環網開關柜絕緣氣體環保化探究

海龍(云南電網有限責任公司麗江古城供電局，云南 麗江 674100)

0 引言

作為常用設備，環網開關柜具有操作簡單、成本低廉的顯著優勢，因此被供電部門廣泛用于二次配電系統中。但據調查，環網開關柜內部絕緣氣體主要是六氟化硫，由于這是一種受限制的溫室氣體，在使用過程中存在的泄漏問題會嚴重損害人體身體健康，故此加快環保型氣體的研發，是目前電力企業實現可持續發展的重要基礎問題。

1 環網開關柜絕緣氣體環保化研究

就目前來看，在可供選擇的環保型氣體中，由于氮氣、空氣易獲取、低成本以及安全性高的優勢，成為了企業科研機構的首選。但另一方面由于空氣成分十分復雜，氧氣和水分在某些特定條件下會腐蝕和氧化電氣設備的電接觸絕緣部件，最終在影響環網開關使用安全性和質量性的同時，也給人們的生命財產埋下了巨大安全隱患。為此將“氮氣”取代“六氟化硫”，是現階段環網開關絕緣氣體環保化研究的主要方向。

1.1 擊穿強度研究

雖然在使用安全性方面，氮氣作為絕緣氣體的環網開關柜具有高可靠性，但通過對擊穿強度進行剖析可知，在某些不均勻的電場中，以六氟化硫氣體作為滅弧和絕緣介質的高壓開關以及環網相比氮氣，在耐電強度方面具有顯著優勢，通常是氮氣的2倍多。就氮氣與干燥壓縮空氣相比，兩者的耐電強度具有一定的相似性，在對其進行擊穿強度研究過程中，通常來講采取的研究方式主要是在大氣壓強度下采用“棒-棒”或是“棒-板”電極進行試驗，在試驗過程中需將電極棒直徑誤差控制在50mm以內，兩電極之間的凈距離偏差控制在80mm以內，通過試驗可得氮氣和干壓縮空氣的相對強度存在一定偏差，偏差值大概在0.9～1.2左右。在進行絕緣環保柜設計過程中，為滿足氮氣絕緣條件，在進行擊穿電場強度設計時，一般選擇0.9作為絕緣裕度系數。

1.2 耐電強度研究

在進行環網開關柜環保型絕緣氣體研究過程中，除了要對環保型氣體擊穿強度研究外，與此同時還要對其耐電強度展開系統化剖析，根據大量調研數據分析可知，在均勻亦或是稍不均勻的電場中，影響氮氣擊穿強度的主要因素是電氣間隙，通常而言電氣間隙越大耐電強度越高。

1.3 氣壓對氮氣電性能研究

就目前來看，作為電氣工程的重要設備之一，環網開關柜在使用過程中或多或少都會受到一些沖擊電壓的作用，在此環境中為從根本上確保開關柜的安全性、可靠性，對“氣壓對氮氣電性能”展開系統化研究也是十分必要的。通常來講一定范圍內氣壓與氮氣耐電強度兩者之間存在一定的線性關系，但這種關系僅限于在均勻亦或是稍不均勻的電場中，至于在不均勻的電場中，受直流或工頻電壓的影響氮氣耐電性能呈現駝峰現象，因此在進行環網柜開關設計過程中，為從根本上確保環網柜使用性能的最大化發揮，通常采用的是均勻場亦或是稍不均勻場，只有如此才能根據兩者之間的線性關系進行大體估算。

2 環保氣體絕緣環網開關柜研制作業的基本概述

通過上述分析可知，近年來伴隨人們環保意識的不斷增強，為確保環網柜安全運行，用氮氣取代六氟化硫作為絕緣氣體，是現階段企業科研機構的主要研發方向，但從絕緣性能、熱傳導性、滅弧性能等方面來看，氮氣與六氟化硫之間還存在一定差距，為此在進行環保氣體絕緣環網開關柜研制過程中，工作人員還需做好如下作業。

2.1 氣箱內的絕緣性

在對氣體環保化研究過程中發現，相比六氟化硫，氮氣無論是耐電強度亦或是絕緣強度都與之存在一定差異，具體來看氮氣的耐電強度是六氟化硫的四分之一，絕緣強度是其三分之二。就目前來看，為確保預期使用效益的最大化發揮，在進行設計時工作人員需確保帶電體表面場強、絕緣體表面場強、環氧樹脂件局部放量控制以及相間和相對地距離把握工作落實到位，以此來確保環保氣體絕緣環網開關柜功能的實現。

2.2 氣箱的強度

在現階段環網開關柜研制過程中，由于氮氣作為一種新型絕緣氣體被應用后會產生新的設計理念，因此為規避后期開關柜使用過程中因強度不足而導致氣箱變形問題的出現，工作人員還需對氣箱的整體強度進行研究，在全面掌握和了解氣箱橫向加強筋、豎向加強筋、后蓋板以及前面板最大變形量的基礎上進行設計。

