固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)發(fā)展研究綜述

(中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心福州分中心 福建 福州 350008)

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固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)發(fā)展研究綜述

尹愛紅

(中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心福州分中心福建福州350008)

固體絕緣開關(guān)柜是在充氣環(huán)網(wǎng)柜基礎(chǔ)上發(fā)展而來的設(shè)備，是電力系統(tǒng)所需的重要設(shè)備。近年來，隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)得到了極大的完善，性能越來越先進(jìn)和可靠，為保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定與可靠提供了重要保障?；诖?，本文簡(jiǎn)要綜述了固體絕緣開關(guān)柜的相關(guān)技術(shù)、優(yōu)勢(shì)及不足等，希望能對(duì)相關(guān)研究有所豐富。

固體絕緣開關(guān)柜；固體絕緣技術(shù)；技術(shù)分析；電力供應(yīng)

固體絕緣，就是采用環(huán)氧樹脂澆注數(shù)組開關(guān)和相關(guān)帶電部件，從而大大減小開關(guān)柜體積，且能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的免維護(hù)。固體絕緣開關(guān)柜本身是一個(gè)全絕緣全密閉、不怕任何環(huán)境干擾的設(shè)備。固體絕緣開關(guān)柜更具安全性、智能性，體現(xiàn)了環(huán)保設(shè)計(jì)的理念，具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用也是越來越廣。

一、技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)有關(guān)技術(shù)要求，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的額定電流有1250A、630A兩種等級(jí)，額定電壓是12kV，而現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的固體絕緣開關(guān)柜的額定電流一般是630A，額定電壓一般是12kV。近年來，日本東芝公司不斷加大科研工作力度，研發(fā)出了一款電壓為36kV的固體絕緣開關(guān)柜，通過市場(chǎng)銷售可以看出，這款開關(guān)柜成本較高，在市場(chǎng)上沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

固體絕緣開關(guān)柜根據(jù)三相分離情況可分為兩種：一種是整體式開關(guān)柜，三相不分離，采用整體絕緣材料進(jìn)行包裹，然后覆蓋接地屏蔽層；另一種是三相分離，利用絕緣材料將三相分別包裹后覆蓋接地屏蔽層。從這兩種情況來看，三相分離式最為安全，能夠有效減少燃弧故障發(fā)生。

二、相關(guān)技術(shù)

1.屏蔽層

按照技術(shù)條件規(guī)定的“人能夠碰觸到的模塊表層覆蓋有半導(dǎo)電或?qū)щ娖帘螌?，能夠接觸地面”這一點(diǎn)，在固體絕緣開關(guān)柜表面覆蓋接地半導(dǎo)電或者導(dǎo)電屏蔽層，能解決：一是能有效提高固體絕緣開關(guān)柜對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，可以免除對(duì)開關(guān)柜的維護(hù)清理；二是在分相設(shè)計(jì)情況下，因利用環(huán)氧樹脂將三相進(jìn)行完全的分離，如果在其外部涂抹屏蔽層，可以有效避免環(huán)網(wǎng)柜之間發(fā)生短路現(xiàn)象。

現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的大多數(shù)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜沒有涂抹接地屏蔽層，在模塊外部不涂抹或者局部涂抹屏蔽層，電場(chǎng)由絕緣材料和空氣共同承擔(dān)。但如果模塊涂抹了接地屏蔽層，就由絕緣材料獨(dú)自承擔(dān)電場(chǎng)，這對(duì)固體絕緣介質(zhì)要求很高。為滿足技術(shù)條件的需要，必須不斷改進(jìn)技術(shù)。

2.測(cè)量局部放電

可以通過測(cè)量固體絕緣開關(guān)柜局部放電情況來判定開關(guān)柜是否內(nèi)部存在缺陷，但測(cè)量結(jié)果并不能準(zhǔn)確反映開關(guān)柜的使用壽命。目前，固體絕緣開關(guān)柜尚處于研發(fā)利用階段，沒有較成熟的試驗(yàn)資料，也缺乏成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，加之固體絕緣材料不能實(shí)現(xiàn)故障自愈，故技術(shù)條件中對(duì)其局部放電量的限制較為嚴(yán)格。目前技術(shù)條件規(guī)定固體絕緣開關(guān)柜局部放電量應(yīng)當(dāng)控制在20pC以內(nèi)。

3.隔離開關(guān)技術(shù)

(1)空氣隔離斷口。傳統(tǒng)空氣絕緣隔離中開關(guān)是暴露在外面的，與空氣直接接觸，受到外部環(huán)境的影響比較大，而固體絕緣開關(guān)柜的空氣絕緣開關(guān)是設(shè)計(jì)在密閉環(huán)境中的，這樣一來就大大提高了開關(guān)柜對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用空氣絕緣隔離，尺寸較大，同時(shí)要求對(duì)隔離開關(guān)型腔進(jìn)行高度密封。從目前市場(chǎng)占有量來看，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜因其成熟的技術(shù)，受到了廣大用戶的青睞，成為了市場(chǎng)上的暢銷貨。

(2)真空斷口隔離。按照常規(guī)的設(shè)計(jì)理念，在固體絕緣開關(guān)柜中很少考慮使用真空隔離開關(guān)，隔離和絕緣只能選擇空氣、SF6，真空只被作為滅弧介質(zhì)來使用。

