基于固体绝缘环网柜的应用及发展探究朱兆新

基于固体绝缘环网柜的应用及发展探究朱兆新

朱兆新

（国网江苏省电力公司盐城供电公司江苏盐城224007）

摘要：电能需求的不断加大，人们对电能供配电质量的要求也同步在提高，因此研发新的高端可靠的供配电设备并应用于电力建设市场，成为目前电力行业全新的课题。高端智能、安全可靠、环保、免维护等是新型供配电设备应具备的特征。而最新研发并投入市场的固体绝缘环网柜抛弃了以往环网柜的缺点，发扬了新的优势与特点，极大的满足了市场的需要。但固体绝缘环网柜也存在自身的缺陷，制约着它的发展与推广，未来市场情况如何，还需要时间与实践来检验。

关键词：固体绝缘；环网柜；应用；发展

1固体绝缘环网柜的优缺点

固体绝缘环网柜(Solid－InsulatedRingMainUnits)是采用固体绝缘材料作为主绝缘介质的环网柜。将真空灭弧室及其导电连接、隔离开关、接地开关、主母线、分支母线等主导电回路单一或组合后用固体绝缘介质包覆封装为一个或几个具有一定功能、可再次组合或扩展的具备全绝缘、全密封性能的模块，人可触及的模块表面涂覆有导电或半导电屏蔽层并可直接靠可接地的环网柜。与气体绝缘环网柜比较，它有其自身优缺点:①无气体泄漏及温室效应风险，环保性能好，免维护;②环氧树脂整体浇注的全密封绝缘结构，绝缘性能可靠，环境适应性强;③模块化设计，体积小，产品灵活，利于现场拼装;对于道路交通情况不佳的偏远地区，可以分拆运输，之后再组装，使得运输及安装方式多样化;④新兴产品，成本高，配套不完善;⑤生产工艺不成熟，废品率高;⑥智能监控技术不成熟，检测结果有效性尚带改善。

2固体绝缘环网柜存在的问题

2.1局放问题

由于固体绝缘与气体绝缘的不同在于气体泄漏可告警监视、放电可自行恢复；而固体绝缘一旦发生放电，绝缘将不可恢复，同时在寿命期内，放电会持续增长和发展，最终导致绝缘击穿和发生相间短路故障。

2.2绝缘件开裂问题

据了解，不管是国内还是国外，早期投运的固体绝缘环网柜，由于长期的工频振动、操作振动、撞击、动热稳定和环境温度的影响，已经开始出现固体绝缘件的开裂，从而导致事故多发的现象。

2.3隔离功能的安全可靠性问题

在固体绝缘环网柜中隔离功能的安全可靠性是致命的。在隔离断口方面，目前主要采用传统的三工位隔离开关，且完全被固封在一起。这样一来，固体绝缘环网柜的隔离断口绝缘性能由动、静触头间空气以及绝缘件的沿面爬电距离共同决定。因此对于这种断口的绝缘件沿面闪络，增加了断口击穿的几率，并有可能增加人员伤亡的几率。同时，随着环境的影响和绝缘材料的老化，该沿面的泄漏电流也会随之增加，绝缘性能大幅降低，进而对产品的安全可靠运行造成极大的危害。

2.4绝缘材料的开发或选型问题

固体绝缘环网柜所采用的主绝缘材料的质量及性能不仅影响着整机运行的可靠性和稳定性，且由于大量使用绝缘材料，对于生产过程中的报废材料、报废装置中不同材料的零部件进行分离、回收、处理和再利用等，可减少资源浪费。

2.5固封工艺问题

在产品设计过程中应考虑易于产品制造和装配，且在产品的制造和装配过程中应考虑对环境无污染或少污染以及所需能源、资源最少。对于固封产品，固封工艺的制订以及固封设备的选型是尤为重要的。

