電力環(huán)網柜絕緣方面的問題研究

岳剛

摘 要：在城市供電系統(tǒng)中，10kV供電系統(tǒng)是極為重要的組成部分，它直接關系到城市電網的穩(wěn)定、安全供電體系，也影響著電力系統(tǒng)的常規(guī)化運行狀態(tài)。就目前發(fā)展形勢來看，10kV電力環(huán)網柜可以實現環(huán)網供電，它結構簡單體積小，且具有高壓開關和間隔式環(huán)網供電單元，供電性能非?？捎^。本文所要探討的是絕緣因素對環(huán)網柜運行的重要性，分析了它在絕緣方面的薄弱環(huán)節(jié)，并基于機械結構角度為其進行了合理設計。

關鍵詞：10kV電力環(huán)網柜；絕緣部分設計；供電模式；電纜頭；均壓罩

中圖分類號：TH113 文獻標識碼：A

電力環(huán)網柜屬于電氣設備中的重要分支，它主要由鋼板金屬柜體中的高壓開關設備構成，其中還含有負荷開關及熔斷器等重要元件。在現如今，電力環(huán)網柜具有明顯且廣泛的應用優(yōu)勢，但在絕緣水平方面依然還存在諸多薄弱環(huán)節(jié)有待研究。

一、10kV電力環(huán)網柜的結構特性與供電模式

（一）結構特性

現今電力系統(tǒng)的電力環(huán)網柜與傳統(tǒng)環(huán)網柜不同，它在自身基本結構特性上已經發(fā)生了巨大改變，其所表現出的結構性、安全性與適用性更高。就比如說在負荷開關的體積與性能方面都有較大幅度改進，這些都促進和帶動了環(huán)網柜技術的全面革新。從結構角度看，環(huán)網柜與開關柜之間是緊密相連的，其中開關柜與環(huán)網柜共用同一條環(huán)形干線，并與環(huán)網柜的母線相連，所以也可以將出線柜視為是環(huán)網柜。一般來說，供電系統(tǒng)中的環(huán)網柜其特點都相當明顯，一方面它的額定電流較小，可以選擇配置結構簡單的斷路器作為高壓開關主要元件，一方面它所配備對應的帶高壓熔斷器也強化了對電力設備的控制，形成了多項組合模式。這相比傳統(tǒng)電力環(huán)網柜斷路器而言，在性能與實踐操作方式方面都更加優(yōu)越。

（二）供電模式

目前的電力環(huán)網柜為了保證輸配電的穩(wěn)定性運作，在設計中都采用了環(huán)形設計，這讓用電戶能夠從不同的渠道正常獲取并應用電能。另外，電力環(huán)網柜的供電設計還考慮到了其所運用場合的規(guī)模，例如大型施工現場與大型居民住宅區(qū)對環(huán)網柜的供電需求就不一樣。對居民區(qū)來說，負載容較小且由真空接觸器控制高壓回路的技術運用比較普遍。

如果從供電絕緣特性的角度來看，環(huán)網柜可以被劃分為SF6絕緣及空氣絕緣兩大類，但兩種環(huán)網柜的使用范圍是基本相同的，而且他們對變壓器空載電流、開斷短路電路的運用相對較多。其中空氣絕緣負荷開關主要存在真空、壓氣與產氣3種形式，而SF6絕緣則存在分配負荷、接地調控和劃分電路等形式。所以這也決定了兩種電力環(huán)網柜的不同絕緣設計要求。

二、10kV電力環(huán)網柜的絕緣性能設計分析

基于不同的電力輸配電環(huán)境，許多電力企業(yè)也對自身的10kV環(huán)網柜在絕緣結構設計上進行了多方面改造。它不但實現了對設備內部結構的良好優(yōu)化，也在運行過程中保證了其絕緣性能的正常有效發(fā)揮。就目前的設計研究狀況來看，電力設備在絕緣方面非常重視外在條件影響因素，所以這也為設計過程中對絕緣標準的把握提出了更高的要求。本文從絕緣結構角度簡單探討了目前10kV電力環(huán)網柜在絕緣性能方面的相關設計。

（一）調檔設計

傳統(tǒng)電力環(huán)網柜由于受到技術、環(huán)境等多方面條件的影響限制，在產品選擇上多采用IEC 12kV檔。但就現代眼光來看，這種絕緣設計已經明顯無法達到現有電氣設備的實際需求。所以在絕緣部分的調檔設計環(huán)節(jié)，主要將原有標準改為IEC 17.5kV檔，并同時將電力環(huán)網柜的沖擊耐壓調節(jié)到38kV以上?？傮w而言，對電力環(huán)網柜的設計應該基于電力系統(tǒng)的早期絕緣效果，并在其技術基礎上加以改進完善，這樣做也能夠長期維持10kV電力環(huán)網柜的運行穩(wěn)定性和絕緣特性優(yōu)勢。

（二）母線設計

10kV電力環(huán)網柜的母線設計應該注意兩點內容，第一是材料，在設計電力環(huán)網柜時一定要充分考慮絕緣部分的材料選擇，應該結合環(huán)網柜所處的實際環(huán)境來進行相應選擇考量。通常情況下，會在母線室采用全絕緣母線和特性良好的包裹層材料，以期達到良好的絕緣效果。另外第二點是空間方面，需要確保一次導電體在面向對地時其與空氣的凈距離始終處于正常狀態(tài)（>150mm）。最后，要注意材料及空間這兩大要素的設計能夠有效促進母線在電力環(huán)網柜中的正確連接。

