固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜研發(fā)中的若干技術(shù)問題綜述

紀新月

摘要：近年來，我國加大了城網(wǎng)改造的力度，環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用越來越廣泛，環(huán)網(wǎng)柜的實際應(yīng)用方案進一步完善。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研究和開發(fā)，主要是為了保護環(huán)境而設(shè)計，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展會對環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。采用固體絕緣環(huán)型容器，可以有效地促進我國電網(wǎng)的發(fā)展，促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中壓配電技術(shù)? 中壓環(huán)網(wǎng)柜? 技術(shù)現(xiàn)狀? 固體絕緣環(huán)型容器

Summary of Some Technical Problems in the Research and Development of Solid Insulated Ring Network Cabinet

JI Xinyue

（School of Electrical and Energy Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou， Jiangsu Province，225127 China）

Abstract： In recent years， my country has increased the intensity of urban network transformation， the application of ring network cabinets has become more and more extensive， and the actual application scheme of ring network cabinets has been further improved. The research and development of the solid insulated ring main unit is mainly designed to protect the environment. The development of the solid insulated ring main unit will have a certain impact on the development of the environment. The use of solid insulated ring-shaped containers can effectively promote the development of my country's power grid and promote the sustainable development of social economy.

Key Words： Medium voltage power distribution technology; Medium voltage ring network cabinet; Technology status; Solid insulated ring container

利用中壓配電網(wǎng)，可以加強主網(wǎng)與用戶的有效連接。近年來，隨著國家電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，對中壓電網(wǎng)的需求也日益增長。因此，廣大用戶及相關(guān)制造企業(yè)也開始普遍關(guān)注中壓配電的發(fā)展和技術(shù)現(xiàn)狀，這也對中壓配電設(shè)備的發(fā)展提出了更高的要求。

1現(xiàn)階段固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在中壓配網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在城市居住區(qū)廣泛應(yīng)用

對于中壓環(huán)網(wǎng)箱，其核心部分主要由兩部分組成：一是負荷開關(guān);二是熔斷器。同時，中壓環(huán)網(wǎng)柜還有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，且價格比較低。另外，中壓環(huán)網(wǎng)柜能有效改善供電質(zhì)量，提高供電可靠性、安全性。對中壓環(huán)網(wǎng)柜進行觀測，確定最大額定電流為1250A，一般為630A。對于中壓環(huán)網(wǎng)柜絕緣介質(zhì)的限制，一般可分為兩種：一種是空氣絕緣;另一種是SF6氣體絕緣。環(huán)網(wǎng)柜主要應(yīng)用于分合閘負荷電流和分閘短路電流。另外，它們還具有一定的控制和保護作用[1]。

1.2真空負荷環(huán)網(wǎng)柜能形成良好的隔離斷口

用于空氣絕緣的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的負荷開關(guān)有以下4種：一是氣體產(chǎn)生式;二是壓氣;三是真空;四是SF6負荷開關(guān)，其中SF6負荷開關(guān)作為空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的主干開關(guān)。在氣箱中的負荷開關(guān)一般有3種工作位置，即切斷負荷、可靠接地和電路隔離。

1.3提高環(huán)網(wǎng)柜的實際應(yīng)用水平

一般來講，環(huán)網(wǎng)柜體大部分體積較小，根據(jù)這一特性，大多數(shù)負載開關(guān)（通常是高壓鍵）都有相對簡單的結(jié)構(gòu)和高壓螺絲。環(huán)網(wǎng)柜的正常運行主要依靠負荷開關(guān)和固定裝置來有效地切斷短路電流。兩種方法的有效結(jié)合，實現(xiàn)了功率交換的最大化。如果要更換開關(guān)，則只能在特定的性能范圍內(nèi)進行[2]。

