以负荷开关、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、母线侧接地开关、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全绝缘环网柜的类型图 1 SF6全绝缘环网柜的9种基本柜型1、SF6全绝缘环网柜按用途可分为以下9种基本类型（见图一）：①负荷开关柜（C）主要应用于：电缆进出线连接、分支、分段和控制等。

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。

六氟化硫环网柜一、概述：XGN□-12型交流高压六氟化硫环网开关设备（以下简称环网柜）广泛使用于工矿企业、高层建筑、住宅小区、学校等作为10KV电力配电系统环网供电和终端配电之用。

环网柜内装有六氟化硫负荷开关或六氟化硫负荷开关与熔断器组合电器可以关合和开断额定负载电流、关合额定短路电流、开断变压器空载电流，组合电器配以熔断器后可一次性开断31.5KA短路电流，在电力系统中控制和保护作用。

二、正常使用条件：1、海拔不超过2500m2、周围温度 +40℃～ -35℃3、相对湿度日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。

4、周围空气应不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气等明显污染；5、无经常性的剧烈振动。

当使用条件不同或有其它要求时需与制造厂协商。

三、技术参数6气体密度表或带气体为绝缘介质，在壳体上设有观察孔。

开关室内可根据客户要求装设SF6报警触点的气体密度器。

③电缆室负荷开关柜有宽裕的电缆室，主要用于电缆连接，使单芯或三芯电缆可以采用最简单的非屏蔽电缆头进行连接，同时充裕的空间还可以容纳避雷器、电流互感器、下接地开关等元件。

按标准设计，柜门有观察窗和安全联锁装置。

电缆室底板配密封盖和带支撑架的大小相宜的电缆夹。

电缆室底板和门前框可以拆下，方便电缆安装。

④操作机构、联锁机构和低压控制室带联锁的低压室同时起到控制盘的作用。

低压室内装有带位置指示器的弹簧操作机构和机械联锁装置，也可装设辅助触点、跳闸线圈、紧急跳闸机构、电容式带电显示器、钥匙锁和电动操作装置，同时低压室空间还可供装设控制回路、计量仪表和保护继电器，750mm宽柜设有两个相同的低压室，可装更多附件。

整个XGN15开关柜可分成上下两个部分，柜的上部包括母线室，负荷开关、操作机构和低压室，与下部电缆室分隔开来。

因此，可以安全、方便地对装于上部单元内的设备进行检修及改造，并可更换整个上部单元。

五、开关柜样机。

10kV SF6气体绝缘环网柜建模与仿真方法李徽胜（广州南方电力集团电器有限公司，广东广州510285）摘要：为解决10kV SF6气体绝缘环网柜中因加装传感器可能造成的绝缘击穿、温升过高的问题，利用有限元仿真软件对环网柜电场-温度场分布进行建模与仿真分析表明，10kV SF6气体绝缘环网开关柜加装传感器后，在额定工况下长时间工作，最高电场为3.16×105V/m，最大温升20.8℃，该环网柜符合国家标准中的绝缘与温升要求，在额定工况运行时能够保证可靠运行。

关键词：10kV环网柜；气体绝缘；温度场分布；电场分布中图分类号：TM51文献标志码：B文章编号：1006-348X（2021）04-0031-050引言10kV SF6气体绝缘环网柜（Ring Main Unit）以其灭弧能力强、绝缘性能好、维护工作量小以及运行成本低等优点[1]，有效提高了10kV供配电网络的可靠性。

运行过程中，局部放电及温升过高是导致10kV环网柜的主要原因。

同时，随着数字配电网的发展，需要在传统环网柜内部加装无线测温传感器、电压传感器等智能组件，以实现环网柜状态感知，减少运维工作量。

孙进等提出了一种环网柜综合智能在线监测装置的研制及应用，通过加装电气量信息监测装置以减少运维工作量[2]；也有学者对环网柜运行需求与典型故障进行分析，提出了环网柜在线监测方案以及应用场景[3-4]。

但针对环网柜内加装传感器后，其结构的合理性以及是否存在绝缘及温升隐患的研究较少。

本研究以加装传感器后的10kV SF6气体绝缘环网柜为研究对象，建立三维模型，对环网柜进行电场-温度场仿真分析，研究环网内部电场分布与温升，找到最大电场强度与最大温升位置，探究开关柜内部结构的合理性与可靠性。

1环网柜总装方案10kV SF6气体绝缘环网柜由扩展母线、真空灭弧室、三工位负荷开关等模块组成，并集成于SF6绝缘密闭气箱内，柜体尺寸为1600mm×700mm×440mm，整体结构如图1所示，出线套管与气箱内铜棒相连接，电流传感器加装于气箱外出线套管处，电缆T型头竖直端由三芯电缆延展至出线室。

