高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的有效應(yīng)用

徐智祥

[摘要]在10kV的電力系統(tǒng)中，環(huán)網(wǎng)柜擔(dān)負(fù)配電環(huán)網(wǎng)的重要職能。筆者將從技術(shù)的角度介紹固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，分析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)特點(diǎn)，并重點(diǎn)探討固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應(yīng)用，以期為高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的有效應(yīng)用提供可行性建議。

[關(guān)鍵詞]固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜；高原電網(wǎng)

[中圖分類號(hào)]V242.3+1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0383-02

隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用范圍大大拓寬。在高原電網(wǎng)中，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜得到了有效地應(yīng)用。本文將根據(jù)近期高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用情況，首先介紹固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的相關(guān)概念，其次著重分析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)特點(diǎn)，最后闡釋固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應(yīng)用，以便為同行提供參考。

一、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是一種新型配電設(shè)備，它集外固封、絕緣母線和組合單元小型化三種技術(shù)于一體，開(kāi)關(guān)和高壓帶電部件都采用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行整體澆注，以環(huán)氧樹(shù)脂固封作為帶電體，對(duì)地和相間進(jìn)行絕緣。如（圖1）：

二、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)特點(diǎn)

1、體積結(jié)構(gòu)更緊湊

固體絕緣方式的采用，使得其電氣強(qiáng)度達(dá)到為22-28kV/mm，這種技術(shù)的采用意義重大。采用這種絕緣介質(zhì)來(lái)制作10kV的開(kāi)關(guān)，壓縮了相間和對(duì)地的安全絕緣距離，從空氣絕緣的12.5 mm縮短到幾毫米，這是其他充氣柜不能比擬的。與此同時(shí)，取消了壓力氣箱部件、壓力表、防爆裝置、充氣閥門(mén)和氣體壓力報(bào)警等有關(guān)氣體壓力的零部件，使得體積更為簡(jiǎn)化。除此之外，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜通常采用固體迷宮式的絕緣結(jié)構(gòu)，在帶有高壓電的各相導(dǎo)電體中，相互套裝結(jié)構(gòu)多層的絕緣套筒。利用絕緣套筒之間的迷宮式路徑所形成的爬電距離，把高壓電封閉在相對(duì)較小的空間中，大大減小設(shè)備的尺寸。

2、固體絕緣技術(shù)的應(yīng)用。

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜使用的主絕緣體一般是環(huán)氧樹(shù)脂材，以真空介質(zhì)作為滅弧介質(zhì)，采用固封極柱的技術(shù)，將主導(dǎo)電回路、真空滅弧室和絕緣支撐等有機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體，通過(guò)對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分、合負(fù)荷電流或短路電流以及隔離負(fù)荷等功能，以便控制供配電系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備、人身的安全。

（圖2）為國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的固體絕緣單相開(kāi)關(guān)，從圖中可以看出，開(kāi)關(guān)的進(jìn)出線導(dǎo)線、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)和熔斷器等部分全部處在固體絕緣材料內(nèi)，可以有效地增加設(shè)備的電氣安全性能。

3、更環(huán)保、安全性能更高

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜中沒(méi)有應(yīng)用SF6，杜絕了SF6的排放，更加綠色環(huán)保。所謂SF6是一種對(duì)大氣污染較為嚴(yán)重的氣體。根據(jù)《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》、《京都議定書(shū)》，導(dǎo)致全球變暖的六種溫室氣體中，SF6的溫室效應(yīng)值最高，是二氧化碳對(duì)大氣影響的23900倍。對(duì)此，世界各國(guó)加強(qiáng)立法，減少或禁止SF6在電力設(shè)備中的應(yīng)用。

由于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，它有著更高的安全性能，具體包括以下幾個(gè)方面。第一，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是分相結(jié)構(gòu)相間隔離設(shè)計(jì)，不會(huì)擴(kuò)大故障的范圍，不會(huì)引起內(nèi)部相間的故障。同時(shí)，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的開(kāi)關(guān)部分采用真空作為內(nèi)絕緣和滅弧的介質(zhì)，分相絕緣設(shè)置，并采用厚度不小于12mm的進(jìn)口環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)外部進(jìn)行防護(hù)，它的結(jié)構(gòu)特性、滅弧原理決定了它具有極高的安全性能，可以避免拉弧時(shí)開(kāi)關(guān)爆炸的危害。因固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜沒(méi)有裸露的帶電體，所以不會(huì)有“污閃”、“凝露”的事故發(fā)生。第二，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用了環(huán)氧樹(shù)脂套筒以及絕緣筒進(jìn)行外絕緣，不僅從根本上解決了在嚴(yán)寒地區(qū)SF6氣體在液化冷縮和高溫地區(qū)膨脹所造成的影響，還避免在不同的海拔高度氣壓下對(duì)開(kāi)關(guān)氣箱的影響。第三，使用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)開(kāi)關(guān)內(nèi)部所有連接部分進(jìn)行澆注，連接部位的強(qiáng)度比氣體絕緣的開(kāi)關(guān)增大了許多，避免由于運(yùn)輸或者使用中的震動(dòng)，造成開(kāi)關(guān)連接部位松動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱的情況出現(xiàn)。采用單元組裝的方式，在設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)可以及時(shí)更換故障單元，降低現(xiàn)場(chǎng)工作的風(fēng)險(xiǎn)，大大縮短維修的時(shí)間。

