固體絕緣柜在電網建設中的分析與探討

鄭李利

摘要：高壓開關柜的絕緣技術在開關柜運行和維護中起著非常重要的作用，固體絕緣柜主要采用了高性能的環氧樹脂絕緣介質及安全可靠的全封閉絕緣結構。本文主要通過安全可靠性、占用空間大小、經濟性價比三方面分析了固體絕緣柜在電網建設中高壓開關柜領域部分的優勢，并展望固體絕緣柜將成為智能電網建設的一個重要環節，大力推動電力電網優化發展。

關鍵字：固體絕緣柜環氧樹脂電網特點分析

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

隨著經濟和社會的快速發展，工業園區等大項目迅速增加，住宅及商品樓的開發力度逐漸加大，行政中心高校等不斷建設，使得地區負荷呈現跨越式增長，用電需求不斷增加，為保證提供健康安全可靠的電力支持，智能電網優化發展突顯重要，變電站新建擴建改造等完善電網建設工程很有必要，其中對高壓開關柜的實用性和安全可靠性提出更高要求，而固體絕緣柜作為開關柜建設改造中的重要一環必將得到越來越多的重視。

1 固體絕緣柜簡介

固體絕緣開關柜是在SF6充氣柜基礎上發展出來，用固體絕緣材料作為主絕緣介質將一次回路全部貫通包覆起來的一種高壓開關柜，整個開關柜用固體介質做成全絕緣全密閉結構，不懼怕任何環境干擾，其中開關的主開關是外面絕緣的針孔，開關外絕緣采用環氧樹脂材料，母線的外絕緣采用硅橡膠材料，開關操作件及部分絕緣支持為空氣沿面絕緣[1-2]。

2 固體絕緣柜特點分析

固體絕緣柜采用高性能環氧樹脂作為絕緣介質對開關柜及其設備進行全絕緣全封閉，其結構和性能決定了開關柜運行的安全可靠性，超小型的柜體設計較大程度節省了設備占用空間，優質的絕緣材料、極低的維護成本加之易組合易擴展等優點保證了其很好的經濟性價比。

2.1 安全可靠性高

固體絕緣柜將所有一次主電氣部件和機械裝置都固封在全封閉的外殼中，高壓帶電部分的絕緣幾乎完全由澆注環氧樹脂制品承擔，避開了傳統開關柜通過增大距離來提高絕緣強度、優化電場結構改善電場不均勻性的缺點，電場分布受外界影響極小，并有效地防止灰塵、濕氣等不利環境因素對開關柜運行造成的影響。固體絕緣柜相比SF6充氣柜沒有SF6漏氣隱患，無受環境溫度影響的氣箱。固體絕緣兼具散熱、支撐和連接等多項功能，并將內部各相導線設備隔離起來，因此母線設備間不會發生三相短路、相間短路，使短路故障在絕緣破壞時限制發生在相對地間，杜絕了空氣或SF6絕緣開關柜易發生三相短路的危險性。而且為防止人不小心觸及到帶電絕緣模塊或因固體絕緣柜的五防聯鎖失效而導致誤進入帶電隔，在澆注環氧樹脂制品外噴涂鋅屏蔽層并可靠接地，降低了故障風險。這些結構特點決定了固體絕緣開關柜其較高的安全性和可靠性，為實現安全可靠地智能電網提供良好的基礎。

2.2 占用空間小

高壓開關柜從過去到現在體積逐漸減小，目前體積已只有過去五分之一，而固體絕緣技術的應用使得柜中電氣設備安全凈距仍可適當縮小，實現柜體的更加小型化設計，考慮電纜施工等因素，滿足安全運行等要求10kV固體絕緣柜柜寬可縮小至400~500 mm，而按照國家電網公司輸變電工程通用設計標準10kV空氣絕緣開關柜的柜寬為800~1000 mm，柜長為1500mm，固體絕緣柜占用面積僅為空氣絕緣開關柜的10%~20%，這在變電站擴建、改造等電網建設特別是在寸土寸金的地方中具有很大優勢，并為建設更加小型化更加安全可靠的資源優化型堅強智能電網提供了條件，而且在老變電所開關柜改造中，伴隨負荷增加，除新增出線開關柜，為減少電網有功損耗和提高電網電壓需并聯電容器裝置補償多余的感性無功，增加消弧線圈補償電容電流，而跨越式的發展超出原老變電所遠景規劃，使得開關室內無多余空間擺放新增補償設備，往往通過引電纜至室外解決其安置問題，但此方法一般工程量大、耗材多，固體絕緣柜的使用可為解決此類問題提供更好的方法條件，如一個10kV接地變消弧線圈成套裝置大小大概為3000×2000mm(長×寬)，相比原空氣絕緣柜，改造6~7臺固體絕緣開關柜即可節約出此大小空間，而一臺10kV容量為6000kVar室內并聯電容器裝置大小約為4400×1700mm(長×寬)，節約出此空間只需改造5臺固體絕緣開關柜即可，這樣將原開關室中空氣開關柜改造為固體絕緣柜即可為布置新補償裝置節約不少空間，并為超原計劃新增負荷出線柜提供可能性，并且相應的減少了開關柜出線與設備之間連接電纜等配套設備。超小型固體絕緣開關柜的設計與應用使開關柜設備占用空間大幅度減小，并可相應減小電網建設的占用面積，在一定程度上推進了國土資源節約集約利用。

