固體絕緣環網柜研發中的若干技術問題綜述

紀新月

摘要：近年來，我國加大了城網改造的力度，環網柜的應用越來越廣泛，環網柜的實際應用方案進一步完善。固體絕緣環網柜的研究和開發，主要是為了保護環境而設計，固體絕緣環網柜的發展會對環境的發展產生一定的影響。采用固體絕緣環型容器，可以有效地促進我國電網的發展，促進社會經濟的可持續發展。

關鍵詞：中壓配電技術? 中壓環網柜? 技術現狀? 固體絕緣環型容器

Summary of Some Technical Problems in the Research and Development of Solid Insulated Ring Network Cabinet

JI Xinyue

（School of Electrical and Energy Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou， Jiangsu Province，225127 China）

Abstract： In recent years， my country has increased the intensity of urban network transformation， the application of ring network cabinets has become more and more extensive， and the actual application scheme of ring network cabinets has been further improved. The research and development of the solid insulated ring main unit is mainly designed to protect the environment. The development of the solid insulated ring main unit will have a certain impact on the development of the environment. The use of solid insulated ring-shaped containers can effectively promote the development of my country's power grid and promote the sustainable development of social economy.

Key Words： Medium voltage power distribution technology; Medium voltage ring network cabinet; Technology status; Solid insulated ring container

利用中壓配電網，可以加強主網與用戶的有效連接。近年來，隨著國家電網建設規模的不斷擴大，對中壓電網的需求也日益增長。因此，廣大用戶及相關制造企業也開始普遍關注中壓配電的發展和技術現狀，這也對中壓配電設備的發展提出了更高的要求。

1現階段固體絕緣環網柜在中壓配網領域的應用現狀

1.1固體絕緣環網柜在城市居住區廣泛應用

對于中壓環網箱，其核心部分主要由兩部分組成：一是負荷開關;二是熔斷器。同時，中壓環網柜還有以下優點：結構簡單，體積小，且價格比較低。另外，中壓環網柜能有效改善供電質量，提高供電可靠性、安全性。對中壓環網柜進行觀測，確定最大額定電流為1250A，一般為630A。對于中壓環網柜絕緣介質的限制，一般可分為兩種：一種是空氣絕緣;另一種是SF6氣體絕緣。環網柜主要應用于分合閘負荷電流和分閘短路電流。另外，它們還具有一定的控制和保護作用[1]。

1.2真空負荷環網柜能形成良好的隔離斷口

用于空氣絕緣的環網柜內的負荷開關有以下4種：一是氣體產生式;二是壓氣;三是真空;四是SF6負荷開關，其中SF6負荷開關作為空氣絕緣環網柜的主干開關。在氣箱中的負荷開關一般有3種工作位置，即切斷負荷、可靠接地和電路隔離。

1.3提高環網柜的實際應用水平

一般來講，環網柜體大部分體積較小，根據這一特性，大多數負載開關（通常是高壓鍵）都有相對簡單的結構和高壓螺絲。環網柜的正常運行主要依靠負荷開關和固定裝置來有效地切斷短路電流。兩種方法的有效結合，實現了功率交換的最大化。如果要更換開關，則只能在特定的性能范圍內進行[2]。

2固體絕緣環網柜的發展趨勢及技術特點闡述

2.1電極柱密封技術的有效應用

環氧樹脂材料是指一種常用于固態絕緣體主絕緣體的材料，滅弧介質主要用于真空環境。為了有效地實現負載與電流隔離等功能，必須盡可能對開關的運動和分配系統進行有效的控制，進一步保護機械設備和操作者的人身安全。采用固體絕緣可以有效地縮短斷路器柜內相位到地面的距離，將空氣絕緣距離從125mm減至幾毫米。當不使用SF6氣體時，體積會發生變化，比之前的C-GIS要小。此外，相對簡單的電源結構可以有效地減少儀器元件的數量，提高設備的可靠性

2.2固體絕緣環網柜技術特性

與帶SF6斷路器的空氣絕緣環網柜和SF6氣體絕緣環網柜相比較，有以下幾方面的優勢。第一，殼體結構比較簡單，通過取消壓力瓶組件和壓力表、充氣閥等相關氣體部件，大大提高了環網柜的可靠性，降低了后續維護費用，有效地改善了斷路器的工作狀態。第二，在回路開關中，主開關配備隔離部件，并且斷口可以有效地看出其廣泛應用于低溫、高溫環境中，以環氧樹脂和絕緣套管為主的固體絕緣子外絕緣，2種材料在嚴寒地區使用，有效地降低了低溫地區SF6氣體的液化和冷卻程度，減少高溫區擴張帶來的不利影響。