3固体绝缘环网柜的发展趋势及关键技术分析

①要尽可能的研发新的高性能的环氧树脂。环氧树脂作为最受欢迎的固体绝缘材料,能够在很大程度上提高固体绝缘环网柜的绝缘性能,并能够在一定程度上提高绝缘材料的安全性和可靠性。采用性能较高的环氧树脂来进行真空灭弧,不需要通过硅橡胶来过渡而且热传导的能力也可以得到保障。②在固体绝缘环网柜的设计方面,要留意前面所讲到的局部放电的问题,这里需要进行说明的是,在进行固体绝缘环网柜的设计之前要首先把各项参数确认好,保证设备所需要的耐受电压、电流和局部放电的水平在可控制的范围之内,才能大幅度提高设备的安全性。③环氧树脂的浇注工艺的开发和研究也是当前应该关注的热点,建议相关研究者从工艺流程方面入手来研究绝缘件的开裂及放电等问题,尽早研究出有效措施。④环氧树脂的稳定性也可以进行深入研究。可以通过加速老化的方法来进行实验,在环氧树脂的正常使用寿命期间,对环氧树脂进行局部放电等性能的频率检测和趋势分析,将数据进行统计和对比以便于进行下一步的研究。⑤智能化的设计。今后的发展方向可以采用较为先进的传感技术和测量技术,通过现代化的设备来将固体绝缘环网柜推向一个新的发展高度。

3.1高质量、高效率的固封技术

根据局部放电产生机理，可以得出，对于固体绝缘件的内部放电主要是因为固体绝缘件内部存在气泡（空穴）。现有的固封技术大多是在预热的金属模具中放入已预热的被固封零部件后，将金属模腔抽真空缓慢地倒入热固化环氧树脂，待其固化后取出。这样的固封技术不仅效率低、成本高，最主要的是气泡处理得不完全，易造成固体绝缘件内部存在大量的空穴，在设备投运后，会发生局部放电，久而久之导致固体绝缘件击穿放电，影响设备的安全可靠运行。因此，对于采用先进的、高质量和高效率的环氧树脂固封技术是极为必要的。

3.2绝缘模块结构的优化设计

对于绝缘模块的结构设计，在满足功能、检测和安装等需要的前提下，还要做到造型美观，降低材料消耗，避免残余应力。残余应力的存在，会导致固体绝缘件的内部和外部出现裂纹，裂纹的存在会随着设备的运行产生局部放电，导致绝缘击穿。因此，对于绝缘模块结构设计应从绝缘模块结构整体布局、厚度和过渡等方面进行深入研究，同时还要兼顾散热设计思路。

3.3电场的优化设计

电晕放电是在电场极不均匀的情况下，导体表面附近的电场强度达到气体击穿场强时所发生的放电。在高压电极边缘，尖端周围可能由于电场集中造成电晕放电。电晕放电作为局部放电的一种，会随着设备运行导致击穿放电，进而影响到设备的安全可靠运行。由此可见，如何设计出合理导电件，保证电场强度足够弱且均匀，也是解决固体绝缘件局部放电的一项关键技术。对于此，有效的设计方法是应用仿真软件进行电场计算，采取合理分布电场、优化绝缘和电极形状的方法，必要时还应考虑加设屏蔽罩等降低电场强度的措施。

3.4屏蔽层的研究与设计

绝缘模块外表面设计接地金属屏蔽层的主要目的：一是当绝缘被破坏时，使短路故障只发生在相对地间，减少内部燃弧的电弧能量，降低故障风险；二是能在任何环境下保持绝缘性能，不用对模块外表面进行清扫，实现免维护，即便是金属异物进入柜中，电场分布也不会改变。

3.5环氧树脂稳定性的研究与分析

环氧树脂作为高分子材料，在其加工、应用和贮存过程中可能发生老化，即材料的性能劣化，从而影响高分子材料的正常使用和使用寿命。最常见的老化因素是热和紫外线，对于开关设备来说，在运行过程中伴有热的产生，而且还是连续性的，必然加速了环氧树脂的老化。因此，通过采用模拟老化试验的方法，对不同绝缘材料、不同老化程度的固体绝缘件性能进行统计与分析，进而得出临界关系。

结语

固体绝缘技术得到了用户和市场的认可，且在逐步进行大量推广使用，这就要求设备制造企业所生产的产品必须满足供电可靠性和稳定性的要求。当前，针对固体绝缘环网柜已在固封工艺、表面屏蔽层设计等方面进行了大量研究，并取得了一定成果，但这些研究还远远不够，特别是要加强在新型固封材料、绝缘件的开裂及元器件的新型结构设计等方面的研究。总之，针对固体绝缘环网柜还需进行更多的技术研究、技术沉淀和技术突破。

参考文献

[1]王元杰.配电网中的固体绝缘环网柜研究[J].中国科技博览,2015(47):242-242.

[2]钟恒强.固体绝缘环网柜在配网中压领域的技术现状及市场前景分析[J].电气应用，2011.