固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展技術(shù)

辛振

摘要;針對空氣絕緣技術(shù)、氣體絕緣等絕緣技術(shù)的優(yōu)缺點進行了分析，闡述了固體絕緣技術(shù)的特點和應(yīng)用前景，提出固體絕緣技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題和解決措施，并對固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的實際運行情況進行了檢驗測試，體現(xiàn)了良好的運行可靠性。

關(guān)鍵詞;空氣絕緣;氣體絕緣;固體絕緣;環(huán)網(wǎng)柜

1固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢

固體絕緣技術(shù)的突破和發(fā)展是固體絕緣開關(guān)設(shè)備能否順利進行推廣應(yīng)用的前提，是基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)。至此國內(nèi)外包括東芝和日立在內(nèi)的許多廠家都在固體絕緣技術(shù)方面投入了大量的人力、物力和財力，并取得了一定的技術(shù)突破。整合國內(nèi)外固體絕緣研究成果，其技術(shù)難題及發(fā)展趨勢如下。

（1）新的高性能的環(huán)氧樹脂開發(fā)。采用高性能的環(huán)氧樹脂直接用來固封真空滅弧室，有利于熱傳導(dǎo)，且不需要借助硅橡膠來緩沖。

（2）絕緣設(shè)計方面，保證了設(shè)備所需的耐受電壓和局部放電水平。

（3）環(huán)氧樹脂澆注工藝研究與開發(fā)。從工藝方面解決固體絕緣件的局部放電，以及開裂等問題。

（4）固體絕緣件表面屏蔽層的研究與開發(fā)。

（5）環(huán)氧樹脂的穩(wěn)定性分析。通過采用加速老化的試驗方法，對環(huán)氧樹脂的正常使用壽命進行研究與分析，同時在正常使用壽命期間，研究局部放電等性能變化趨勢與比率。

（6）智能化設(shè)計。采用先進的傳感技術(shù)和測量技術(shù)，實現(xiàn)局部放電量等特性參數(shù)的定性、定量在線監(jiān)測。

2固體絕緣技術(shù)幾個關(guān)鍵問題

雖然固體絕緣技術(shù)具備良好的技術(shù)性能，但其也是一種新興的絕緣技術(shù)，尤其是國內(nèi)廠商技術(shù)水平不同，制造的固體絕緣開關(guān)設(shè)備可能存在一些問題，需要加以注意和解決。

（1）固封極柱工藝問題

固封極柱工藝是固體絕緣技術(shù)的技術(shù)關(guān)鍵，因固封極柱制造過程中真空滅弧室至少經(jīng)過一次高溫高壓的AGP工藝處理，不同的生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中是否對滅弧室產(chǎn)生一定的破壞作用不得而知;另外如何確保固封在一起后絕緣件內(nèi)部無缺陷和氣泡，避免在使用過程中引起局放的不斷增大最終導(dǎo)致的絕緣破壞;再有當(dāng)受到外部環(huán)境的溫度變化加之電場作用產(chǎn)生的發(fā)熱和溫升，如何來消除都是影響日后運行的關(guān)鍵因素。

解決上述工藝問題我們認為可以采用目前市場上已開發(fā)出來的專用真空滅弧室，這種真空滅弧室更加小型化，體積更小。據(jù)我們了解當(dāng)前國外品牌伊頓、西門子，國內(nèi)如寶光、旭光、京東方等品牌的真空滅弧室在這方面做的較好。因固封極柱所使用的滅弧室，其短路開斷能力和內(nèi)部絕緣的要求更加苛刻，要滿足相應(yīng)的短路開斷能力和絕緣水平，就需要全面優(yōu)化產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過均衡磁場分布和優(yōu)化電場分布達到提高真空滅弧室短路開斷能力和內(nèi)部絕緣水平。此外真空滅弧室的金屬外殼和陶瓷外殼加工工藝及設(shè)計也必須滿足一些特殊要求，有些廠家可能為節(jié)省成本，采用普通的真空泡，這樣在固封極柱柱澆注中澆注應(yīng)力及高溫的影響可能對真空泡的結(jié)構(gòu)及性能產(chǎn)生破壞的影響，需要我們運維人員進行持續(xù)試驗跟蹤。