3固體絕緣環網柜亟待解決的問題

3.1絕緣和絕熱表面噴涂技術

根據局部放電的形成機理，發現固體絕緣的內部放電主要是由于孔洞的存在。現行的密封技術主要是將金屬模具預熱，然后將它放入化學零件的預熱密封中，將真空慢慢插入金屬腔內，在固化后需抽真空。這種工藝不僅效率低，而且成本高。不完全的氣泡處理，這將導致固體絕緣體中出現大量空洞。在設備運行中，可能出現局部放電，導致固體絕緣元件長時間斷裂，影響設備的安全可靠運行。為此，必須引進先進、優質、高效的環氧樹脂密封技術。另外，由于開關表面的屏蔽直接影響設備的性能，因此在設計和生產過程中必須解決表面屏蔽問題，即表面屏蔽技術。絕緣材料表面金屬化的目的是為固體燃料電池提供可靠的接地，將環境因素對產品的影響降到最低程度，提高固體燃料電池的使用。目前，市場上有相當一部分的固體絕緣環柜沒有經過加工處理，供應的產品局放指標較高[3]。

3.2缺乏操作、維護經驗

固體絕緣環網柜是近年來引進的一種新技術產品，電網沒有對固體絕緣環網柜進行科學合理的試運安排，造成目前電網運行總量小、運行時間短、省網連接不完善。例如，高溫地區、高溫潮濕地區、沿海地區、雨量充沛、日溫差大的地區，需要針對實際應用中存在的問題，在全國范圍內全面積累工作經驗，對固態絕緣網絡柜進行針對性、前瞻性的改進，以不斷提高產品的安全性和穩定性。

3.3發展固體絕緣環網設備

近年來，隨著中國配電網絡的快速發展，中國配電網絡技術水平有了很大的提高。SF6氣體被廣泛應用于中壓環電路中，從我國發展現狀來看，SF6氣體的綜合性能最好。但隨著我國環境保護意識的逐步增強，保護自然環境成為重中之重。環網箱大量使用SF6氣體，將對我國的環境造成一定的危害，甚至危及人類健康。因此，將減少SF6氣體環網柜的使用，在環境保護方面，固體絕緣環網柜的使用將是高壓開關設備發展的主要目標。我國制造廠商對此都進行了預測，并逐步開始對固體絕緣柜產品進行開發與生產[4]。

3.4絕緣模組結構優化設計

絕熱模組的結構設計，在滿足功能、檢驗和安裝要求的前提下，還需要對其進行降低材料消耗、防止殘余應力的設計。殘余應力的存在會引起固體絕緣元件的內外裂紋，設備運行時會產生局部放電，引起絕緣穿孔。因此，從絕緣結構的整體結構、厚度、過渡到結構等方面，必須深入研究介質模塊的結構，并考慮散熱的概念。

3.5研究和設計屏蔽層

其外觀設計的主要目的是規劃金屬屏蔽接地：一是在絕緣損壞時，使短路故障只發生在相對地之間，減小電弧能量，降低故障風險;二是在任何環境下都能保持絕緣，無需清洗模塊外表面，即使柜內有金屬異物，電場分布不變。

4固體絕緣環網柜技術的發展方向

4.1發展新型高性能絕緣材料

采用環氧樹脂作為固體絕緣材料的環形容器，雖然性能很好，但在真空陶瓷滅弧室中澆注的同時，也會對原料造成破壞。因此，開發高檔環氧樹脂，完全超越了環氧樹脂的特性。2014年，科學雜志發表了一篇關于發現新型可回收熱固性高分子材料的文章，指出了“聚水楊酸”熱固性塑料回收利用的重大進展。這種高聚物具有很高的回收能力，而熱固性塑料不能再循環5年，未來10年生產的新產品將充分利用可回收的熱固性材料。

4.2內建組件間接口連接方式的研究

因為實心絕緣環網柜是由固體絕緣部分制成，用于填充元件主回路導體部分和安裝件的主回路部分，由于預埋件之間存在耦合不靈活，所以有必要對連接不同澆注元件的電線進行標準化，而環形柜整體配置是調直的，而且連接導線必須用環氧樹脂澆鑄，因此需要與閘門連接，在產品合理化時保持一定的自由度。針對這一問題，提出了一種采用硅橡膠材料柵極與導體連接的接口技術。通過這種方式，可以實現規范化，使各接收器的元件可以互相連接，接收器元件也可以合理配置，減少了整體絕緣箱的設計。

