固體絕緣環網柜的應用和發展

沈佩琦

(浙江省電力公司舟山定海電力公司,浙江舟山 316000)

固體絕緣環網柜的應用和發展

沈佩琦

(浙江省電力公司舟山定海電力公司,浙江舟山 316000)

本文首先對固體絕緣環網柜的發展現狀進行了介紹,并較為詳細的論述了固體絕緣技術、固體絕緣環網柜的定義、結構形式和技術參數,最后闡釋了固體絕緣環網柜的發展前景。

固體絕緣環網柜 技術參數 結構 接地開關 隔離開關

國家電網公司于2008年11月所出臺的“十二五”規劃，大力推廣12KV固體絕緣環網柜，并于次年3月制定和頒布了《12KV固體絕緣環網柜技術條件》，對固體絕緣環網柜的應用提出了嚴格的要求。在電力設備中，SF6能夠起到優異的絕緣介質和滅弧作用，因而得到了廣泛的應用，但由于其作為溫室氣體，使用過程中必然會影響自然環境，不利于我國經濟社會的可持續發展。在此大背景下，固體絕緣環網柜在我國得到了極大的發展和應用。

1 固體絕緣環網柜的概念

所謂固體絕緣環網柜，指的是主絕緣材料為固體絕緣材料的開關柜。把真空滅弧室及其分支母線、主母線、接地開關、隔離開關和導電連接等主導電回路組合或者單一通過固體絕緣介質進行封裝包裹，成為數個可再次擴展或者組合，具有一定功能的，具有全密封性能、全絕緣的模塊。并在可碰觸的模塊表面配置相應的半導電屏蔽層或導電層，并同時安全可靠的接地，從而有效的確保了工作人員的安全。由于摒棄了以往所采用的SF6，而是采用全密封的固體絕緣介質，從而使得固體絕緣環網柜具有環保、環境適應能力強、尺寸緊湊等眾多優點。

2 固體絕緣環網柜的結構形式和技術參數

固體絕緣環網柜基于技術條件的規定，其額定電流等級為1250A和630A，額定電壓等級為12KV。現階段我國主要采用的也是額定電壓等級為12KV的固體絕緣環網柜，雖然36KV的固體絕緣環網柜的技術已相對成熟，然而就市場角度而言，受成本因素的影響，市場競爭力相對較低。

以三相正面布置方式為標準，固體絕緣開關柜可以分為以下幾種：一種是前中后方式，當前我國較少采用開關三相前中后布置；另一種是左中右方式，現階段我國主要采用的是三相左中右方式。

以三相是否分離為標準，固體絕緣開關柜可以分為以下幾種：一種是整體式，三相整體所采取的是固體絕緣材料對接地層進行包覆后涂覆；另一種是分相式，三相所采取的是固體絕緣材料對接地層進行分相包覆后涂覆，從而有效的規避了內部燃弧故障的出現。

3 固體絕緣環網柜所采用的主要技術

所謂固體絕緣技術，指的是將主導電回路通過固體絕緣技術封裝包覆成為封閉模塊，其主要功能包括連接、散熱、支撐等機械作用，同時還具有隔絕不同電位導電體電氣的功能。

在對固體絕緣材料的選擇過程中，應當全面考慮材料的玻璃化溫度、收縮率、導熱性和環境適應性，固體絕緣開關柜現階段將環氧樹脂材料用以支撐和絕緣，并將硅橡膠材料作為緩沖層或者絕緣材料。在開展固體絕緣結構設計的過程中，不但要滿足維護、組裝和工藝方面的要求，而且還要通過結構和電極的優化、設置屏蔽等多樣化的措施來實現電場的合理分布，進而有效增強絕緣介質的絕緣強度，從而對屏蔽層和局部放電提出了更高的要求。

(1)屏蔽層。現階段，我國所使用的固體絕緣環網柜通常都未采取接地屏蔽層涂覆，研究發現，絕緣模塊外表面局部涂覆或者不涂覆屏蔽層時，由絕緣材料和空氣共同承擔電場耐受，但如果進行了完全涂覆，則絕緣材料承受了全部的電場耐受，從而對固體絕緣設計有著更為嚴格的要求。技術的進步，推動了固體絕緣環網柜的產品升級和完善。

(2)固體絕緣局部放電。通過局部放電檢測能夠對固體絕緣的內部缺陷進行檢測，然而預期壽命和檢測結果并不存在可量化的對應關系。由于固體絕緣環網柜投入市場的運營時間較短，只用于少量的技術參考資料，因而對于局部放電的要求主要如下：“1.2ur情況下，負荷開關柜或者斷路器柜的局部放電量應當小于或等于20pC。”

4 固體絕緣開關所采用的主要技術

對于開關柜隔離開關而言，其斷開絕緣形式主要有SF6斷口、真空斷口和空氣斷口，而固體絕緣開關柜所采用的隔離斷口形式分為真空及空氣兩大類型。

(1)空氣斷口隔離開關。該類型的開關按照結構形式可以分為直動式以及刀閘式兩種，前者結構較為復雜，后者結構較為簡單。而就固體絕緣開關來說，其所使用的空氣絕緣隔離開關，與原先所使用的有著明顯的差異，通過將固體絕緣隔離開關放置于密封腔里，極大的增強了固體絕緣開關柜的環境適應能力。

(2)真空斷口隔離開關。按照通常的設計思路，中壓開關設備通常都不會設置真空斷口隔離開關，隔離和絕緣只能夠選擇空氣和SF6，而只能將真空作為滅弧介質來使用。

5 固體絕緣環網柜所采用的接地開關

基于技術規范的嚴格要求，對于固體絕緣環網柜而言，應當基于主功能元件的位置選擇等級不同的接地開關。舉例而言，當主母線側設置三工位開關(集成接地、隔離開關)時，因為真空滅弧室起到了接地快速關合的作用，那么就應當選擇E0級接地開關。若設置在饋線側，那么就應當選擇E1級接地開關。現階段，我國主要采用的是空氣接地開關以及真空接地開關這兩種類型的接地開關。

6 主流固體絕緣環網柜

美國伊頓公司、日本日立、東芝公司在研制固體絕緣環網柜方面，都走在行業前列。另外，西門子、施耐德、ABB公司也大力開展著固體絕緣環網柜的技術研究，其中，以美國伊頓公司和施耐德公司的SVS系列固體絕緣環網柜和Premset固體絕緣環網柜最具代表性。

7 結語

現階段，我國固體絕緣環網柜的研究和應用還處于初期摸索階段，還無法撼動氣體絕緣開關柜的主流地位，市場占有率較低，但隨著我國加大對固體絕緣環網柜的技術研究，將會極大的提升企業的制造工藝，可以預見，隨著技術的成熟和運行經驗的累積，固體絕緣環網柜在我國中壓開關柜市場將會得到廣泛的應用。

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[2]彭蛟.中壓固體絕緣技術的發展[J].電氣時代,2012(05).

[3]孫杰.變壓器固體絕緣老化狀態診斷方法[J].農村電氣化,2012(06).

[4]全國固體絕緣環網柜發展與技術交流年會征文啟事[J].中國電業(技術版),2012(05).

沈佩琦(1977—),男,浙江舟山定海區人,學歷:本科,職稱:工程師,研究方向: 能源電力規劃、電網與智能電網規劃與研究。