按照有關(guān)技術(shù)要求，隔離開關(guān)主要是指能滿足開關(guān)要求，在分閘位置提供隔離斷口的開關(guān)裝置。為確保安全，隔離開關(guān)應(yīng)當(dāng)能滿足從一端到另一端任意端口不會(huì)發(fā)生電流的泄露。現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出了利用真空絕緣隔離的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，但是用戶對(duì)真空絕緣隔離開關(guān)并不看好。

4.接地開關(guān)

在技術(shù)條件中規(guī)定，接地開關(guān)必須能經(jīng)受住兩次額定短路和電流的沖擊。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，按照功能元件位置不同而采用不同的接地開關(guān)。比如，三工位開關(guān)在饋線側(cè)，接地開關(guān)要用EI級(jí)；如果三工位開關(guān)位于主母線側(cè)，就需要用EO級(jí)接地開關(guān)。接地開關(guān)按照絕緣材質(zhì)的不用，又可以分為空氣接地開關(guān)和真空接地開關(guān)，這兩種接地開關(guān)目前都占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。

三、典型開關(guān)柜介紹

日本的日立公司、東芝公司在固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研發(fā)方面走在了世界的前列，在澆注工藝和固體材料等方面積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。而我國(guó)較早引進(jìn)的是美國(guó)伊頓公司生產(chǎn)的SVS系列固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，此后我國(guó)的一些固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜也在很大程度上學(xué)習(xí)和借鑒了美國(guó)的先進(jìn)做法?，F(xiàn)在，施耐德、ABB、西門子等多家公司正在加強(qiáng)對(duì)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研發(fā)力度，施耐德已成功推出了Premset固體絕緣開關(guān)柜。

四、優(yōu)勢(shì)及不足

固體絕緣開關(guān)柜具有以下優(yōu)勢(shì)：一是固體絕緣開關(guān)柜不使用SF6氣體，起到了保護(hù)環(huán)境的效果；二是固體絕緣開關(guān)柜采用環(huán)氧樹脂絕緣介質(zhì)，是空氣絕緣強(qiáng)度的5-6倍。同時(shí)，固體絕緣開關(guān)柜的體積只是傳統(tǒng)開關(guān)柜的三分之一，更加適應(yīng)市場(chǎng)的需求；三是固體絕緣開關(guān)柜采用全密封、全絕緣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)多種環(huán)境的需要；四是固體絕緣開關(guān)柜采用分離的方式，同時(shí)在表層涂抹了接地屏蔽層，可以有效減少內(nèi)部燃弧故障帶來的不安全隱患。

固體絕緣開關(guān)柜具有以下的不足：一是由于澆注技術(shù)不成熟，存在局部放電的安全隱患，容易造成絕緣性能下降的后果；二是長(zhǎng)期使用后的性能穩(wěn)定性暫無法確定；三是散熱難題不易解決，這也是制約固體絕緣開關(guān)柜進(jìn)一步升級(jí)的一大桎梏；四是固體絕緣開關(guān)中使用大量固體絕緣材料會(huì)極大增加固體絕緣開關(guān)柜的制造成本。

五、總結(jié)

總而言之，固體絕緣開關(guān)柜在我國(guó)尚處于起步階段，技術(shù)方面還很不成熟，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和提升，加之部分業(yè)戶不能接受固體絕緣開關(guān)柜，因此短時(shí)間內(nèi)不能完全代替氣體絕緣開關(guān)柜，但是，我們應(yīng)當(dāng)清醒地看到，固體絕緣開關(guān)柜引領(lǐng)了開關(guān)柜發(fā)展的方向，對(duì)其進(jìn)行研發(fā)利用是大勢(shì)所趨。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，固體絕緣開關(guān)柜將不斷更新技術(shù)，研發(fā)制作出更多的新產(chǎn)品，其發(fā)展前景將是一片光明。

[1]王倩.固體絕緣集成式小型開關(guān)柜[J].電氣制造，2013(1).

[2]袁端磊，劉亞娟，史鴻威.中壓環(huán)氧樹脂絕緣件APG工藝淺談[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(22).

[3]李丹，葛樂矣，王中宇.小型中壓固體絕緣開關(guān)柜鍵技術(shù)及其發(fā)展[J].電工電氣，2013(12).

[4]鄭曉果，周行，宋曉生，李鵬，邢倩倩.固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].價(jià)值工程，2013(14).

[5]張洋海.固體絕緣開關(guān)柜技術(shù)的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2016(11).

[6]陳敏.一種新型的固體絕緣開關(guān)柜[J].電氣時(shí)代，2016(7).

[7]張偉翰.10kV小型化固體絕緣開關(guān)柜關(guān)鍵技術(shù)與解決實(shí)施方案[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016(1).

[8]張永軍.固體絕緣開關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J].中國(guó)機(jī)械，2015(5).

[9]閆珺，秦福祥，惠沛先，唐偉.固體絕緣集成式小型開關(guān)柜[J].中國(guó)電子商務(wù)，2012(8).

[10]葉海蓉，葛樂矣，鐘桂英.固體絕緣開關(guān)柜在線檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)電力，2016(9).