摘要：随着我国城网改造工程的逐渐深入、各项事业用电量的不断增加，对于网络供电的可靠性要求也越来越高。作为网络中连接各区域线路，处理事故及各种故障的设备——环网柜，其作用不言而喻。本文总结了我国环网柜发展的历史，初步分析了现阶段最先进的SF6环网柜的技术参数，及国内外的产品情况。希望能为环网柜的选型提供一些有用的帮助。
关键词：环网柜，负荷开关，SF6
一、引言
我国城市建设的飞速发展，对于电网的要求也越来越高。为了满足城市电网改造的工程要求，10kv系统中大量的采用环网柜供电方案【1】。环网柜的发展则经历了由全外资技术到中外合作共同开发的过程。多年的运行和市场发展，不仅反映了环网柜诸多优越性，也为环网柜的发展提供了广阔的空间。
二、环网柜的结构
如图1所示，环网配电单元一般由3个间隔组成，包括两个进出线间隔和一个变压器间隔。进出线间隔主要用于对故障线路的及时隔离，以及通过调整电源方向来恢复正常供电；变压器间隔则通过组合电器来对变压器内部短路故障进行快速切除。
图1、环网配电单元图
配用不同的元件，环网柜可以实现诸如：负荷开关，断路器，以及与一般开关柜相等的其他功能，可用于如图2所示的开闭所，及预装变电站内【2】。
三、环网柜负荷开关的发展阶段及其主要性能
环网柜的主要组成部分是负荷开关，在命名环网柜时，往往以其所使用的负荷开关的类型来命名。以此划分，其发展主要经历的4个阶段可以概括为产气式、压气式真空环网柜和SF6环网柜。
20世纪80年代末、90年代初，产气式环网柜在全国得到了广泛的应用，但其自身的特点决定了其在开断负荷时，弧光外露，容易引发安全事故；电寿命不高，维护检修工作量大等缺点，使得产气式环网柜很快就退出了历史舞台。
同样地，压气式环网柜也存在开断负荷时弧光外露，操动机构局限性较大，且机械寿命不高，可靠性差等缺点。因而也未能得到广泛的推广和应用。
真空环网柜采用真空负荷开关，其灭弧室绝缘性能好，触头开距小，要求操动机构提供的能量也小；同时，开距小，电弧电压低，电弧能量小，开断时触头表面烧损轻微，同时，灭弧室工作状态与外界无关，不会产生污染，其电气和机械寿命长【3】。但真空环网柜的机械机构配用复杂，对材料要求严格，生产难度较大，生产价格较高，同时由于真空灭弧室具有很强的开断高频电流的能力，在电流过零瞬间的开断，会产生多次重燃过电压【4】。因此，真空开关往往作为环网柜中开断电路的设备，其主要应用在对于电动机的控制和保护上。
作为新一代灭弧介质的SF6，其无色、无味、无毒，不会燃烧，化学性能稳定，熄弧能力强，绝缘性能好等特点【3】，使其在各个电压等级的断路器中得到了广泛的应用。
虽然SF6在高温下分解会产生有毒气体，因而对于密封要求比较高，但这种类型的环网柜还是凭借其性能优良、运行可靠、全封闭、小型化、免维护等特点而受到供电部门和用户的普遍欢迎。
表1对两者的主要特点进行了比较。
四、现阶段国内外环网柜的发展情况
4.1国外环网柜的制造企业及其生产概况
表一两种环网柜性能比较
国外生产环网柜的企业主要有西门子、ABB、意大利维益、施耐德、Alstom、日本东芝、美国EATON、德国Driescher公司等。表2列出了一些公司的主要产品及其特点。
表2国外主要的生产厂家及产品特点
4.2国外环网柜的技术概况
环网柜在由空气绝缘环网配电单元到紧凑型SF6环网配电单元、再到可扩展的SF6环网柜的发展过程中，各种先进技术不断的应用。如负荷开关，限流熔断器，电缆终端等的不断完善，再加上计算机技术，电子、传感、光纤通讯等技术的飞速发展，使得环网柜越来越智能化、小型化。其主要的技术进步可以归纳为以下几个方面【2】：
1、 将各个工作部分模块化，可以根据用户所需，把不同模块组合在一起，完成既定的各项功能。
2、 母线室、开关室、及电缆室之间均有金属隔板，再加上采用铠装结构的柜体，使得环网柜的防护等级大大提高。