（三）分布設計

有機絕緣材料設計也是10kV電力環(huán)網柜中的重點，其設計操作難度也相對最大。如今的技術讓有機絕緣材料的分布設計要求更加多樣化，例如電壓互感器出線套管、母線支持絕緣子、靜態(tài)隔離插頭支持套管、滅弧室動觸頭拉桿絕緣子等等都是比較常見的設計對象。考慮到絕緣子所分布的規(guī)律，應該參照標準設計操作來把握絕緣子的具體位置，從而達到優(yōu)化分布設計的目的。

三、10kV電力環(huán)網柜的絕緣性能設計方面所存在的問題

電力環(huán)網柜無論是在產品種類、運用場合、技術參數還是結構形式上都有較大差別，所以在絕緣設計過程中應該做到對設計內容方案的綜合性考慮，以確保電力環(huán)網柜的絕緣效果達到最佳水平?？紤]到電力設備在機構設計上需要顧及整個供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，所以應該對10kV電力環(huán)網柜中相對較薄弱的位置進行關注與技術強化。根據供電企業(yè)的10kV電力環(huán)網柜的工作實踐經驗，本文總結了幾點在絕緣設計方面所存在的問題。

（一）10kV電力環(huán)網柜絕緣設計水平的基本要求

首先，應該選擇IEC17.5kV檔，且現場驗收試驗需要按照38kV電壓取值。

其次，要求母線使用帶有PVC材料包裹層的全絕緣母線，而且環(huán)網柜的一次導電體對地相間隔空氣凈距離保持在130mm以上。

第三，有機絕緣材料的爬距應該至少達到220mm以上，而瓷件部分也應該達到210mm左右。在絕緣設計過程中，應該明確提出符合設計要求的位置，諸如電壓互感器出線套管、滅弧室動觸頭拉桿絕緣子、靜隔離插頭支持套管、接地刀靜觸頭支座絕緣子等的設計位置需要特別關注。

（二）10kV電力環(huán)網柜所存在的絕緣問題

一般情況下，供電企業(yè)的10kV電力環(huán)網柜在環(huán)網開關方面都是按照24kV電壓等級標準來進行絕緣設計的，所以正常來說它在絕緣方面的裕度應該相對較大，但它依然還是存在一些絕緣薄弱環(huán)節(jié)的。

1.電纜頭連接部位的爬距問題

電纜頭連接結構屬于供電設備中的小型構造，主要分為“煙斗型”和“通用型”兩種電纜頭。按照實踐經驗和數據分析，通用型電纜頭是容易在熱縮頭運行后出現立刻放電現象的，其原因主要是因為出現套管圓錐缺少煙斗自身控制所導致的。如果選擇煙斗型則可以較大程度緩解電纜頭立刻放電問題。由此可見，電力設備具有相當復雜的結構形式，所以在設計過程中有必要考慮它的每個細節(jié)部分，注意對諸如電纜頭這樣小型結構形式的及時調整和改進，以期達到較為滿意的整體設備絕緣效果。

2.故障指示器感知TA的絕緣問題

考慮到目前全球尤其是歐洲地區(qū)使用單芯電纜較多，所以在故障指示器感知TA部分設計就主要附于電纜護皮外，與纜芯之間設置了完整的電纜絕緣層。整體來看，TA的絕緣部分設計是相當單薄的。而在我國國內則多用三芯電纜，其故障指示器感知TA是隨意套放于電纜絕緣層上的，其目的也是為了達到熱縮絕緣套分隔效果，但是在如此設計狀況下會存在以下3個問題。

第一，在熱縮絕緣套上存在游離電荷的積聚現象。當這種積聚達到一定程度時，它就會對TA進行鐵芯放電。

第二，當長時間運行以后，鐵芯的銳利邊緣會出現熱縮絕緣套或主絕緣層的割破現象，最終導致高壓對地電路的短路現象。

第三，當計算機實現了配電網自動化場合后，對設備及人身安全會存在一定威脅。所以可以改用外皮接地可觸摸式電纜頭，配合絕緣支架對TA實施固定。而在實施配網自動化場合時，也可以將感知TA改造到套裝在柜的出線套管上。

3.均壓罩問題

利用均壓罩可以解決電纜頭的連接處相間距離不足問題，并按照它所提供的計算機模擬電場分布狀況來實施設計。但如果出現電力環(huán)網柜的燒爆故障問題，則會造成兩相表面嚴重的放電現象。從安全角度來看，對諸如SF6這樣類型的環(huán)網柜來說，應該采用負荷開關配合熔斷器的組合來取代斷路器作為配電變壓器的基本保護設施。在這里，負荷開關即為開斷負荷電流，它能夠開斷相比于交接電流更小的故障電流。因此，SF6開關電器在零表壓狀態(tài)下其性能直接會影響到設備的安全運行狀態(tài)，絕對要加以重視。

結語

綜上所述，10kV電力環(huán)網柜目前在城市電網建設中已經越來越重要，所以為了確保它能夠有效發(fā)揮性能，應該在其絕緣性設計方面予以高度重視，針對環(huán)網柜的內部實際結構特性及運行需求來做好相關的絕緣設計工作，從而達到最基本的絕緣設計需求，確保電力設備的長期穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]蔡偉. 10kV環(huán)網柜運用時絕緣部分的設計[J].中國高新技術企業(yè)，2011（3）：33-34.

[2]秦建. 10kV開關柜、環(huán)網柜引進中有關絕緣方面的幾個問題[J].科技資訊，2008（2）：36.

[3] 楊煦.電力環(huán)網柜絕緣方面的問題初探[J].城市建設理論研究（電子版），2011（24）：87.