（2）固封極柱的溫升問題

在真空開斷技術(shù)不斷成熟的情況下，開發(fā)一種新絕緣技術(shù)，我們認為絕緣應(yīng)是首要考慮的。但目前存在一個普遍現(xiàn)象即材料絕緣性好，散熱就不太好的現(xiàn)象，因此需要綜合考慮這兩者之間的關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，有效解決固封極柱的溫升，就需要控制其電阻的大小，固封極柱的滅弧室電阻目前一般按要求10kV電壓等級630A≤25μ歐、1250A≤10μ歐，才能從更好的減少主回路溫升（固封極柱接觸電阻產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一般為≤25μ歐）。因此就需要采用質(zhì)量穩(wěn)定，性能可靠的真空滅弧室，這對固體絕緣開關(guān)設(shè)備的設(shè)計與制造極為關(guān)鍵。首先真空滅弧室要從整體結(jié)構(gòu)（尤其觸頭結(jié)構(gòu)）的開發(fā)設(shè)計與工藝過程控制兩方面綜合考慮最大程度的降低接觸電阻;其次大電流的固封極柱在結(jié)構(gòu)設(shè)計上考慮加散熱片及設(shè)計通風(fēng)通道，加強散熱效果;并且整個固封一次回路采用優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電材料及良好加工工藝，以確保溫升最小。

（3）固封極柱的開裂問題

因固封極柱澆注中不同材料接觸面之間的熱脹冷縮程度不一樣，環(huán)氧樹脂絕緣層在外界溫度變化影響下熱脹冷縮程度不一樣易引起開裂，另外有靜觸頭端出線座與環(huán)氧樹脂殼體之間無間隙，致使該部位應(yīng)力集中，易開裂，這些問題要慎重考慮。所以在選擇澆注材料時也很關(guān)鍵，比如選擇高強度，有良好的熱阻性及韌性，有高的流動性的新型材料，通常情況下新型材料的熱阻性和強度分別為普通樹脂的1.3倍和1.5倍，并能較好地控制放熱效應(yīng)，有利于補償固化反應(yīng)而引起的收縮，且具有極好的尺寸穩(wěn)定性和很高的機械強度等突出優(yōu)勢。這方面就要求選擇采用質(zhì)量好的設(shè)備制造廠家提供其澆注材料。

（4）固封材料的耐熱老化問題

固體絕緣主回路在進行型式試驗時應(yīng)進行高低溫循環(huán)試驗和老化試驗以驗證該產(chǎn)品在實際使用中可能出現(xiàn)的問題。因固封極柱里面的電場中存在幾種介質(zhì)（陶瓷、填充物、壓力凝膠）其之間的連接都是物理粘接，絕非化學(xué)粘接。在兩種介質(zhì)之間的介面上電場會發(fā)生突變，也最容易擊穿，絕緣老化的危險也要考慮。所以要求制造廠家應(yīng)該提供相應(yīng)的封裝材料的老化曲線和檢測老化的技術(shù)手段。

（5）操作機構(gòu)的穩(wěn)定性問題。

因固體絕緣開關(guān)設(shè)備的小型化要求，必然要求所配操作機構(gòu)的小型化，要達到開關(guān)設(shè)備的免維護要求，同時也要求操作機構(gòu)具有高度的操作可靠性和穩(wěn)定性，這樣就要求制造廠家的機械加工工藝水平需要不斷的提高，要有嚴(yán)格的、結(jié)合實際使用的檢驗試驗程序并加以執(zhí)行。我們在運維中發(fā)現(xiàn)一些運行充氣環(huán)網(wǎng)柜理論上說達到免維護，但使用一段時間后就發(fā)現(xiàn)其操作機構(gòu)銹蝕嚴(yán)重，影響正常進行分合閘操作，達不到可靠的運行要求。

3結(jié)語

縱隨著固體絕緣制造工藝提升，技術(shù)的不斷進步完善以及實際運行經(jīng)驗的累積，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜將逐步克服現(xiàn)在廢品率高、成本高等劣勢，憑借其良好的安全可靠性，優(yōu)越的環(huán)保性能，高度的模塊化，體積的小型化等優(yōu)勢得到廣大用戶的認可，成為主流開關(guān)產(chǎn)品，逐步取代SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。

參考文獻

[1]王元杰.配電網(wǎng)中的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜研究[J].中國科技博覽，2015（47）：242-242.

[2]鐘恒強.固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在配網(wǎng)中壓領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀及市場前景分析[J].電氣應(yīng)用，2011.

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