2固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展趨勢及技術(shù)特點闡述

2.1電極柱密封技術(shù)的有效應(yīng)用

環(huán)氧樹脂材料是指一種常用于固態(tài)絕緣體主絕緣體的材料，滅弧介質(zhì)主要用于真空環(huán)境。為了有效地實現(xiàn)負載與電流隔離等功能，必須盡可能對開關(guān)的運動和分配系統(tǒng)進行有效的控制，進一步保護機械設(shè)備和操作者的人身安全。采用固體絕緣可以有效地縮短斷路器柜內(nèi)相位到地面的距離，將空氣絕緣距離從125mm減至幾毫米。當不使用SF6氣體時，體積會發(fā)生變化，比之前的C-GIS要小。此外，相對簡單的電源結(jié)構(gòu)可以有效地減少儀器元件的數(shù)量，提高設(shè)備的可靠性

2.2固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)特性

與帶SF6斷路器的空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜和SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜相比較，有以下幾方面的優(yōu)勢。第一，殼體結(jié)構(gòu)比較簡單，通過取消壓力瓶組件和壓力表、充氣閥等相關(guān)氣體部件，大大提高了環(huán)網(wǎng)柜的可靠性，降低了后續(xù)維護費用，有效地改善了斷路器的工作狀態(tài)。第二，在回路開關(guān)中，主開關(guān)配備隔離部件，并且斷口可以有效地看出其廣泛應(yīng)用于低溫、高溫環(huán)境中，以環(huán)氧樹脂和絕緣套管為主的固體絕緣子外絕緣，2種材料在嚴寒地區(qū)使用，有效地降低了低溫地區(qū)SF6氣體的液化和冷卻程度，減少高溫區(qū)擴張帶來的不利影響。

3固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜亟待解決的問題

3.1絕緣和絕熱表面噴涂技術(shù)

根據(jù)局部放電的形成機理，發(fā)現(xiàn)固體絕緣的內(nèi)部放電主要是由于孔洞的存在?，F(xiàn)行的密封技術(shù)主要是將金屬模具預(yù)熱，然后將它放入化學零件的預(yù)熱密封中，將真空慢慢插入金屬腔內(nèi)，在固化后需抽真空。這種工藝不僅效率低，而且成本高。不完全的氣泡處理，這將導致固體絕緣體中出現(xiàn)大量空洞。在設(shè)備運行中，可能出現(xiàn)局部放電，導致固體絕緣元件長時間斷裂，影響設(shè)備的安全可靠運行。為此，必須引進先進、優(yōu)質(zhì)、高效的環(huán)氧樹脂密封技術(shù)。另外，由于開關(guān)表面的屏蔽直接影響設(shè)備的性能，因此在設(shè)計和生產(chǎn)過程中必須解決表面屏蔽問題，即表面屏蔽技術(shù)。絕緣材料表面金屬化的目的是為固體燃料電池提供可靠的接地，將環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響降到最低程度，提高固體燃料電池的使用。目前，市場上有相當一部分的固體絕緣環(huán)柜沒有經(jīng)過加工處理，供應(yīng)的產(chǎn)品局放指標較高[3]。

3.2缺乏操作、維護經(jīng)驗

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是近年來引進的一種新技術(shù)產(chǎn)品，電網(wǎng)沒有對固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜進行科學合理的試運安排，造成目前電網(wǎng)運行總量小、運行時間短、省網(wǎng)連接不完善。例如，高溫地區(qū)、高溫潮濕地區(qū)、沿海地區(qū)、雨量充沛、日溫差大的地區(qū)，需要針對實際應(yīng)用中存在的問題，在全國范圍內(nèi)全面積累工作經(jīng)驗，對固態(tài)絕緣網(wǎng)絡(luò)柜進行針對性、前瞻性的改進，以不斷提高產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。