2.3 經濟性價比好

絕緣結構在高壓開關柜價格中占據很大比重，固體絕緣柜合理性的結構設計具有很高的經濟性價比。固體絕緣柜采用可靠性高、少維護的元件，固定式安裝，適應環境能力強，可長期免維護，大大降低設備運行檢修、維護成本費用，實現電網資產高效利用和全壽命周期管理；其主母線、分支母線等主導電回路、真空滅弧室及其導電連接、隔離開關、接地開關等插接式的模塊化結構方便其再次組合或擴展，提升了高壓開關柜的價值；絕緣材料環氧樹脂具有絕緣機械強度高、澆注硬化時體積變化小、便于機械加工、制造時不污染環境可再回收再利用等優越性更加適應國家越來越嚴格的工藝環保等要求，并相應節約了材料制造及后期處理浪費成本，促進了能源資源和電力資產的高效利用，推動了電網清潔能源發展；超小化的柜體使得空間占地費用大幅減少，并節省相應附加配套設備材料，使其具有更加良好的性價比。經濟性價比好的固體絕緣柜在經濟高效型智能電網建設中存在明顯的優勢。

3 固體絕緣柜在電網建設中的現狀與展望[1]

固體絕緣柜起步于日本，隨后進入歐洲，最先進入我國的即是歐洲霍力克固體絕緣環網柜。固體絕緣柜在我國起步較晚但發展迅速，固體絕緣環網柜技術已取得階段性成果，但目前我國絕大多數固體絕緣柜研發和生產單位還沒有絕緣制品生產能力，也沒有材料和工藝的研究能力，固體絕緣柜仍主要處于廠家觀望、設計、試驗、完善，用戶認識、試用階段。

隨著智能電網建設，開關柜作為電網實現配電、調度、用電自動化一個重要環節，其絕緣技術、安全可靠性的發展越顯重要，作為新技術新產品的固體絕緣柜越來越得到國家的重視，已被列為國家級重點新產品，固體絕緣環網柜技術也被列入國家電網第一批重點推廣新技術，并提出2015年其使用量在新建和改造項目中不低于新增總量的25%的目標。固體絕緣柜也成為越來越多企業的研發熱點，相應標準技術規范的制定和完善也為其穩健快速發展提供極大的動力，最近幾年固體絕緣柜使用越來越多并以飛快的速度增長。當然固體絕緣柜作為新技術新產品若想取得普遍應用還需經過一個大量的學習、研究、試驗和使用，不斷積累經驗、不斷進行改進和完善的過程。

4 結語

環氧樹脂的材料和制品工藝的技術進步，以及真空開關的普及，為固體絕緣開關柜的發展奠定了技術基礎。隨著國際技術的引用、國內相關行業技術的進步、新材料新工藝的采用，固體絕緣介質拉伸彎曲強度、絕緣耐電壓等級的極大提高，使固體絕緣柜具有更高的可靠性和實用性[3]。固體絕緣柜必將成為一種發展趨勢，大力推動智能電網的優化發展。

參考文獻：

[1] 王德杉,劉梅.固體絕緣環網柜研發中的若干技術問題[J].高壓電器技術信息,2012(6).

[2] 張志剛.固體絕緣環網柜及固體絕緣開關柜技術與應用.

[3] 崔可.淺談高壓開關柜固體絕緣技術[J].北京電力高等?？茖W校學報,2012(16).