2.3 箱體的散熱

當用氮氣作為環網開關柜絕緣氣體后，與此同時還面臨一個巨大難題，即散熱問題。相比六氟化硫，氮氣的散熱性能較弱，當遇到額定電流超過2100A時，極易引發各種安全性問題，給人們的生命財產埋下巨大安全隱患。在進行環網開關箱研發過程中，為從根本上規避不良情況的發生，設計人員為實現氣箱內部熱量的風道式散熱，需在具體結構設計時有意識的將高溫升點的熱量向低溫升點傳遞。

2.4 氣箱的焊接

在內部結構設計中，絕緣氣體不同的兩個環網開關柜，內部結構也存在顯著差異，目前來看作為環網開關柜的新型絕緣氣體，氮氣環網柜在設計過程中，通常采用的是薄鋼板焊接，在焊接時倘若工作人員依舊采取傳統的焊接技術和手段，不僅極易導致局部區域疲勞開裂，甚至還會引發變形等問題，由此給企業造成了十分不利的影響。為從根本上規避上述問題的產生，嚴格控制氣箱變形量，在進行焊接時工作人員需明確氮氣環網柜焊接的熱影響主要集中在焊接位置，因此為降低工件熱輸入量，一般采用冷焊接技術進行焊接。

3 環網開關柜絕緣氣體環保化結構設計的注意事項

根據《京都議定書》可知，雖然在性能方面，六氟化硫具有顯著優勢，但作為一種限制排放的溫室氣體，再加之泄漏引發的安全性隱患，近年來企業科研機構加快了對其他環保型氣體的研發。雖然相比六氟化硫，氮氣在某些性能方面存在一定的弱勢，但為確保預期使用效益的最大化發揮，工作人員還需做好如下工作。即：優化電極形態，根據不同結構位置及功能進行絕緣結構的優化設計；復合絕緣是降低氮氣介質內電場強度的有效方法，在使用過程中為降低電場強度需使用一定厚度以及強度的復合絕緣層；為降低保證電場的不均勻系數，需選擇較大直徑的母線；為降低氮氣介質內電場強度，需采用真空和屏蔽環的方式。

4 人工智能化技術在高低壓成套開關柜電氣設計中的應用范疇

4.1 電氣設備設計應用

近年來，隨著我國城鄉一體化建設進程的不斷加快。在當前多元化市場競爭環境下，將人工智能技術應用到電氣設備設計，可提高企業的市場競爭力。一方面需制定科學合理的養護制度和養護策略，確保后期各項養護工作落實到位，降低機械損壞和故障發生頻率，以此來延長機械設備的使用壽命；另一方面在對電氣設備設計工作優化時，工作人員需在合理應用智能技術的基礎上，有效結合控制系統中的程序編寫，實現精準化控制。此外工作人員還可利用智能技術，通過對終端儀表中的數據信息進行科學分析，以確保設計的科學性、合理性和先進性。

4.2 電氣自動化設備應用

自動化系統有多部分組成，每個部分涉及不同學科。因此在具體作業過程中，操作人員自身的專業性和綜合素養水平的高低，對設備操作質量及操作效率有著重要影響。企業不僅需聘用專業能力、綜合素養亦和責任心都滿足企業發展的人才，還需將人工智能技術應用到電氣自動化設備中，在降低人力資源損耗的基礎上，保障了設備作業的安全性，最終提高自動化控制的精準度和控制質量。

4.3 電氣控制應用

就目前來看，在電氣控制中應用的人工智能技術主要有三種，即神經網絡控制、模糊控制和專家控制等技術。具體而言，神經網絡控制系統是通過模擬人類神經元活動，確保其控制效果得到有效發揮的基礎類型，在當前互聯網技術不斷完善的信息化產業時代背景下，其技術也日漸成熟；而專家控制系統則是基于專家理論，通過有效結合理論技術，實現人工智能技術，可從根本上提升電氣設備運行的安全性和可靠性；模糊控制是基于模糊語言和模糊推理，嚴格遵循專家經驗，通過科學應用控制器進行電氣控制。在當前電氣工程及其自動化產業規模持續上升的新市場經濟常態下，其應用率也在不斷提高。

5 高低壓開關技術設備智能化的發展方向

5.1 功能方面

當前，計算機應用技術在工業生產得到普遍的推廣，有很多電力技術設備也都運用到了計算機。在高低壓成套開關技術設備中就用到了計算機。利用計算機的對于數據的處理功能使得技術設備的數據分析更加的完善與進步，也降低了因為數據處理錯誤而造成的麻煩與困擾，使其更加符合現代化的發展趨勢。

5.2 系統保護問題

目前，網絡“黑客”等系統破壞技術可對國民經濟各領域造成很大困擾。電力系統如遭受攻擊，會造成重要技術設備系統的破壞，嚴重的可致使電網癱瘓。為了應對這些問題，需要利用技術手段保護系統免受傷害。采用智能化的技術可以很好的解決這個問題，從而使電力系統得到有效保護。

6 結語

綜上所述，伴隨經濟的快速化發展，中高壓環網開關設備在研發過程中，高可靠性、小型化以及智能化是現在設備研發的主要方向。其中作為設備的滅弧和絕緣介質，六氟化硫在使用過程中雖然具有良好的使用性能，但卻極易放出有毒氣體損害人體生命安全，為此要想規避上述問題的出現，確保企業的可持續性發展，加快環保型氣體的研發現已迫在眉睫。