10kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展現(xiàn)狀及研究

郭建華

【摘 要】固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是以固體絕緣材料為主要介質(zhì)，將外固封、絕緣母線、組合單元這三種工藝流程相結(jié)合的一種新型配電設(shè)備，是我國未來中壓開關(guān)設(shè)備的主要發(fā)展方向。10kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜有著絕緣性能好、容量大、強(qiáng)度高等優(yōu)勢，而且它不排放任何有毒物質(zhì)，現(xiàn)已被國家電網(wǎng)列入選型設(shè)備，在城市配網(wǎng)中的應(yīng)用也越來越多。但是由于其技術(shù)和工藝的不成熟還存在著諸多的隱患，因此加強(qiáng)對固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)分析十分具有必要性。

【關(guān)鍵詞】固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜 現(xiàn)狀 技術(shù)

1 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展現(xiàn)狀

10kV固體絕緣最早在1999的日本東芝公司得以正式應(yīng)用，主要是把高效率的環(huán)氧樹脂澆注工藝技術(shù)應(yīng)用在了24kV的固體絕緣開關(guān)柜，發(fā)展至今已經(jīng)可以應(yīng)用在84kV的絕緣開關(guān)柜上，并且隨著技術(shù)理念的不斷深入和技術(shù)工藝的不斷創(chuàng)新，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的開斷電流存在著不同的形式。在我國，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展起步較晚，但是發(fā)展的進(jìn)度比較迅速。北京雙杰電氣有限公司早在2005年就率先進(jìn)行固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的開發(fā)并在兩年后取得了國際發(fā)明專利，自此正式開啟了我國的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展進(jìn)程。隨著浙江華怡、珠海電器等較大生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的推出，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的使用已越來越廣泛，目前全國各地已經(jīng)有數(shù)萬臺固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜投入了使用，發(fā)展前景一片大好。特別是廈門電氣技術(shù)有限公司于2014年在北京展出了SIRING環(huán)網(wǎng)柜系列產(chǎn)品，使我國的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)的開發(fā)取得了階段性的進(jìn)展。

2 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的特性及不足

2.1 固體絕緣柜的主要特性

（1）10kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的一次導(dǎo)體全部都是以固體絕緣材料為介質(zhì)采用密封包裝。（2）固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的覆蓋層外表的導(dǎo)電層要求屏蔽接地。（3）固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的主要組成部件有真空斷路器、真空負(fù)荷開關(guān)和隔離開關(guān)等。斷路器和真空負(fù)荷開關(guān)主要利用真空滅弧室來工作，隔離開關(guān)一般采用空氣和真空兩種手段來進(jìn)行滅弧，為了避免在滅弧過程中受到周圍的環(huán)境影響。（4）固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜中應(yīng)用最多的高效能絕緣材料是環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的絕緣性能是空氣的8倍左右，是SF6氣體的3倍左右，因而可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的小型化。（5）固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的導(dǎo)電部分也全部使用固體絕緣材料密封，所以固體絕緣柜的整體散熱性能不是很好，限制了其使用的電流不可過大。目前市場上的最大額定電流一般為630A及1250A。

綜上所述，雖然固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的全部元件都采用固體絕緣材料，符合環(huán)保要求，減小了空間，但是需要工作人員在日常運(yùn)維和檢修時嚴(yán)格的控制好局部的放電和散熱，給使用帶來了隱患。

