10?kV小型化固體絕緣開關柜關鍵技術研究

尹愛紅

摘 要：10 kV小型化固體絕緣開關柜在當今的電力設備中占有舉足輕重的地位，為了提高小型化固體絕緣開關柜的可靠性和可用性，如何降低局部放電的影響是亟待解決的問題。該文從局部放電產生的原因入手，對如何檢測局部放電進行探究，從而提出對局部放電的解決策略，對推廣和使用10 kV小型化固體絕緣開關柜具有一定的現實意義。

關鍵詞：固體絕緣開關柜 電力設備 局部放電

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0101-02

伴隨著經濟的騰飛，對我國供電能力的需求也與日俱增。在電力設備中，開關柜是必不可少的一部分。由于當前城市化的建設，建筑物平均高度的增加，樓間距的縮短，對開關柜的體積提出了一定的挑戰，因此小型開關柜成為了當前城市供電的首選。與此同時，由于空氣開關柜對大氣具有一定的潛在危險或絕緣性較低等缺點，小型固體絕緣開關柜逐漸受到了廣泛的關注與應用。

1 開關柜局部放電的基本原理

對于任何一個物體而言，都具有一定的擊穿強度，當電場足夠強大，物體就會擊穿，因此固體絕緣開關柜中的部件，也具有一定的可能性被擊穿。局部放電便是一種不導電的部件被電力擊穿，從而引起部分電流，可能發生在導體內部及其表面。局部放電主要存在于兩種情形中，第一種是易導電的部件周圍，第二種是在電場強度具有波動的臨界處。從發生局部放電的位置來看，固體絕緣開關柜的表面和內部都有產生局部放電的可能性，根據其表面或內部，分為表面局部放電和內部局部放電。

雖然固體絕緣開關柜中基本采用同一種原材料，在理想條件下可以降低被擊穿的可能性，但是由于原材料中難免存在預期之外的雜質從而造成一定的缺陷，這些雜質通過放電極易引起局部放電現象。制造缺陷的常見原因是氣泡包含在原材料中，氣泡可以在制造過程中由于生產環境中密封性較差、使用過程中對器件的破損、外界溫度引起的熱脹冷縮等，都有機會混入到原材料中，從而構成潛在的局部放電隱患。

2 開關柜局部放電的檢測技術

固體絕緣開關柜的局部放電具有復雜的原理，因此其過程也產生了較多的相關信號，根據這些信號，從而實現局部放電的檢測。但是為了減少檢測的誤差和錯誤判斷的次數，通常可采用多種檢測技術同時實施的方法，這些方法可以被分為兩個主要的類別，主要包括人工判斷和儀器測量。

人工判斷的檢測方法主要用于檢測過程中的開始階段，通過人工的判斷，篩選出發生局部放電可能性較大的區域，從而提高單純用儀器測量所耗費的時間，只有當人工診斷后判定其具有一定的局部放電的潛在可能性，再采用儀器測量的方法從而提高工作效率和減少誤判的可能性。在人工判斷的過程中，首先通過直接觀看來檢測局部放電的區域，看的重點包括開關柜所處的物理環境，因為良好的運轉環境是保障檢測能否達成檢測目的的重要條件，若開關柜所處環境較為惡劣，會嚴重影響檢測人員的心理狀況，甚至有可能對其造成生命危害。其次，觀察開關柜自身的運行狀況，包括開關柜的編號、特征、外部是否完好、各個指示燈運轉是否正常等，以上這些信息對監測工作起到重要的參考價值。最后，通過窗口記錄固體開關柜中的運行狀況，局部放電在發生較為嚴重的時候，會造成弧光的現象，因此具有一定的參考價值。