EN系列SF6全绝缘全密封环网柜EN—RMF—210—M （手动型1回路负荷开关2回路熔断器）一、产品概要EN-RMF/RMC系列环网柜是由韩国意恩公司生产的新一代SF6气体绝缘，共箱式的免维护设备。

EN-RMF/RMC系列环网柜应用在10KV配电系统中，可实现环网供电和辐射供电，既可用于户外，又可用于户内，体积小，结构紧凑，可以大大节省占地面积,被广泛应用于工业区，街道、机场，居民区和繁华商业中心。

EN-RMF/RMC系列环网柜组合灵活，可以负荷开关回路，熔断器回路（或断路器回路）和直通回路自由组合，进出线回路最多可达6路，且负荷开关操作可以由手动直接升级成电动或自动化。

二、使用环境1、使用温度：-50～70℃2、湿度条件：0～100%（相对湿度）3、污秽等级：IV级4、地震烈度不大于8度5、海拔高度：3000m以下三、型号含义EN—RMF—210—M安装基础图四、技术参数(1) 负荷开关单元技术参数项目 参数额定电压 12kV额定频率 50Hz额定电流 630A主回路额定短时耐受电流 25kA/2S主回路额定短路关合电流（峰值） 63kA接地开关额定短时耐受电流 25kA/1S接地开关额定短路关合电流（峰值） 63kA额定线路充电电流 2.5A额定电缆充电电流 25A额定闭环开断电流 630A相间及相对地 42kV额定工频耐受电压（1分钟）绝缘断口间 49kV相间及相对地 85kV 额定雷电冲击耐受电压（BILL）绝缘断口间 95kV机械操作次数 5000次机械性能接地开关操作次数 1000次主回路电阻（μΩ） ≤300额定气体压力（表压Mpa)0.03±0.005SF6气体年泄漏率 ≤1％箱体防护等级 1P67熔断器仓防护等级 1P3X（2）熔断器单元技术参数参数 技术要求额定电压 12kV额定频率 50Hz额定短路开断电流 31.5kA额定转移电流 1550A工频耐压（kV） 冲击耐压（kV） 额定绝缘水平负荷开关断口 4995相间 4285对地 4285熔断器断口 4995（3）断路器单元技术参数项目 参数额定电压 12kV额定频率 50Hz额定电流 1250A/630A主回路额定短时耐受电流 25kA/2S,20kA/4S开断电流 25kA/20kA断路器开断容量关合电流 63kA/50kA额定电缆充电电流 25A额定线路充电电流 2.5A额定闭环开断电流 630A相间及相对地 42kV额定工频耐受电压（1分钟）绝缘断口间 49kV相间及相对地 75kV额定冲击耐受电压绝缘断口间 85kV机械寿命 10000次主回路电阻（μΩ） ≤300额定气体压力（表压MPa)0.03±0.005SF6气体年泄漏率 ≤1％箱体防护等级 1P67五、产品的特征1、技术性能·共箱式结构，提供多种接线方案，进出线回路可达6路，母线升高回路，负荷开关回路，负荷开关回路+ 接地开关回路，断路器回路，负荷开关回路+熔断器回路+直通回路，负荷开关回路+断路器回路+直通回路·三相一次封装金属铠装，免维护。