2.2 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的不足

由于固體絕緣網(wǎng)柜整體上的效率和功能都優(yōu)于SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，因而在技術(shù)和工藝流程上也相對復(fù)雜一下，一旦某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，很容易引起整體的癱瘓。所以人們對于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)、原材料質(zhì)量、制造工藝等方面的要求都較為嚴(yán)格。通過近幾年的不斷探索，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展已經(jīng)越來越得到人們的肯定，但是就長遠(yuǎn)而看，還存在著很多不足和隱患，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1）固體絕緣柜的局放問題。之前一直使用的SF6氣體絕緣材料一旦泄露可以通過放電來進(jìn)行自行恢復(fù)，而固體絕緣柜一旦發(fā)生放電則無法進(jìn)行恢復(fù)，而且放電具有持續(xù)性，所以長時間放電以后會導(dǎo)致絕緣擊穿并且易發(fā)生相間短路故障。（2）絕緣元件開裂問題。根據(jù)對國內(nèi)外調(diào)查資料的研究分析，發(fā)現(xiàn)無論是早期的固體絕緣柜還是現(xiàn)代化的固體絕緣柜，都會由于長時間的工頻振動、操作振動、撞擊或受到周圍環(huán)境的影響而出現(xiàn)開裂，從而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。（3）隔離的安全性問題。在固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜中的隔離安全性問題尤為重要，目前的隔離設(shè)備主要采用傳統(tǒng)的三工位隔離開關(guān)，而且各個部位元件都被密封固定在一起，所以造成了固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的隔離斷口由動、靜觸頭間的空氣及絕緣件的爬電距離來決定。（4）絕緣材料的回收利用問題。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜所采用的絕緣材料的質(zhì)量決定著整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，由于固體絕緣材料的大量使用，所以在生產(chǎn)使用過程中會產(chǎn)生許多報(bào)廢材料及裝置，如何將這些廢棄的零部件進(jìn)行挑選、分離、回收和利用，在很大程度上節(jié)約資源和成本，提高固體絕緣材料的使用效率，這將是我們面臨的又一挑戰(zhàn)。

3 固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展趨勢

（1）要盡可能的研發(fā)新的高性能的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂作為最受歡迎的固體絕緣材料，能夠在很大程度上提高固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的絕緣性能，并能夠在一定程度上提高絕緣材料的安全性和可靠性。采用性能較高的環(huán)氧樹脂來進(jìn)行真空滅弧，不需要通過硅橡膠來過渡而且熱傳導(dǎo)的能力也可以得到保障。（2）在固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)方面，要留意前面所講到的局部放電的問題，這里需要進(jìn)行說明的是，在進(jìn)行固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)之前要首先把各項(xiàng)參數(shù)確認(rèn)好，保證設(shè)備所需要的耐受電壓、電流和局部放電的水平在可控制的范圍之內(nèi)，才能大幅度提高設(shè)備的安全性。（3）環(huán)氧樹脂的澆注工藝的開發(fā)和研究也是當(dāng)前應(yīng)該關(guān)注的熱點(diǎn)，建議相關(guān)研究者從工藝流程方面入手來研究絕緣件的開裂及放電等問題，盡早研究出有效措施。（4）環(huán)氧樹脂的穩(wěn)定性也可以進(jìn)行深入研究?？梢酝ㄟ^加速老化的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在環(huán)氧樹脂的正常使用壽命期間，對環(huán)氧樹脂進(jìn)行局部放電等性能的頻率檢測和趨勢分析，將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對比以便于進(jìn)行下一步的研究。（5）智能化的設(shè)計(jì)。今后的發(fā)展方向可以采用較為先進(jìn)的傳感技術(shù)和測量技術(shù)，通過現(xiàn)代化的設(shè)備來將固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜推向一個新的發(fā)展高度。

4 結(jié)語

當(dāng)前，固體絕緣技術(shù)已經(jīng)得到了市場上的認(rèn)可和采用，而且在我國大部分城市也已經(jīng)得到了推廣和創(chuàng)新，隨著社會關(guān)注度越來越高，人們對于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展要求也越來越高，本文主要針對使用過程中出現(xiàn)的問題加以闡述和分析，并就未來的發(fā)展方向進(jìn)行了有根據(jù)的預(yù)測和分析，希望固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展能夠在技術(shù)和工藝上有著更大的突破，為電網(wǎng)發(fā)展邁入新階段貢獻(xiàn)力量。

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