创新型中压开关设备在智能建筑领域的应用

核心提示：我国城镇化快速发展促使建筑面积大幅增长，由于建筑体量、建筑能耗总量的大幅增长。现代智能建筑对中压配电系统提出了新的需求和挑战：需要安全和不间断的运营保障，能耗的增长和更严格的法规对能效管理提出更高的要求，日益激烈的市场竞争对建筑的安全、舒适、高效及环保提出挑战，长期持有的产业如何保证建筑全生命周期投入产出的最大化。在本文，通过对智能建筑中压配电开关设备发展的需求以及对中压开关技术发展历史的回顾得出结论：采用真空断路器的全屏蔽式固体绝缘智能开关设备将非常适用智能建筑中压配电的未来部署。这种架构在保证高安全性　　 1 引言

　　2014年11月 19日国务院公布的《能源发展战略行动计划（2014 - 2020年）提出，坚持“节约、清洁、安全”的战略方针，加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系。重点实施的战略中包括节约优先、绿色低碳和创新驱动。

　　在建筑领域，由于建筑能耗总量的大幅增长，现代智能建筑对中压配电系统提出了新的需求和挑战：需要安全和不间断的运营保障，能耗的增长和更严格的法规对能效管理提出更高的要求，日益激烈的市场竞争对建筑的安全、舒适、高效及环保提出挑战，长期持有的产业如何保证建筑全生命周期投入产出的最大化。

　　然而，近些年或未来一些新的约束政策的出现已经或即将给配电运营商带来压力。如我们所说的可再生能源管理对配电网的影响，设备老化的影响，运营效率的影响，以及用户越来越渴望得到一种 “完美”的能源。这些变化促使对开关设备需要更加智能化和更高的可靠性，能够最大程度降低运营成本及提高运营效率。

　　因此，施耐德电气认为配电开关设备在现阶段是需要进行较大的变革。

　　 2 中压开关设备及控制设备技术发展的历史

　　上世纪三十年代，出现了早期的固定式油断路。绝缘油经过三、五次的开断操作后会被碳化而失去绝缘性能和灭弧能力，因而需要频繁维护和更换绝缘油。

　　因此，人们把开关从墙上移到了金属箱体内，并实现了可抽出式，这样就大大降低了维护和更换绝缘油的难度了，也减小了开关柜的尺寸，但是绝缘油易泄漏，不安全，易发生火灾的问题并没有得到解决。

　　上世纪七十年代，随着真空技术的提高和SF6技术的出现，市场上出现了真空和SF6断路器产品。由于没有了绝缘油泄漏，大大降低了火灾的风险。由于早期的技术并不成熟，定期的维护和检修是不可避免的，因而继承了之前油开关柜抽出式的结构。当时的手车是置于地面上，地面的不平度会影响到手车的操作灵活度以及手车动触头和柜体静触头之间的接触情况，因此对土建安装基础要求很高。实际运行过程中因土建基础不达标造成手车触头烧毁的情况时有发生[1] 。

　　所以，从上世纪九十年代开始，中置柜开始在国内全面取代了早期的下置式可抽出式开关设备。而且随着真空技术的成熟和固体绝缘技术的发展，以固封极柱为代表的复合绝缘真空断路器产品，逐步占据了主导地位。与老一代的下置式可抽出式开关柜相比，产品结构更加紧凑，对环境的耐受力有所提升以及相对降低了对运行维护的需求。

　　虽然从理论上来说，目前的真空、SF6断路器产品已经具有少（免）维护的可能性，但通过这些年中置柜在各地实际运行情况来看，绝缘事故，载流故障等仍占有所有事故统计的前两位。究其原因，这实际上针对油断路器设计的可抽出式开关柜并不能完全体现现出当前成熟断路器技术的优势。因此，在很多应用领域，固定柜取代可抽出式开关柜逐渐成为大家的共识，大家纷纷开发充气开关柜和固体绝缘开关柜。

　　2011年8月由国家电网公司发布的《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》中，固体绝缘开关柜被列入其“十二五”规划中。

　　从用户和技术应用角度来看，当前中压配电设备的3大技术趋势：
　　1、环保性
　　2、智能性：分层次、分阶段
　　3、少维护或免维护

　　 3 用于智能建筑的未来开关设备

　　3.1 智能电网将比过去使用更多的断路器

　　多年以来，实践表明在配电网络环路中增加断路器是一种减少受停电影响用户数量并降低电力恢复所用时间的有效方式。配电网络通常按照开环运行，以往位于HV/MV变电站中的每个馈线仅配备一台断路器。但是，在发生故障时，通过故障馈线供电的所有用户将被断连。

　　但是实际上，故障点上游的用户可能不受影响。在环路中采用断路器取代开关将允许仅对连接于故障部件的用户进行断连，与传统解决方案相比，这带来受停电影响用户数量方面的显著优势[2]。

　　从理想化角度而言，包括低成本断路器、低成本传感器及便于升级的解决方案将通过成本高效的方式减少停电。在下列两个领域内，目前都存在充分并且经济性满足MV/LV变电站需求的可行方案：

　　• 针对网络应用的优化一体化断路器

　　• 通过在变电站进/出馈线之间降低时间选择间隔或使用逻辑选择，适应现有保护系统。按照类似的方式，使用断路器保护MV/LV变压器更加高效并且准确。

　　3.2 智能电网将强制要求远程控制

　　智能建筑中，长时间停电是不再被接受的。馈线自动化、使用远程控制的自我修复是减少停电时间的唯一方式。通过使用远程控制操作开关设备并变更保护设置，也能够实现配电网络的某些部分负载的优化


　　智能中压配电现场层可以实现以下监测及信息上传：


　　3.3 为了实现应用的灵活性，必须采用模块化

　　开关设备模块化是满足灵活性需求的关键。在此方面，全屏蔽式固体绝缘模块化系统带来了最大化灵活性。由于母线的每个部分及电缆连接的每个部分均采用全屏蔽式固体绝缘技术，所以不存在外部影响，并且也不会受到开关柜布置的影响。

　　因此，提供了众多电缆接入的可能性，以施耐德公司的新一代Premset开关柜母线扁平联接系统为例 （下图1），其灵活的接线方式可以从底部或顶部进入，正面或背面连接，并且开关柜扩展非常方便。