3、 采用快速动作的灭弧器，对内部电弧进行了有效地抑制，最大限度的减小了开关柜的爆炸和烧毁。
4、 具有多工位的负荷开关密封充于SF6气体的不锈钢体内，其传动链接采用波纹管焊接等密封技术，母线、电缆终端等用的套管采用套管焊接技术，气密性非常好。
5、 操动机构采用不锈钢、耐腐蚀金属，转动部分的轴承据为自润滑设计，许多户内、外产品使用合金轴承，不受环境影响，卖出定期保养，并与外界连接方便，这样使操作功小，可靠性高，寿命更长。
6、 扩展母线采用插拔式，全绝缘和屏蔽，确保可靠性，不受天气影响。
7、 采用预制式硅橡胶绝缘的电缆终端头，检修时可拆卸，快速恢复，安装方便，外表面使用新型半导体材料作屏蔽层，运行时外表面接地，不受潮湿、凝露、尘埃、污秽等影响，安全性更高，免维护；外观多样、新颖、美观，可分支或并联；具有防水功能，有些产品甚至可在水下4.5m运行。
8、 为了适应配网自动化及提高配电可靠性要求，新型多回路配电柜具有三遥功能。可实现远方对主元件运行状态及故障的监视、远方抄表、远方操作等。
9、 柜体小型化。使用了3工位负荷开关，有效地减少了零部件数量，整体结构更紧凑；限流熔断器也向小型化发展，两者结合，柜体越来越小。
10、 友好的操作界面，确保操作人员和维护人员的安全。设有观察窗，可以监视主开关、接地开关触头的运行状态，一次线路模拟单线图和模拟显示器可以显示开关内部状态，使操作简捷、正确、安全。
4.3国内环网柜的发展情况
我国采用环网柜的时间较晚，直到上世纪80年代我国发展环网供电时，环网柜才得到了广泛的应用。从产气式到压气式，再经历了真空环网柜，直到90年代后期，在经济发展较快的沿海地区才引进了国外的SF6环网柜和可扩展技术。由于这种环网柜的性能优异、体积小、安全可靠、免维护，因而深受用户的好评，进而也推动了国内各个厂家积极地引进国外的技术，通过合资生产或自主研发等形式推出了各种形式的SF6环网柜，图3【2】列出了我国1995年到2002年间12KV环网柜的产量。由表中我们不难看出，总体而言，SF6环网柜得到了飞速的发展。
图31995~2002年国内12KV环网柜产量
4.4国内环网柜的生产情况
国内的企业主要通过以下几种方式来进行环网柜的研制【2】：
(1) 直接引进国外企业的产品。比如丹麦的ELC-24型空气环网柜、LK公司的HK型、意大利VEI公司的UNIFLUORC型、德国F&G公司的GA和GE型等等。
(2) 与国外公司合资合作生产。比如：苏州阿尔斯通公司的福乐M24型，北京施耐德公司的RM6型，北京ABB公司的Uniswitch等等。
(3) 国内联合设计的产品。如HXGN6、HXGN9等等。
(4) 自主开发的产品。如：温州开元的HXGN17，中国电力科学院的XGN68等等。
我国的环网柜，尤其是SF6环网柜虽然取得了飞速的发展，各项技术也都逐步成熟，但同国外的产品相比，我们在产品品种、性能和技术水平方面，还有很长的路要走。如灭弧元件的性能指标、操作机构的可靠性、壳体的制造工艺和环氧树脂浇注（APG）工艺等，都与国外同类型产品有着不小的差距。尤其是二次侧控制方面则差距更大。另外很多企业只注重眼前的效益，不愿意花大力气研究各项技术，而更喜欢直接引入国外的产品，这也在一定程度上限制了环网柜在我国的发展。
五、结语
作为C-GIS中压开关柜中的一类，SF6环网柜的全封闭性、小型化、免维护、高绝缘型，有效地限制了开关柜在运行中可能发生的主要事故，成为今后一段时期内环网柜的主流发展趋势。
【1】 马维新.电力系统电压[M].北京：中国电力出版社
【2】 高压开关设备国内外产品水平.西安高压电器研究所
【3】 徐国政，张节容，钱家骊，黄瑜珑.高压断路器原理和应用[M].北京：清华大学出版社
【4】 尚振球，郭文元.高压电器[M].西安交通大学出版社