3.3發(fā)展固體絕緣環(huán)網(wǎng)設(shè)備

近年來，隨著中國配電網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，中國配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平有了很大的提高。SF6氣體被廣泛應(yīng)用于中壓環(huán)電路中，從我國發(fā)展現(xiàn)狀來看，SF6氣體的綜合性能最好。但隨著我國環(huán)境保護意識的逐步增強，保護自然環(huán)境成為重中之重。環(huán)網(wǎng)箱大量使用SF6氣體，將對我國的環(huán)境造成一定的危害，甚至危及人類健康。因此，將減少SF6氣體環(huán)網(wǎng)柜的使用，在環(huán)境保護方面，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的使用將是高壓開關(guān)設(shè)備發(fā)展的主要目標。我國制造廠商對此都進行了預(yù)測，并逐步開始對固體絕緣柜產(chǎn)品進行開發(fā)與生產(chǎn)[4]。

3.4絕緣模組結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

絕熱模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在滿足功能、檢驗和安裝要求的前提下，還需要對其進行降低材料消耗、防止殘余應(yīng)力的設(shè)計。殘余應(yīng)力的存在會引起固體絕緣元件的內(nèi)外裂紋，設(shè)備運行時會產(chǎn)生局部放電，引起絕緣穿孔。因此，從絕緣結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)、厚度、過渡到結(jié)構(gòu)等方面，必須深入研究介質(zhì)模塊的結(jié)構(gòu)，并考慮散熱的概念。

3.5研究和設(shè)計屏蔽層

其外觀設(shè)計的主要目的是規(guī)劃金屬屏蔽接地：一是在絕緣損壞時，使短路故障只發(fā)生在相對地之間，減小電弧能量，降低故障風險;二是在任何環(huán)境下都能保持絕緣，無需清洗模塊外表面，即使柜內(nèi)有金屬異物，電場分布不變。

4固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)的發(fā)展方向

4.1發(fā)展新型高性能絕緣材料

采用環(huán)氧樹脂作為固體絕緣材料的環(huán)形容器，雖然性能很好，但在真空陶瓷滅弧室中澆注的同時，也會對原料造成破壞。因此，開發(fā)高檔環(huán)氧樹脂，完全超越了環(huán)氧樹脂的特性。2014年，科學雜志發(fā)表了一篇關(guān)于發(fā)現(xiàn)新型可回收熱固性高分子材料的文章，指出了“聚水楊酸”熱固性塑料回收利用的重大進展。這種高聚物具有很高的回收能力，而熱固性塑料不能再循環(huán)5年，未來10年生產(chǎn)的新產(chǎn)品將充分利用可回收的熱固性材料。

4.2內(nèi)建組件間接口連接方式的研究

因為實心絕緣環(huán)網(wǎng)柜是由固體絕緣部分制成，用于填充元件主回路導體部分和安裝件的主回路部分，由于預(yù)埋件之間存在耦合不靈活，所以有必要對連接不同澆注元件的電線進行標準化，而環(huán)形柜整體配置是調(diào)直的，而且連接導線必須用環(huán)氧樹脂澆鑄，因此需要與閘門連接，在產(chǎn)品合理化時保持一定的自由度。針對這一問題，提出了一種采用硅橡膠材料柵極與導體連接的接口技術(shù)。通過這種方式，可以實現(xiàn)規(guī)范化，使各接收器的元件可以互相連接，接收器元件也可以合理配置，減少了整體絕緣箱的設(shè)計。

4.3固態(tài)絕緣環(huán)網(wǎng)柜市場推廣應(yīng)用前景

固態(tài)絕緣環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無毒、無污染、綠色環(huán)保，符合全球綠色發(fā)展理念。然而，作為一種產(chǎn)品，只有當產(chǎn)品真正用于市場時，廠商才能從產(chǎn)品銷售中獲利。如何將其成功應(yīng)用于市場，成為人們關(guān)注的焦點。理解用戶的需求，滿足用戶的需求，是新產(chǎn)品引進成功的關(guān)鍵，并結(jié)合用戶需求，對固體絕緣制品的應(yīng)用前景進行了分析。