10KV-SF6环网柜工艺守则一、环网柜壳体半成品焊接1、在焊接前焊接人员需检验不锈钢板是否有无刮伤、变型。

焊接人员在确认不锈钢板合格的情况下方可焊接。

2、焊接后不可有气泡，漏焊，板材变型。

二、一次元器件安装。

1、一次安装人员需母线检验元器件是否合格；校对是否与图纸一致。

2、在安装各元器件时，先用酒精清洗干净，再涂抹上硅脂。

3、固定一次元器件时，应用力矩扳手调至40Nm固定紧。

4、螺丝拧紧后，丝需露出2-5个丝扣。

三、机械调试。

1、分合闸的灵活性。

2、柜门开关的灵活性。

3、满足五防要求。

4、开关动触头与静触头是否紧密配合。

四、二次工艺。

1、布局美观大方；线号管标识清楚且横平竖直。

2、过门线需套波纹管。

3、线两端剥好后需压线头。

4、缠绕管缠绕均匀。

五、一次母线。

1、满足绝缘距离（最小不低于40mm）2、母线的棱角需打磨光滑，不能有毛刺。

3、紧固母线后，用0.05mm塞尺检验，看是否与搭接面紧密接合。

4、母线加工成型校正，需横平竖直。

六、回路电阻的测试。

检测回路电阻是否在正常范围值内。

C;F;V柜参数；≤150uΩ。

七、环网柜壳体成品焊接。

1、焊接前检查柜内卫生，是否干净。

2、检查各元器件坚固螺丝是否已拧紧。

3、放入适量干燥剂。

4、焊接后不能有气泡，漏焊，板材变型。

八、充气与检漏。

1、初检时可充入0.15MPb大气压的SF6气体，看有无漏气。

2、SF6气体充好后，需密封好放置24小时后方可检测。

3、检漏时不超过大气范围的3个点，视为合格。

九、报检，合格后打包入库。

电器有限公司技术部。

SF6气体绝缘10kv环网柜开关设备开发建议书一. 福建省市场状况SF6气体绝缘10kv环网柜开关设备主要用于电力线路中作为入户电缆分支用的开关设备。

随着市场推广力度增加，现已经逐步用于欧变中作为变压器的高压侧保护装置，市场容量在逐步扩大。

目前省内市场上的产品主要分为进口品牌和国产品牌两类产品。

进口品牌主要是ABB公司的SafeRing/SafePlus柜；施耐德公司的RM6柜；西门子公司的8DJ20柜及GE公司的SecoRMU柜。

市场占有率相对稳定，然而GE公司的SecoRMU柜有后来居上之势。

国产品牌主要有汉斯电气〔福州〕，泉州七星电气，厦门华电开关，汕头德通开关，福州天宇，天一同益电气及移到厦门消费的一些深圳企业如格雷渃厦门等。

从国产品牌市场占有率看比较竞争剧烈，市场没有一定主流产品。

公司2021年开发的SF6气体绝缘10kv环网柜假设加大市场运作还是有一定市场时机。

二. 2021年SF气体绝缘10kv环网柜开关设备研制现状6公司目前使用SF6气体绝缘10kv环网柜主要是施耐德及深圳旭明提供的全套外购产品。

用于欧变中作为变压器高压保护设备。

1~11月份总共用量40套〔含施耐德的RM6〕价值153.7万元左右。

公司今年开发的SF6气体绝缘10kv环网柜于8月在国家高压电器质量监视检验中心的完成全部的型式试验，之后并以公司品牌逐步取代深圳旭明提供的产品用于欧变中。

气体绝缘10kv环网柜开关设备开发方案三. 2021年SF6根据目前公司人员现状以及市场推广的力度SF6气体绝缘10kv环网柜的产品开发分为2个阶段。

第一阶段先外购气箱公司进展柜体构造配套和空气绝缘的计量柜和PT柜的设计以适应占领市场需要。

第二阶段公司实行自制气箱并正式推向市场。

同时要求营销部门制定2021年SF6气体绝缘10kv环网柜专项市场推广方案。

1）产品定位目前厦门华电开关消费Enerswit+柜采用直动压气灭弧技术，激光焊接气箱，本钱较高，属于中高端产品。

10kV环网箱（SF6气体绝缘）定义高压环网柜是为提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，通常将供电网连接成环形。

这种供电方式简称为环网供电。

在港口和高层建筑等交流10KV配电系统中，因负载容不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。

该系统通常采用环形网供电，所使用高压开关柜一般习惯上称为环网柜。

环网柜除了向本配电所供电外，其高压母线还要通过环形供电网的穿越电流（即经本配电所母线向相邻配电所供电的电流），因此环网柜的高压母线截面要根据本配电所的负荷电流与环网穿越电流之和选择。

分类环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。

它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。

环网柜一般分为空气绝缘、固体绝缘和SF6绝缘三种，用于分合负荷电流，开断短路电流及变压器空载电流，一定距离架空线路、电缆线路的充电电流，起控制和保护作用，是环网供电和终端供电的重要开关设备。

柜体中，配空气绝缘的负荷开关主要有产气式、压气式、真空式，配SF6绝缘的负荷开关为SF6式，由于SF6气体封闭在壳体内，它形成的隔断断口不可见。

环网柜中的负荷开关，一般要求三工位，即切断负荷，隔离电路、可行靠接地。

产气式、压气式和SF6式负荷开关易实现三工位，而真空灭弧式只能开断，不能隔离，所以一般真空负荷环网开关柜在负荷开关前再加上一个隔离开关，以形成隔离断口。

灭弧方式1.直动压气式生产厂家1.红苏电气。

SF6环网柜性能特点GLX24系列SF6绝缘环网柜性能特点1.优异的高端产品品质GLX24系列SF6绝缘环网柜，是银河科技与德国迪康公司合作生产产品，产品设计起点为国际领先的充气柜结构，采用先进的激光切割\焊接技术、固封技术、模块化设计，SF6气体绝缘，额定电压达24kV,分别通过荷兰KEMA和中国西高所型式试验。

