固體絕緣柜在電網(wǎng)建設(shè)中的分析與探討

鄭李利

摘要：高壓開關(guān)柜的絕緣技術(shù)在開關(guān)柜運(yùn)行和維護(hù)中起著非常重要的作用，固體絕緣柜主要采用了高性能的環(huán)氧樹脂絕緣介質(zhì)及安全可靠的全封閉絕緣結(jié)構(gòu)。本文主要通過安全可靠性、占用空間大小、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比三方面分析了固體絕緣柜在電網(wǎng)建設(shè)中高壓開關(guān)柜領(lǐng)域部分的優(yōu)勢，并展望固體絕緣柜將成為智能電網(wǎng)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，大力推動(dòng)電力電網(wǎng)優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵字：固體絕緣柜環(huán)氧樹脂電網(wǎng)特點(diǎn)分析

中圖分類號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)園區(qū)等大項(xiàng)目迅速增加，住宅及商品樓的開發(fā)力度逐漸加大，行政中心高校等不斷建設(shè)，使得地區(qū)負(fù)荷呈現(xiàn)跨越式增長，用電需求不斷增加，為保證提供健康安全可靠的電力支持，智能電網(wǎng)優(yōu)化發(fā)展突顯重要，變電站新建擴(kuò)建改造等完善電網(wǎng)建設(shè)工程很有必要，其中對(duì)高壓開關(guān)柜的實(shí)用性和安全可靠性提出更高要求，而固體絕緣柜作為開關(guān)柜建設(shè)改造中的重要一環(huán)必將得到越來越多的重視。

1 固體絕緣柜簡介

固體絕緣開關(guān)柜是在SF6充氣柜基礎(chǔ)上發(fā)展出來，用固體絕緣材料作為主絕緣介質(zhì)將一次回路全部貫通包覆起來的一種高壓開關(guān)柜，整個(gè)開關(guān)柜用固體介質(zhì)做成全絕緣全密閉結(jié)構(gòu)，不懼怕任何環(huán)境干擾，其中開關(guān)的主開關(guān)是外面絕緣的針孔，開關(guān)外絕緣采用環(huán)氧樹脂材料，母線的外絕緣采用硅橡膠材料，開關(guān)操作件及部分絕緣支持為空氣沿面絕緣[1-2]。

2 固體絕緣柜特點(diǎn)分析

固體絕緣柜采用高性能環(huán)氧樹脂作為絕緣介質(zhì)對(duì)開關(guān)柜及其設(shè)備進(jìn)行全絕緣全封閉，其結(jié)構(gòu)和性能決定了開關(guān)柜運(yùn)行的安全可靠性，超小型的柜體設(shè)計(jì)較大程度節(jié)省了設(shè)備占用空間，優(yōu)質(zhì)的絕緣材料、極低的維護(hù)成本加之易組合易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)保證了其很好的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比。

2.1 安全可靠性高

固體絕緣柜將所有一次主電氣部件和機(jī)械裝置都固封在全封閉的外殼中，高壓帶電部分的絕緣幾乎完全由澆注環(huán)氧樹脂制品承擔(dān)，避開了傳統(tǒng)開關(guān)柜通過增大距離來提高絕緣強(qiáng)度、優(yōu)化電場結(jié)構(gòu)改善電場不均勻性的缺點(diǎn)，電場分布受外界影響極小，并有效地防止灰塵、濕氣等不利環(huán)境因素對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行造成的影響。固體絕緣柜相比SF6充氣柜沒有SF6漏氣隱患，無受環(huán)境溫度影響的氣箱。固體絕緣兼具散熱、支撐和連接等多項(xiàng)功能，并將內(nèi)部各相導(dǎo)線設(shè)備隔離起來，因此母線設(shè)備間不會(huì)發(fā)生三相短路、相間短路，使短路故障在絕緣破壞時(shí)限制發(fā)生在相對(duì)地間，杜絕了空氣或SF6絕緣開關(guān)柜易發(fā)生三相短路的危險(xiǎn)性。而且為防止人不小心觸及到帶電絕緣模塊或因固體絕緣柜的五防聯(lián)鎖失效而導(dǎo)致誤進(jìn)入帶電隔，在澆注環(huán)氧樹脂制品外噴涂鋅屏蔽層并可靠接地，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了固體絕緣開關(guān)柜其較高的安全性和可靠性，為實(shí)現(xiàn)安全可靠地智能電網(wǎng)提供良好的基礎(chǔ)。

