铁路供电箱变几种常见高压环网柜

铁路供电箱变几种常见高压环网柜

陈晓兰

中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司供电部 新疆乌鲁木齐 830011

摘要：箱式变电站（简称箱变）是铁路电力系统中集受电、变电、配电等为一体的关键设备。箱变内高压环网柜按照绝缘方式分类，常见的有空气绝缘环网柜、气体绝缘环网柜、固体绝缘环网柜等类型。本文对各类型高压环网柜的优劣性进行阐述，并分析了以环保气体为主绝缘介质的新型高压环网柜的优势，是高压环网柜近年来的发展趋势。

关键词：铁路供电 箱变 常见 高压环网柜

1. 引言

铁路电力系统是由公共电网供电，铁路部门自行管理，为铁路运输生产负荷提供电源的供配电系统。铁路电力系统主要由铁路沿线变配电所、贯通电力线路、自动闭塞电力线路、低压变配电系统及配套电力设施组成。其中10（35）/0.4kV箱式变电站（简称箱变）是集受电、变电、配电等为一体的关键设备，它是将高压开关设备、配电变压器和低压配电装置，按一定接线方案，有机地结合在一起，安装在一个防潮、防尘、防锈、防鼠、防火、隔热、全封闭、可移动的钢结构箱体内，全封闭运行，集中实现铁路电力系统中高压受电、变压器降压、低压配电等一系列功能。

箱变是继土建变电所之后，在铁路供电系统中崛起的一种崭新的变电站方式，因其具有设备集成化、装配模块化、建设工厂化、施工简单化，且投资低、占地面积小等显著优点，2000年以后广泛应用于铁路沿线的供配电系统，逐步取代了铁路沿线原来设置的户外台式变压器。截止2020年底，乌鲁木齐局集团公司管内共有箱变1000余座。可见，箱变已成为铁路运输生产供电系统中不可或缺的重要组织部分

2. 高压环网柜的结构及组成

2.1按照高压环网柜的结构分类，可分为美式环网柜、欧式环网柜。

美式环网柜：主要在美州发展和大量使用；操作机构与主回路均安装在充气（油）箱内；环网柜全绝缘，运行时无裸露元件；高低压回路不可扩展。

欧式环网柜：主要在欧州发展和大量使用。操作机构安装在充气（油）箱外；具有高低压分室环网柜；运行时高压回路无裸露；高低压回路可扩展。

欧式环网柜因其分室布置，且接线回路灵活多便等优点，我国铁路行业普遍使用，在乌鲁木齐局集团公司管内也普遍使用。

2.2高压环网柜的组成

以常用的欧式环网柜为例（以下同）。高压环网柜主要由负荷开关、负荷开关+熔断器、母线PT等单元组成，各单元相对独立，可根据实际需求进行配置组装。其中：

负荷开关单元：主要用于为高压进出线的控制和故障切除；进出线采用电缆头连接，并配置避雷器防止雷击；进线前、出线后装设电流互感器，作为线路电流采集。

负荷开关+熔断器单元：主要用于控制和保护变压器。

母线PT单元：主要用于母线侧电压采集，并监测各段母线情况。

高压环网柜内一般常用的高压开关主要为负荷开关，也可根据高压回路负荷及电流情况，设为真空断路器，来提高故障电流的开断能力。

3.高压环网柜的常见绝缘方式

3.1按照高压环网柜的绝缘方式分类，常见的有空气绝缘环网柜、气体绝缘环网柜、固体绝缘环网柜等类型。

3.2空气绝缘环网柜

顾名思义，空气绝缘环网柜即是利用空气作为环网柜内的主要绝缘介质。为了避免空气放电造成柜内电气设备之间的短路故障，柜内电气设备之间的绝缘间隙和爬电距离必须要满足相应电压等级规定的距离，比如10kV开关柜电气间隙最少要保证125mm。因此，普通的空气绝缘环网柜柜体体积都较大，占用空间位置较大。