其高端产品的品质成为同类产品的引导潮流，技术性能处于国际领先水平，其优良的性价比使之居于城网改造的首选设备行列。

1. 国际领先水平的充气式结构GLX24系列SF6绝缘环网柜为充气式结构,母线、负荷开关、断路器、接地开关等带电部分安装在全密封、内充SF6气体的不绣钢气箱内，进出线采用专用全密封电缆靴，所有高压带电部分具水密性能，绝缘耐压可达50kV，高于同类其他产品。

也高于国家标准42kV。

体积小巧，安装组屏灵活方便，运行安全可靠。

可适应各种严酷恶劣的自然环境。

2.环境适应性强高海拔或水下运行整个柜子无任何裸露的带电部分，可工作于多粉尘、潮湿等恶劣环境，防护等级达IP67。

海拔高度可达2000米。

并可根据要求提供更高海拔高度产品。

3.长寿命设计、高防腐抗锈性能气箱为不锈钢板，盖板与柜架为敷铝锌钢板,气箱三十年不漏气，电气免维护,电缆连接头和专用母线连接头用无机防老化硅橡胶材料制成4.简单、高效、可靠的母线连接器棗连接无需附加费用母线连接器的安装简单，随柜附母线连接器（专利产品），只要将连接器插于一柜侧面，另一柜推并过来，即完成母线连接。

环网柜可向左、右和两侧任意扩展，用户可根据实际需要，灵活的构成各种系统方案。

5.便捷、可靠的熔断器熔断器是安装于密封式熔断器仓内，安装或更换熔断器时，只要拉动仓口扳手拉出熔断器架即可安装或更换熔断器,外部短路引起任何一相熔断器熔断时，通过联动机构，能可靠地使负荷开关跳闸。

6．操作简便联锁可靠的手动、电动操作机构负荷开关具有三工位，即分、合、接地。

接地开关的操作与负荷开关操作分开，具有联锁功能。

环网开关柜绝缘气体环保化的研究摘要：中压气体绝缘环网开关柜，操作方便，控制和保护相对简单，成本较低，在二次配电系统中得到广泛应用，受到供电部门和终端用户的欢迎。

但目前的环网柜大都采用六氟化硫(SF6)气体作为绝缘和开断介质。

因此，对于开关设备，特别是对于中压等级的开关设备，去SF6化具有重要的环境保护意义，并成为发展方向。

本文对环网柜中绝缘气体环保化进行了分析。

关键词：六氟化硫；绝缘气体；环保；环网柜中高压环网开关设备的需求和发展趋势主要体现在高可靠性、小型化、免维护、智能化等方面。

然而对于常规的空气绝缘金属封闭开关设备而言，高可靠性和小型化是相对矛盾的。

为合理解决这一矛盾，需要考虑将裸露的空气绝缘改为封闭空间的内绝缘，这是一种很好的思路, 既能兼顾高可靠性，又可以实现小型化。

该设备一经推广，立即受到了广泛应用和认可。

因此，开发一种环保型的气体，用以替代六氟化硫是十分必要的。

一、气体环保化的分析1、各类气体的比较。

在可选择的环保型气体中, 主要是氮气（N2）和空气。

空气的成分包含氮气、氧气和水分，其中氧气、水分对电气设备的电接触绝缘具有氧化和腐蚀作用，对电弧具有无法隔离和熄灭的隐患，如果将空气中的氧气、水蒸气等成分去除，剩下的就是氮气，因此选择氮气作为环网开关柜的环保型绝缘气体是一个不错的选择，氮气在热传导、绝缘性方面比六氟化硫略差，因此使用氮气作为绝缘气体时，应综合考虑环网柜结构的合理布局和优化设计。

2、氮气的击穿强度研究在一些不是很均匀的电场中，六氟化硫的耐电强度相对要高很多，比干燥的空气和氮气的耐电强度要高出1.5～2 倍。

因为这一特性，六氟化硫气体的击穿电场得到很好的模拟，并广泛应用于很多低压力和高压力气体的设计中。

氮气和空气的耐电强度相比基本一样。

在进行击穿试验时，一般采用的都是棒—棒或者是棒—板电极，在特定的大气压强度下进行。

氮气的强度相对于空气有以下偏差：进行试验的电极棒的直径相差10～60mm，两电极间的净距偏差为10～100mm。

SF6气体绝缘环网柜与固体绝缘环网柜对比分析顾宏【摘要】介绍了环网供电及环网柜的特点和类型,以及使用SF6和减少温室气体排放的矛盾,分析比较了气体绝缘环网柜和固体绝缘环网柜的特点,指出固体绝缘环网柜是未来发展的趋势。