2.2 占用空間小

高壓開關(guān)柜從過去到現(xiàn)在體積逐漸減小，目前體積已只有過去五分之一，而固體絕緣技術(shù)的應(yīng)用使得柜中電氣設(shè)備安全凈距仍可適當(dāng)縮小，實(shí)現(xiàn)柜體的更加小型化設(shè)計(jì)，考慮電纜施工等因素，滿足安全運(yùn)行等要求10kV固體絕緣柜柜寬可縮小至400~500 mm，而按照國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)10kV空氣絕緣開關(guān)柜的柜寬為800~1000 mm，柜長為1500mm，固體絕緣柜占用面積僅為空氣絕緣開關(guān)柜的10%~20%，這在變電站擴(kuò)建、改造等電網(wǎng)建設(shè)特別是在寸土寸金的地方中具有很大優(yōu)勢，并為建設(shè)更加小型化更加安全可靠的資源優(yōu)化型堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供了條件，而且在老變電所開關(guān)柜改造中，伴隨負(fù)荷增加，除新增出線開關(guān)柜，為減少電網(wǎng)有功損耗和提高電網(wǎng)電壓需并聯(lián)電容器裝置補(bǔ)償多余的感性無功，增加消弧線圈補(bǔ)償電容電流，而跨越式的發(fā)展超出原老變電所遠(yuǎn)景規(guī)劃，使得開關(guān)室內(nèi)無多余空間擺放新增補(bǔ)償設(shè)備，往往通過引電纜至室外解決其安置問題，但此方法一般工程量大、耗材多，固體絕緣柜的使用可為解決此類問題提供更好的方法條件，如一個(gè)10kV接地變消弧線圈成套裝置大小大概為3000×2000mm(長×寬)，相比原空氣絕緣柜，改造6~7臺(tái)固體絕緣開關(guān)柜即可節(jié)約出此大小空間，而一臺(tái)10kV容量為6000kVar室內(nèi)并聯(lián)電容器裝置大小約為4400×1700mm(長×寬)，節(jié)約出此空間只需改造5臺(tái)固體絕緣開關(guān)柜即可，這樣將原開關(guān)室中空氣開關(guān)柜改造為固體絕緣柜即可為布置新補(bǔ)償裝置節(jié)約不少空間，并為超原計(jì)劃新增負(fù)荷出線柜提供可能性，并且相應(yīng)的減少了開關(guān)柜出線與設(shè)備之間連接電纜等配套設(shè)備。超小型固體絕緣開關(guān)柜的設(shè)計(jì)與應(yīng)用使開關(guān)柜設(shè)備占用空間大幅度減小，并可相應(yīng)減小電網(wǎng)建設(shè)的占用面積，在一定程度上推進(jìn)了國土資源節(jié)約集約利用。

