高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的有效應用

徐智祥

[摘要]在10kV的電力系統(tǒng)中，環(huán)網(wǎng)柜擔負配電環(huán)網(wǎng)的重要職能。筆者將從技術的角度介紹固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，分析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術特點，并重點探討固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應用，以期為高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的有效應用提供可行性建議。

[關鍵詞]固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜；高原電網(wǎng)

[中圖分類號]V242.3+1 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0383-02

隨著電網(wǎng)的迅速發(fā)展，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的應用范圍大大拓寬。在高原電網(wǎng)中，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜得到了有效地應用。本文將根據(jù)近期高原電網(wǎng)中固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的應用情況，首先介紹固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的相關概念，其次著重分析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術特點，最后闡釋固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應用，以便為同行提供參考。

一、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是一種新型配電設備，它集外固封、絕緣母線和組合單元小型化三種技術于一體，開關和高壓帶電部件都采用環(huán)氧樹脂進行整體澆注，以環(huán)氧樹脂固封作為帶電體，對地和相間進行絕緣。如（圖1）：

二、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術特點

1、體積結構更緊湊

固體絕緣方式的采用，使得其電氣強度達到為22-28kV/mm，這種技術的采用意義重大。采用這種絕緣介質(zhì)來制作10kV的開關，壓縮了相間和對地的安全絕緣距離，從空氣絕緣的12.5 mm縮短到幾毫米，這是其他充氣柜不能比擬的。與此同時，取消了壓力氣箱部件、壓力表、防爆裝置、充氣閥門和氣體壓力報警等有關氣體壓力的零部件，使得體積更為簡化。除此之外，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜通常采用固體迷宮式的絕緣結構，在帶有高壓電的各相導電體中，相互套裝結構多層的絕緣套筒。利用絕緣套筒之間的迷宮式路徑所形成的爬電距離，把高壓電封閉在相對較小的空間中，大大減小設備的尺寸。

2、固體絕緣技術的應用。

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜使用的主絕緣體一般是環(huán)氧樹脂材，以真空介質(zhì)作為滅弧介質(zhì)，采用固封極柱的技術，將主導電回路、真空滅弧室和絕緣支撐等有機結合成一個整體，通過對操動機構進行運動，實現(xiàn)分、合負荷電流或短路電流以及隔離負荷等功能，以便控制供配電系統(tǒng)，保護設備、人身的安全。

（圖2）為國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的固體絕緣單相開關，從圖中可以看出，開關的進出線導線、負荷開關、隔離開關和熔斷器等部分全部處在固體絕緣材料內(nèi)，可以有效地增加設備的電氣安全性能。

3、更環(huán)保、安全性能更高

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜中沒有應用SF6，杜絕了SF6的排放，更加綠色環(huán)保。所謂SF6是一種對大氣污染較為嚴重的氣體。根據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書》，導致全球變暖的六種溫室氣體中，SF6的溫室效應值最高，是二氧化碳對大氣影響的23900倍。對此，世界各國加強立法，減少或禁止SF6在電力設備中的應用。

由于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜自身結構的特點，它有著更高的安全性能，具體包括以下幾個方面。第一，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是分相結構相間隔離設計，不會擴大故障的范圍，不會引起內(nèi)部相間的故障。同時，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的開關部分采用真空作為內(nèi)絕緣和滅弧的介質(zhì)，分相絕緣設置，并采用厚度不小于12mm的進口環(huán)氧樹脂對外部進行防護，它的結構特性、滅弧原理決定了它具有極高的安全性能，可以避免拉弧時開關爆炸的危害。因固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜沒有裸露的帶電體，所以不會有“污閃”、“凝露”的事故發(fā)生。第二，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用了環(huán)氧樹脂套筒以及絕緣筒進行外絕緣，不僅從根本上解決了在嚴寒地區(qū)SF6氣體在液化冷縮和高溫地區(qū)膨脹所造成的影響，還避免在不同的海拔高度氣壓下對開關氣箱的影響。第三，使用環(huán)氧樹脂對開關內(nèi)部所有連接部分進行澆注，連接部位的強度比氣體絕緣的開關增大了許多，避免由于運輸或者使用中的震動，造成開關連接部位松動進而導致發(fā)熱的情況出現(xiàn)。采用單元組裝的方式，在設備運行現(xiàn)場可以及時更換故障單元，降低現(xiàn)場工作的風險，大大縮短維修的時間。