【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2014(000)023【总页数】5页(P65-68,70)【关键词】环网供电;环网柜;SF6;减排;SF6气体绝缘环网柜;固体绝缘环网柜【作者】顾宏【作者单位】穆勒电气（上海）有限公司,上海200335;【正文语种】中文【中图分类】TM5910 引言中国经济和建设的飞速发展使电网负荷激增，为此配电方式需不断改进以满足配电网稳固、高质量的技术要求，环网供电方式成为应用愈发广泛的配电方式之一。

随着技术和工艺的改进与提升，作为环网供电主设备的环网柜也不断改良并推陈出新。

目前，市场主流产品是SF6气体绝缘环网柜(以下简称“SF6环网柜”)，但SF6气体是国际公认的主要温室气体之一，对环保减排而言，需要减少并限制使用。

固体绝缘环网柜的出现解决了SF6环网柜的问题，并增添了许多新特点。

1 环网供电和环网柜“城市化”进程对配电可靠性的要求不断提升，更多用户要求有两路(或两路以上)电源进行供电［1-2］。

如采用“放射式供电”，会出现线路敷设困难、故障不易查排、电网升级和改扩建不便等问题;而“环网供电”能方便地为重要负荷提供两路(或以上)电源，简化了配电线路，方便线路敷设、减少开关设备、降低故障率并容易查找故障点。

1.1 环网供电环网供电指在不同变电站或同一变电站不同母线的两路(或以上)出线，相互间连接形成环路进行供电的方式。

其优点有:每一条配电支路既可以从其左侧干线取得电源，也可以从其右侧干线取得电源，即任意一侧干线出现故障，可以从另一侧继续供电。

尽管是单路供电，但对每一条配电支路来说得到了类似双路供电的效果，可靠性大大提高。

我国规定城市环网供电主接线遵循“N－1安全准则”，即如果线路上有N个负荷，当任何一个负荷发生故障，它都能接受转移过来的负荷，保证其余“N－1”个负荷继续安全供电，不会引起停电或限电。

使用说明书一、概述HSM6-12型固定式交流金属封闭环网开关设备(简称环网柜)适用于额定电压12kV，额定频率为50HZ 的交流配电系统，采用压气灭弧方式的负荷开关及负荷开关-熔断器组合电器为主要元件，可构成环网供电单元终端供电，还可以按变配电站主接线要求进行任意配合。

该产品经型式试验验证，性能符合IEC62271-200《高压开关设备和控制设备.第200 部分:额定电压为1kV 以上和52kV 以下(包括52kV)的金属封闭式交流开关设备和控制设备》和GB3906《3.6kV～40.5kV 交流金属封闭开关设备及控制设备》及GB3804《3.6 kV～40.5kV高压交流负荷开关》等标准的要求，并满足二部可靠防误操作功能的要求，防护等级达到IP2X。

本产品具有体积小、重量轻、操作简便、使用安全、维护方便等特点，是城市电网建设需要的理想高压电器产品。

二、使用条件1. 海拔高度:不超过1000 m。

2. 最高环境温度 + 40 ℃3. 最低环境温度 -25 ℃4. 没有火灾，爆炸危险，严重污秽及剧烈震动的场所。

5. 安装与垂直面倾斜不超过5度。

6. 户内相对湿度：日平均值≤95%，月平均值≤90%结构特征及操作要求3.1本柜的柜体结构用钢板弯制成零（部）件，再以螺栓连接而成，其防护等级符合IP2X 的规定。

柜体上部为母线室，仪表室位于母线室前部，用钢板分隔。

柜体中部为电缆室，主母线室与电缆室之间设有隔板，对于电缆进出线柜，其柜底有可拆装的活动盖板，对于架空进出线柜，根据用户要求，其柜顶可加母线通道或遮栏架。

3.2 机械联锁达到的要求、动作原理和操作规程3.2.1 为了防止误操作，达到安全标准，本产品采用了相应的机械联锁和电气联锁，具备完善的“五防”联锁功能。

3.2.2 机械联锁所涉及到的部件及其在设备上的安装位置环网柜的机械联锁主要集成在负荷开关（组合电器、真空断路器）上，通对负荷开关（组合电器、真空断路器）的加深了解，从而亦可知其五防联锁的情况。