儀器測量中可采用的是紅外技術，通過紅外技術可以檢測到物體由于放電所產生的溫度升高的現象，若在紅外儀器中檢測到較高的溫度或者輻射，則可以將溫度或者輻射轉化為一定的數值，通過數值進行判斷是否具有局部放電的特性。但是固體開關柜在運行的過程中，為了保障其正常運行，設置聯鎖功能，導致無法使用紅外技術。因此在實際的操作過程中，超聲波法被廣泛應用于運行中的固體絕緣開關柜的局部放電檢測。超聲波不是一種電信號，因此在輻射較為強烈的時候仍然可以正常工作，因此在檢測環境較為復雜的情況下，超聲波是一種較為適用的檢測方法。使用超聲波檢測時，應該注意，由于超聲波具有一定的反射特性，因此只有當遇到開關柜的縫隙時能夠將其衍射，因此在使用超聲波技術進行檢測時，通常從縫隙處開始實施。

3 開關柜中避免局部放電的設計

針對避免固體絕緣開關柜局部放電的問題，主要從兩個方面入手。首先是提高潮氣的隔離能力，從而完善開關柜的運行環境，其次，針對絕緣技術進行鉆研，提高絕緣能力。

在提高潮氣的隔離能力方面，主要包括兩個方面，分別是提高開關柜的密封程度和在開關柜中設計除濕裝置。在密封措施中，可以將通風口封閉，將排風扇配置自動門，在排風扇不運行時進行關閉，當排風扇需要運行時，自動門打開，從而減少外部潮濕空氣進入的可能性。與此同時，對開關柜定期巡檢，尤其是在陰雨天應該提高巡檢頻次，將夾層內的水汽進行清理，并同時檢查柜體內是否存在可能進入潮氣和外來物的孔洞，使用阻燃材料封閉孔洞，提高開關柜的封閉性。在開關柜的下部安裝風扇，能夠有效地加快空氣流動，從而保障空氣的濕度得以下降。

在隔離改造的基礎之上，完善且增加除濕裝置也具有十分重要的意義，具體操作如下：通過安裝防凝露裝備，通過利用早晚溫差大、雨中雨后溫差大等相關溫度變化原因，將潮濕空氣中的水分凝結在凝水面上，然后利用預先設置的排水孔使凝結的水流出開關柜之外。在具有局部放電可能性較高的部件或局部放電會對其造成較高危害的部件中，例如斷器室、電纜室和母線室等部件，安裝前置通風加熱器，并且每個加熱器中加風機。使得在使用加熱器的同時，能夠調用空氣流通，促進潮氣排除柜體之外，從而將重要部件的周圍改造成在干燥的環節中運行，并且通過風機，將加熱器所制造的熱量充分分布至各個角落中，從而實現除濕的目的。在南方等常處于潮濕天氣的城市中，可采用工業中所使用的抽濕機，并依據開關室的容積進行定制，為了達到良好的除濕效果，通常應配備至少兩臺除濕機。

4 其他相關技術

絕緣技術在固體絕緣開關柜的發展中起到至關重要的作用，固體絕緣技術的實質是將與電相關的器件用環氧樹脂來澆注，樹脂的澆注是為了縮短空氣絕緣距離，例如相比于沒有進行澆注的部件，從125 mm減小到7 mm左右，從而達到減少到固體絕緣開關柜所需的最小的體積的目的。環氧樹脂中通常采用二氧化硅作為主要成分，二氧化硅能夠實現資源的再利用，并且在實踐中能被檢驗出，具有良好的穩定性。

操動技術是固體絕緣開關柜中舉足輕重的一部分，在其中增加對稱永磁操動機構，可以實現在較低電流下的正常工作，且實現構造簡約，在實踐中檢驗，其具有較高的穩定性等優點，采用這種技術的固體絕緣開關柜，僅僅需要原設計的40%的零部件，從而具有生命周期長、降低出錯率的特征。相比于充氣開關柜，僅僅是其體積的78%，而質量更是達到了其50%。

5 結語

10 kV的固體絕緣開關柜的應用與完善，是一條任重而道遠之路。但是由于其具有降低電纜用量和損耗的優點，且相比于其他類型的開關柜具有低質量小體積的優點，能夠更好地適用于各種應用場景。基于以上的優點而言，針對固體絕緣開關柜的核心技術的研究是十分重要的，然而正是由于其具有十分核心的地位，對其關鍵技術的研究也是任重而道遠的。

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