4.3.1滿足消費者需求的產(chǎn)品

用戶在使用過程中，首先要求產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)符合相關(guān)標準（技術(shù)規(guī)范、國家和行業(yè)標準等），并獲得國家電力行業(yè)的有關(guān)標準和標準，在固體絕緣產(chǎn)品中未發(fā)現(xiàn)任何特殊標準，因此，為使這些產(chǎn)品能夠執(zhí)行，固體絕緣產(chǎn)品必須協(xié)助制定國家或電氣標準，委員會指出，截至2002年12月31日，共有約1500萬t固體絕緣產(chǎn)品提出索賠。

4.3.2用戶對配網(wǎng)產(chǎn)品的要求較高

中壓配電裝置是電網(wǎng)中廣泛使用的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷擴大，作為主網(wǎng)用戶間的橋梁，對中壓設(shè)備的需求日益增長。該產(chǎn)品使用壽命長，環(huán)境適應(yīng)性強，符合環(huán)保要求，體積小，安裝方便快捷，經(jīng)濟方便，對設(shè)備具有可靠的使用歷史要求[5-6]。

體積較小的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，單負荷開關(guān)柜單元尺寸為860mm、420mm寬、1200mm高。深度850mm，寬500mm，高1600mm。與空氣絕緣室相比，固態(tài)絕緣體的尺寸介于誰和誰之間。通過對以上技術(shù)性能的推斷，還可以判斷固體絕緣環(huán)網(wǎng)箱提供人身安全。但是，由于固體絕緣環(huán)網(wǎng)的使用時間較短，目前已經(jīng)在幾家中國工廠中得到了應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)上運行的設(shè)備不多。目前，不可能對環(huán)氧絕緣的老化情況進行評估，因此不能同時檢查檢驗周期，部分國內(nèi)設(shè)備對SF6環(huán)柜（生產(chǎn)車間、模具和自動激光焊接）的裝配和合資企業(yè)主要保證產(chǎn)品20多年的使用壽命。這是優(yōu)勢。經(jīng)濟性上，由于制造商目前生產(chǎn)固體絕緣柜體，需要大量的特種設(shè)備費用、專用模具、設(shè)備及材料。目前，電網(wǎng)固定絕緣環(huán)的市場價格較高，另外，由于電力系統(tǒng)主要采用設(shè)備并網(wǎng)招標，價格較低，一段時間內(nèi)可購進多個區(qū)間。環(huán)網(wǎng)的SF6模塊越來越低，而且顯然不受固態(tài)絕緣環(huán)狀容器的控制。

4.3.3產(chǎn)品使用環(huán)境要求

在大部分地區(qū)，用戶對設(shè)備的日常工作環(huán)境要求不超過40℃，不低于-10℃。近年來全球范圍內(nèi)自然災(zāi)害的發(fā)生，對用戶的使用提出了更高的要求。例如，在惡劣的環(huán)境下，要安裝環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)柜要全封閉維護，保證環(huán)網(wǎng)完全絕緣，斷路器設(shè)備對環(huán)境適應(yīng)性強，防塵、防潮、短時間的浸水保護，可提高其抗振能力。

用環(huán)氧樹脂澆注斷路器內(nèi)部各部件，可大大提高斷路器絕緣氣體的強度，在運輸和使用過程中不會因振動而減弱。和氣體絕緣環(huán)網(wǎng)產(chǎn)品相比，部分廠家在青海和沿海潮濕地區(qū)進行了試驗，在海拔4000m左右的地區(qū)進行了試驗，已達到IP68的防護等級。因此，固體絕緣環(huán)網(wǎng)產(chǎn)品更能滿足環(huán)保要求。

5? 結(jié)語

從我國固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展現(xiàn)狀來看，該絕緣技術(shù)相對完善，彌補了空氣絕緣和氣體絕緣網(wǎng)柜的不足，可用于特殊環(huán)境，如高海拔地區(qū)。采用固體絕緣環(huán)型容器，可以有效地促進我國電網(wǎng)的發(fā)展，促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境保護越來越受到關(guān)注。可以斷言，絕緣環(huán)網(wǎng)柜具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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