4、模塊化，擴展性強

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜集合充氣式環(huán)網(wǎng)柜模塊化設計的特點，結合自身的優(yōu)勢，將不同柜型的相間距離、柜體高度和母排高度進行統(tǒng)—設計，實現(xiàn)了相互聯(lián)結和快速組裝。

充氣柜內(nèi)的負荷開關或者斷路器單元的聯(lián)結排布和數(shù)目在產(chǎn)品下線以后是相對固定的，導致開關單元之間組合的靈活性較差。此外，充氣柜受到電流互感器、電壓互感器維護的限制，電壓互感器、電流互感器無法安裝在封閉氣箱內(nèi)，因此也沒有關于雙電源間的計量設計方案。與充氣柜相比，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜組合更加靈活。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是單元組裝結構，各單元間能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場調(diào)換。當其中一個回路出現(xiàn)故障，馬上在現(xiàn)場更換另一個回路，還可以在現(xiàn)場進行設計回路方案的更改，例如臨時置換斷路器單元與負荷開關單元等。

三、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中的有效應用

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在高原電網(wǎng)中達到了有效應用。在2010年30臺北京雙杰電氣（雙杰）制造的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜應用在西藏各供電局的老城區(qū)電網(wǎng)改造項目中。經(jīng)過兩年多的運行，雙杰的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜能夠完全適應高原地區(qū)的氣候環(huán)境使用，相比SF6環(huán)網(wǎng)柜，它抗高寒惡劣環(huán)境的優(yōu)勢更加明顯。

以西藏地區(qū)為例，西藏地區(qū)的平均海拔在4000米以上，平均氣溫較低而且溫差較大，素有“世界屋脊”的稱號，被人們稱為除南極和北極以外的“地球第三極”。在2010年以前，西藏地區(qū)使用的是SF6環(huán)網(wǎng)柜，特殊的氣候環(huán)境，造成SF6環(huán)網(wǎng)柜的使用存在兩大困擾。第一是海拔較高，箱體會由于大氣壓力的減小自動膨脹，產(chǎn)生漏氣，以致造成短路的現(xiàn)象。第二是在長期低溫的環(huán)境下，SF6環(huán)網(wǎng)柜的SF6氣體液化，氣箱內(nèi)的氣壓也逐步降低，導致絕緣和滅弧性能的下降。要解決上述問題，工作人員必須定期對SF6環(huán)網(wǎng)柜進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)從而解除隱患。在每年冬季到來之前，為防止SF6氣體液化，要對SF6環(huán)網(wǎng)柜進行補氣，以此來保持氣箱內(nèi)的壓力穩(wěn)定。SF6環(huán)網(wǎng)柜在惡劣的氣候條件下運行不穩(wěn)定，增加了技術維護人員的工作量，與此同時，安全性能也沒有任何保證。

使用固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜將會大大的改善這種情況。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜采用的是真空滅弧，它的滅弧原理是利用電弧電流的自然過零，真空介質(zhì)能夠使弧隙絕緣，電弧不會再重燃，進而熄滅電弧，真空滅弧能夠大幅度提升其運行的穩(wěn)定性。在高原地區(qū)，因為不再以SF6作為絕緣介質(zhì)、滅弧介質(zhì)，不會發(fā)生由于氣壓低箱體膨脹和冷天氣體液化等的顧慮，以往的兩大難題得以解決。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)勢不僅限于這些，它采用相間隔離設計、分相絕緣，避免相間放電的可能性。帶電的部件全部被密封在環(huán)氧樹脂開關套筒、硅橡膠封閉母線中，實現(xiàn)全絕緣和全密封。此外，它的固封極柱技術，不害怕風沙的侵襲，免除維護，尤其適應室外的運行。與傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)柜相比，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的安全性能大大提升。

四、結束語

結合上述所說內(nèi)容，筆者認為基于目前的條件，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜對氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜來說是一個有益的補充，可以用于海拔較高的地方。在短期內(nèi)，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜可能無法徹底取代氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜。然而，從長期的發(fā)展來看，基于固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的優(yōu)勢，它必將有新的發(fā)展領域。

參考文獻

[1]鐘恒強，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在配網(wǎng)中壓領域的技術現(xiàn)狀及市場前景分析[J]電氣應用，2011（9）

[2]栗清振，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜將迎來應用新格局[J]，中國電力報，2012（9）

[3]李建基，高壓開關設備的制造與運行[J]電氣技術，2009（1）