12～24kV氮氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的創(chuàng)新與應(yīng)用

朱華鋒

（浙江容大電力設(shè)備制造有限公司，杭州 311400）

1 氮氣

氮氣，是最早發(fā)現(xiàn)的惰性氣體之一。我們可以將六氟化硫、氮氣與空氣進行比較，見表1。從表中我們可以得知，相比于六氟化硫，氮氣主要有以下優(yōu)勢：第一，氮氣的相對分子質(zhì)量較小，與其他物質(zhì)發(fā)生交換時能輕易置換出來。第二，密度低，比空氣略小。在相同的質(zhì)量下，氮氣的體積比六氟化硫的體積要大。第三，來源廣泛。在空氣中，氮氣的比例為79%，意味著我們身邊存在著許多氮氣，而且收集方便。第四，更為環(huán)保。與六氟化硫相比，氮氣大量存在于大氣中，不會危害人類的生活。第五，用途廣泛。氮氣的來源決定了它的用途多，主要作為填充氣體與保護氣體使用。

表1 氣體比較表

2 氮氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的特點

新型的氮氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜主要有以下特點：

（1）絕緣性能良好。無論是絕緣網(wǎng)柜的內(nèi)部構(gòu)件還是外部設(shè)施，都不會受到外界帶電體的干擾，而且所有帶有電荷的元件都必須安裝在內(nèi)部，外部必須為絕緣材料，使得內(nèi)部不能獲取電子，阻隔了電源的流通。（2）抗外界能力強。雖然外部為絕緣材料，但是在運行的過程中還是需要考慮外界天氣的影響[1]。所以，外部與內(nèi)部絕緣材料需要抗自然災(zāi)害能力強。（3）氣體的壓強較小，一般不能超過0.2MPa。（4）各部分元件應(yīng)該縮小距離，盡量布置在同一個空間內(nèi)，合理有序地分布。

3 氮氣絕緣網(wǎng)柜的研發(fā)

3.1 減小氣體間隙

第一種措施，可以減小氣體的間隙來達(dá)到絕緣效果。間隙是指氣孔與氣孔之間的距離，在物理學(xué)上，0.1mm與0.1nm的氣體間隙是差距很大的，而且在絕緣環(huán)網(wǎng)柜中，氣體的間隙越小，絕緣效果越好。為此，降低氣體間隙的做法有3種：第一，采用圓形母線。根據(jù)資料可知，圓形母線的調(diào)整性能良好，在一定的電場中，有利于不均勻系數(shù)的下降。而且圓形母線能夠與其他構(gòu)件保持一定的距離，同一空間內(nèi)，為矩形母排騰出最大的空間，從而達(dá)到電場量減小的結(jié)果。第二，采用絕緣材料。絕緣材料的耐負(fù)荷能力強，在電場中，能夠阻斷電子間的運動情況，使周圍分布的電荷量急劇下降，電場突變，以直線速度降低。第三，采用旋轉(zhuǎn)式開關(guān)。旋轉(zhuǎn)式開關(guān)有以下優(yōu)勢：一是每個開關(guān)下具有2個隔離斷口；二是屏蔽靜觸頭的電場強度；三是將法蘭禁閉在絕緣材料中[2]。

3.2 絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計

絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以分為兩個部分：第一部分，降低套管周圍的電場強度。一是增加絕緣材料的絕緣強度，吸納更多電子，獲得更大的電場強度；二是接地嵌件的高度，對其調(diào)整可以加強屏蔽作用，降低法蘭處的電場強度；三是調(diào)整法蘭以及套管的形狀，不同的形狀所產(chǎn)生的電場強度不一樣。同等條件下，圓形比矩形形狀吸納更多的電荷，獲得更大的電場強度。第二部分，支撐緣子類。一方面調(diào)整絕緣子的半徑，同時對內(nèi)部構(gòu)件進行合理配置，配合絕緣子的調(diào)整，降低其電場量。另一方面，屏蔽作用。增強屏蔽器件，使絕緣子周圍的電荷量減少，從而減小電場量。

3.3 屏蔽作用

屏蔽作用是產(chǎn)生絕緣性能的重要內(nèi)容。第一，法蘭周圍的屏蔽作用。法蘭材料是絕緣網(wǎng)柜的重要構(gòu)件。為此，在法蘭周圍，可以對套管以及絕緣材料施加屏蔽作用，減小法蘭周圍的電場強度。第二，絕緣子的屏蔽作用。在絕緣子附近，可以設(shè)置大量金屬線圈，屏蔽電子作用，使得電場內(nèi)電子運動減速或者消失。第三，絕緣材料的引進。傳統(tǒng)的絕緣材料使用壽命短，而且技術(shù)落后。對此，絕緣網(wǎng)柜需要引進成熟的技術(shù)與絕緣材料，大大增加絕緣網(wǎng)柜的使用壽命。此外，氮氣本身是一種保護氣體，具有隔離氧氣的作用，能夠有效保護絕緣網(wǎng)柜不被氧化。

4 氮氣環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用

氮氣環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用發(fā)展可以表現(xiàn)為環(huán)保電力行業(yè)。21世紀(jì)初，國家采用是六氟化硫絕緣環(huán)網(wǎng)柜，一般用于電力行業(yè)與高壓開關(guān)行業(yè)，且，不僅僅局限于電力行業(yè)，像大型的工廠以及設(shè)備廠都需要絕緣環(huán)網(wǎng)柜。所以，做環(huán)保電力行業(yè)的環(huán)網(wǎng)柜，將會帶動其他領(lǐng)域的發(fā)展。環(huán)網(wǎng)柜是電廠與用戶之間的中轉(zhuǎn)站，如果能夠?qū)⑦@個中間體替換為環(huán)保材料，將為雙方帶來利益。

5 結(jié)束語

生態(tài)危機的出現(xiàn)意味著大自然的 懲罰 ，臭氧空洞的不斷增加意味著六氟化硫氣體已嚴(yán)重污染環(huán)境。為此，12～24kV氮氣絕緣網(wǎng)柜的研制減少了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。氮氣是一種零 污染氣體，為此，絕緣網(wǎng)柜的研制可以從母線、套管、絕緣子以及屏蔽作用出發(fā)，優(yōu)化絕緣網(wǎng)柜的性能，為治理環(huán)境而貢獻(xiàn)出一分力量。

[1] 錢立驍，陳勝言.12～24kV氮氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研制[J].高電壓技術(shù)，2014，（12）：3717-3724.