4.3固態絕緣環網柜市場推廣應用前景

固態絕緣環網柜結構簡單、體積小、無毒、無污染、綠色環保，符合全球綠色發展理念。然而，作為一種產品，只有當產品真正用于市場時，廠商才能從產品銷售中獲利。如何將其成功應用于市場，成為人們關注的焦點。理解用戶的需求，滿足用戶的需求，是新產品引進成功的關鍵，并結合用戶需求，對固體絕緣制品的應用前景進行了分析。

4.3.1滿足消費者需求的產品

用戶在使用過程中，首先要求產品的技術參數符合相關標準（技術規范、國家和行業標準等），并獲得國家電力行業的有關標準和標準，在固體絕緣產品中未發現任何特殊標準，因此，為使這些產品能夠執行，固體絕緣產品必須協助制定國家或電氣標準，委員會指出，截至2002年12月31日，共有約1500萬t固體絕緣產品提出索賠。

4.3.2用戶對配網產品的要求較高

中壓配電裝置是電網中廣泛使用的基礎設備。隨著電網建設的不斷擴大，作為主網用戶間的橋梁，對中壓設備的需求日益增長。該產品使用壽命長，環境適應性強，符合環保要求，體積小，安裝方便快捷，經濟方便，對設備具有可靠的使用歷史要求[5-6]。

體積較小的固體絕緣環網柜，單負荷開關柜單元尺寸為860mm、420mm寬、1200mm高。深度850mm，寬500mm，高1600mm。與空氣絕緣室相比，固態絕緣體的尺寸介于誰和誰之間。通過對以上技術性能的推斷，還可以判斷固體絕緣環網箱提供人身安全。但是，由于固體絕緣環網的使用時間較短，目前已經在幾家中國工廠中得到了應用。網絡上運行的設備不多。目前，不可能對環氧絕緣的老化情況進行評估，因此不能同時檢查檢驗周期，部分國內設備對SF6環柜（生產車間、模具和自動激光焊接）的裝配和合資企業主要保證產品20多年的使用壽命。這是優勢。經濟性上，由于制造商目前生產固體絕緣柜體，需要大量的特種設備費用、專用模具、設備及材料。目前，電網固定絕緣環的市場價格較高，另外，由于電力系統主要采用設備并網招標，價格較低，一段時間內可購進多個區間。環網的SF6模塊越來越低，而且顯然不受固態絕緣環狀容器的控制。

4.3.3產品使用環境要求

在大部分地區，用戶對設備的日常工作環境要求不超過40℃，不低于-10℃。近年來全球范圍內自然災害的發生，對用戶的使用提出了更高的要求。例如，在惡劣的環境下，要安裝環網柜，環網柜要全封閉維護，保證環網完全絕緣，斷路器設備對環境適應性強，防塵、防潮、短時間的浸水保護，可提高其抗振能力。

用環氧樹脂澆注斷路器內部各部件，可大大提高斷路器絕緣氣體的強度，在運輸和使用過程中不會因振動而減弱。和氣體絕緣環網產品相比，部分廠家在青海和沿海潮濕地區進行了試驗，在海拔4000m左右的地區進行了試驗，已達到IP68的防護等級。因此，固體絕緣環網產品更能滿足環保要求。

5? 結語

從我國固體絕緣環網柜的發展現狀來看，該絕緣技術相對完善，彌補了空氣絕緣和氣體絕緣網柜的不足，可用于特殊環境，如高海拔地區。采用固體絕緣環型容器，可以有效地促進我國電網的發展，促進社會經濟的可持續發展。環境保護越來越受到關注。可以斷言，絕緣環網柜具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]陳瑞炯，許曉柯.淺析固體絕緣環網柜專利技術[J].科學與信息化，2020（14）：118.

[2]徐衛東，聶一雄，周文文，等.基于Ansoft與MATLAB的固體絕緣環網柜溫度仿真[J].電器與能效管理技術，2017（12）：44-49.

[3]王玉龍，李興鵬，孔祥沖，等.一種12kV環保氣體絕緣環網柜的研制[J].現代制造技術與裝備，2021，57（8）：12-13.

[4]陳瑞炯，許曉柯.淺析固體絕緣環網柜專利技術[J].科學與信息化，2020（14）：118.

[5]孫小涵.提升城市配角電網韌性的研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[6]李洪亮.直流配電系統仿真搭建及有效性分析[D].徐州：中國礦業大學，2020.