2.3 經(jīng)濟(jì)性價(jià)比好

絕緣結(jié)構(gòu)在高壓開關(guān)柜價(jià)格中占據(jù)很大比重，固體絕緣柜合理性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很高的經(jīng)濟(jì)性價(jià)比。固體絕緣柜采用可靠性高、少維護(hù)的元件，固定式安裝，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，可長期免維護(hù)，大大降低設(shè)備運(yùn)行檢修、維護(hù)成本費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)高效利用和全壽命周期管理；其主母線、分支母線等主導(dǎo)電回路、真空滅弧室及其導(dǎo)電連接、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等插接式的模塊化結(jié)構(gòu)方便其再次組合或擴(kuò)展，提升了高壓開關(guān)柜的價(jià)值；絕緣材料環(huán)氧樹脂具有絕緣機(jī)械強(qiáng)度高、澆注硬化時(shí)體積變化小、便于機(jī)械加工、制造時(shí)不污染環(huán)境可再回收再利用等優(yōu)越性更加適應(yīng)國家越來越嚴(yán)格的工藝環(huán)保等要求，并相應(yīng)節(jié)約了材料制造及后期處理浪費(fèi)成本，促進(jìn)了能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用，推動(dòng)了電網(wǎng)清潔能源發(fā)展；超小化的柜體使得空間占地費(fèi)用大幅減少，并節(jié)省相應(yīng)附加配套設(shè)備材料，使其具有更加良好的性價(jià)比。經(jīng)濟(jì)性價(jià)比好的固體絕緣柜在經(jīng)濟(jì)高效型智能電網(wǎng)建設(shè)中存在明顯的優(yōu)勢。

3 固體絕緣柜在電網(wǎng)建設(shè)中的現(xiàn)狀與展望[1]

固體絕緣柜起步于日本，隨后進(jìn)入歐洲，最先進(jìn)入我國的即是歐洲霍力克固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。固體絕緣柜在我國起步較晚但發(fā)展迅速，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)已取得階段性成果，但目前我國絕大多數(shù)固體絕緣柜研發(fā)和生產(chǎn)單位還沒有絕緣制品生產(chǎn)能力，也沒有材料和工藝的研究能力，固體絕緣柜仍主要處于廠家觀望、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、完善，用戶認(rèn)識(shí)、試用階段。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)，開關(guān)柜作為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)配電、調(diào)度、用電自動(dòng)化一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其絕緣技術(shù)、安全可靠性的發(fā)展越顯重要，作為新技術(shù)新產(chǎn)品的固體絕緣柜越來越得到國家的重視，已被列為國家級(jí)重點(diǎn)新產(chǎn)品，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)也被列入國家電網(wǎng)第一批重點(diǎn)推廣新技術(shù)，并提出2015年其使用量在新建和改造項(xiàng)目中不低于新增總量的25%的目標(biāo)。固體絕緣柜也成為越來越多企業(yè)的研發(fā)熱點(diǎn)，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范的制定和完善也為其穩(wěn)健快速發(fā)展提供極大的動(dòng)力，最近幾年固體絕緣柜使用越來越多并以飛快的速度增長。當(dāng)然固體絕緣柜作為新技術(shù)新產(chǎn)品若想取得普遍應(yīng)用還需經(jīng)過一個(gè)大量的學(xué)習(xí)、研究、試驗(yàn)和使用，不斷積累經(jīng)驗(yàn)、不斷進(jìn)行改進(jìn)和完善的過程。

4 結(jié)語

環(huán)氧樹脂的材料和制品工藝的技術(shù)進(jìn)步，以及真空開關(guān)的普及，為固體絕緣開關(guān)柜的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著國際技術(shù)的引用、國內(nèi)相關(guān)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步、新材料新工藝的采用，固體絕緣介質(zhì)拉伸彎曲強(qiáng)度、絕緣耐電壓等級(jí)的極大提高，使固體絕緣柜具有更高的可靠性和實(shí)用性[3]。固體絕緣柜必將成為一種發(fā)展趨勢，大力推動(dòng)智能電網(wǎng)的優(yōu)化發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王德杉,劉梅.固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜研發(fā)中的若干技術(shù)問題[J].高壓電器技術(shù)信息,2012(6).

[2] 張志剛.固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜及固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)與應(yīng)用.

[3] 崔可.淺談高壓開關(guān)柜固體絕緣技術(shù)[J].北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2012(16).