3.3气体绝缘环网柜

气体绝缘环网柜内里是利用低气压的SF6气体、N2气体或混合惰性气体等不易导电的气体作为灭弧和主体绝缘介质。开关柜为全密封、全绝缘结构，母线、开关及带电部件完全封闭在不锈钢充气壳体中，使得一次导电系统完全独立在绝缘气体介质的运行环境中，不受外界的环境（如：凝露、污秽、盐雾、小动物及化学物质等的）影响，真正做到免维护，适用于各种恶劣的场所，并具备很强的防浸水能力，防护等级达可达IP67。即使在适时水浸等极端情况下也能保证开关正常运行，为用户提供了可靠的用电系统及经济的运行维护成本。同时，气体绝缘环网柜较之空气绝缘环网柜，大大缩小了带电体的电气间隙，因此柜体的体积明显缩小，节省了占地空间。但相应柜体的散热也没有空气绝缘柜体好，而且技术复杂、电器元件本身可靠性要求极高，因此气体绝缘环网柜的整体价格也高。

常见的气体绝缘环网柜，多为SF6(六氟化硫）气体绝缘环网柜。SF6气体是全球温室效应的6类主要气体之一，其一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍。SF6气体绝缘环网柜大长期使用中造成的SF6气体泄漏问题无可避免，且漏气后补气较困难，而SF6气体回收难度大且成本高，因此泄漏的SF6气体只能直接排放到空气中，排放在大气中的SF6气体寿命约为3400年。也就是说，泄漏或排放在空气中的SF6气体将直接且长期对环境造成污染。此外，SF6气体在一定条件下会生成有毒、有害物质，威胁作业人员及设备安全。所以，SF6充气式设备在工业发达国家目前已禁止使用。

3.4固体绝缘环网柜

固体绝缘环网柜的主体绝缘介质大多采用环氧树脂，采用强制绝缘的方式，对真空灭弧室和与之相关的部件利用环氧树脂进行整体浇注，将其浇注在固体绝缘介质内部，防护等级达到IP68。以10kV开关柜为例，这样一来使开关内部相间及对地的安全绝缘距离从空气绝缘的125mm缩短到几个毫米，大大减小了开关柜体积，结构紧凑，无裸露带电体，因此不会有灰尘和潮湿等造成的相间或对地短路等故障隐患。

固体绝缘环网柜采用的主要绝缘介质-环氧树脂，因其具有良好的粘接性、机械强度高，电气绝缘性能优良等特点，广泛应用于电工领域。但其缺点也相当明显，例如：脆性大，抗开裂性能差，在产品浇注后、存放期、运行中，以及低温等环境温度变化中均会发生开裂，导致设备绝缘性能不达标、局放不达标，耐冷热冲击不达标，动热稳定性不达标等问题。同时，绝缘老化问题也较突出，造成电场分布不均，易发生静电集肤效应。此外，因该类产品为整体浇注，虽然实现了设备免维护，但一旦绝缘介质内部电气部件出现故障时，也无法维护，只能整体更换，因此故障后维修成本较高。

3.5高压环网柜的发展趋势

鉴于上述几种常见高压环网柜因主绝缘介质不同，造成各自优劣性的差异，在实际运用中，亟需一种既能满足箱变内高压系统运行要求，又能综合常见高压环网柜的优点，保证铁路电力系统可靠、环保、经济运行的高压环网柜。

当前，已有新型环保气体绝缘环网柜逐步进入现场实际运用。该型式的环网柜，一般采用干燥压缩空气等环保气体，杜绝了SF6气体的应用，解决了原有SF6气体绝缘环网柜对环境造成污染的问题，并能够满足安全间距要求。采用干燥压缩空气等环保气体的高压环网柜，柜体外形美观、体积小巧，比传统的空气绝缘高压开关柜节省空间50%以上，是一种低消耗、绿色环保、安全方便、质量可靠的高压成套设备。此外，该类新型产品不仅可以节省大量的安装空间，更节省大量铜材及金属材料，可大大降低制造和使用成本，是高压环网柜近期的发展趋势。

4.结束语

综上所述，以绝缘方式不同，箱变内几种常见的高压环网柜各有其优劣性。在实际运用中，需要结合发展趋势及运行实际需求，并综合考虑环境、气候、经济、环保等多种因素，合理选用。

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