4、模塊化，擴(kuò)展性強(qiáng)

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜集合充氣式環(huán)網(wǎng)柜模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)，將不同柜型的相間距離、柜體高度和母排高度進(jìn)行統(tǒng)—設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了相互聯(lián)結(jié)和快速組裝。

充氣柜內(nèi)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)或者斷路器單元的聯(lián)結(jié)排布和數(shù)目在產(chǎn)品下線以后是相對(duì)固定的，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)單元之間組合的靈活性較差。此外，充氣柜受到電流互感器、電壓互感器維護(hù)的限制，電壓互感器、電流互感器無(wú)法安裝在封閉氣箱內(nèi)，因此也沒(méi)有關(guān)于雙電源間的計(jì)量設(shè)計(jì)方案。與充氣柜相比，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜組合更加靈活。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是單元組裝結(jié)構(gòu)，各單元間能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)換。當(dāng)其中一個(gè)回路出現(xiàn)故障，馬上在現(xiàn)場(chǎng)更換另一個(gè)回路，還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)回路方案的更改，例如臨時(shí)置換斷路器單元與負(fù)荷開(kāi)關(guān)單元等。

三、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應(yīng)用

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中達(dá)到了有效應(yīng)用。在2010年30臺(tái)北京雙杰電氣（雙杰）制造的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用在西藏各供電局的老城區(qū)電網(wǎng)改造項(xiàng)目中。經(jīng)過(guò)兩年多的運(yùn)行，雙杰的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜能夠完全適應(yīng)高原地區(qū)的氣候環(huán)境使用，相比SF6環(huán)網(wǎng)柜，它抗高寒惡劣環(huán)境的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

以西藏地區(qū)為例，西藏地區(qū)的平均海拔在4000米以上，平均氣溫較低而且溫差較大，素有“世界屋脊”的稱號(hào)，被人們稱為除南極和北極以外的“地球第三極”。在2010年以前，西藏地區(qū)使用的是SF6環(huán)網(wǎng)柜，特殊的氣候環(huán)境，造成SF6環(huán)網(wǎng)柜的使用存在兩大困擾。第一是海拔較高，箱體會(huì)由于大氣壓力的減小自動(dòng)膨脹，產(chǎn)生漏氣，以致造成短路的現(xiàn)象。第二是在長(zhǎng)期低溫的環(huán)境下，SF6環(huán)網(wǎng)柜的SF6氣體液化，氣箱內(nèi)的氣壓也逐步降低，導(dǎo)致絕緣和滅弧性能的下降。要解決上述問(wèn)題，工作人員必須定期對(duì)SF6環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)從而解除隱患。在每年冬季到來(lái)之前，為防止SF6氣體液化，要對(duì)SF6環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行補(bǔ)氣，以此來(lái)保持氣箱內(nèi)的壓力穩(wěn)定。SF6環(huán)網(wǎng)柜在惡劣的氣候條件下運(yùn)行不穩(wěn)定，增加了技術(shù)維護(hù)人員的工作量，與此同時(shí)，安全性能也沒(méi)有任何保證。

使用固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜將會(huì)大大的改善這種情況。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是真空滅弧，它的滅弧原理是利用電弧電流的自然過(guò)零，真空介質(zhì)能夠使弧隙絕緣，電弧不會(huì)再重燃，進(jìn)而熄滅電弧，真空滅弧能夠大幅度提升其運(yùn)行的穩(wěn)定性。在高原地區(qū)，因?yàn)椴辉僖許F6作為絕緣介質(zhì)、滅弧介質(zhì)，不會(huì)發(fā)生由于氣壓低箱體膨脹和冷天氣體液化等的顧慮，以往的兩大難題得以解決。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)勢(shì)不僅限于這些，它采用相間隔離設(shè)計(jì)、分相絕緣，避免相間放電的可能性。帶電的部件全部被密封在環(huán)氧樹(shù)脂開(kāi)關(guān)套筒、硅橡膠封閉母線中，實(shí)現(xiàn)全絕緣和全密封。此外，它的固封極柱技術(shù)，不害怕風(fēng)沙的侵襲，免除維護(hù)，尤其適應(yīng)室外的運(yùn)行。與傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)柜相比，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的安全性能大大提升。

四、結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合上述所說(shuō)內(nèi)容，筆者認(rèn)為基于目前的條件，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜對(duì)氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜來(lái)說(shuō)是一個(gè)有益的補(bǔ)充，可以用于海拔較高的地方。在短期內(nèi)，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜可能無(wú)法徹底取代氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。然而，從長(zhǎng)期的發(fā)展來(lái)看，基于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)勢(shì)，它必將有新的發(fā)展領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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