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固體絕緣開關柜技術發(fā)展研究綜述

尹愛紅

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固體絕緣開關柜是在充氣環(huán)網柜基礎上發(fā)展而來的設備，是電力系統所需的重要設備。近年來，隨著各項技術的不斷進步，固體絕緣開關柜技術得到了極大的完善，性能越來越先進和可靠，為保障電力供應的穩(wěn)定與可靠提供了重要保障?；诖?，本文簡要綜述了固體絕緣開關柜的相關技術、優(yōu)勢及不足等，希望能對相關研究有所豐富。

固體絕緣開關柜；固體絕緣技術；技術分析；電力供應

固體絕緣，就是采用環(huán)氧樹脂澆注數組開關和相關帶電部件，從而大大減小開關柜體積，且能夠實現真正意義上的免維護。固體絕緣開關柜本身是一個全絕緣全密閉、不怕任何環(huán)境干擾的設備。固體絕緣開關柜更具安全性、智能性，體現了環(huán)保設計的理念，具有諸多優(yōu)點，其應用也是越來越廣。

一、技術參數與結構形式

根據有關技術要求，固體絕緣環(huán)網柜的額定電流有1250A、630A兩種等級，額定電壓是12kV，而現在市場上銷售的固體絕緣開關柜的額定電流一般是630A，額定電壓一般是12kV。近年來，日本東芝公司不斷加大科研工作力度，研發(fā)出了一款電壓為36kV的固體絕緣開關柜，通過市場銷售可以看出，這款開關柜成本較高，在市場上沒有競爭優(yōu)勢。

固體絕緣開關柜根據三相分離情況可分為兩種：一種是整體式開關柜，三相不分離，采用整體絕緣材料進行包裹，然后覆蓋接地屏蔽層；另一種是三相分離，利用絕緣材料將三相分別包裹后覆蓋接地屏蔽層。從這兩種情況來看，三相分離式最為安全，能夠有效減少燃弧故障發(fā)生。

二、相關技術

1.屏蔽層

按照技術條件規(guī)定的“人能夠碰觸到的模塊表層覆蓋有半導電或導電屏蔽層，能夠接觸地面”這一點，在固體絕緣開關柜表面覆蓋接地半導電或者導電屏蔽層，能解決：一是能有效提高固體絕緣開關柜對環(huán)境的適應能力，可以免除對開關柜的維護清理；二是在分相設計情況下，因利用環(huán)氧樹脂將三相進行完全的分離，如果在其外部涂抹屏蔽層，可以有效避免環(huán)網柜之間發(fā)生短路現象。

現在市場上銷售的大多數固體絕緣環(huán)網柜沒有涂抹接地屏蔽層，在模塊外部不涂抹或者局部涂抹屏蔽層，電場由絕緣材料和空氣共同承擔。但如果模塊涂抹了接地屏蔽層，就由絕緣材料獨自承擔電場，這對固體絕緣介質要求很高。為滿足技術條件的需要，必須不斷改進技術。

2.測量局部放電

可以通過測量固體絕緣開關柜局部放電情況來判定開關柜是否內部存在缺陷，但測量結果并不能準確反映開關柜的使用壽命。目前，固體絕緣開關柜尚處于研發(fā)利用階段，沒有較成熟的試驗資料，也缺乏成功的運行經驗，加之固體絕緣材料不能實現故障自愈，故技術條件中對其局部放電量的限制較為嚴格。目前技術條件規(guī)定固體絕緣開關柜局部放電量應當控制在20pC以內。

3.隔離開關技術

(1)空氣隔離斷口。傳統空氣絕緣隔離中開關是暴露在外面的，與空氣直接接觸，受到外部環(huán)境的影響比較大，而固體絕緣開關柜的空氣絕緣開關是設計在密閉環(huán)境中的，這樣一來就大大提高了開關柜對環(huán)境的適應能力。

固體絕緣環(huán)網柜采用空氣絕緣隔離，尺寸較大，同時要求對隔離開關型腔進行高度密封。從目前市場占有量來看，固體絕緣環(huán)網柜因其成熟的技術，受到了廣大用戶的青睞，成為了市場上的暢銷貨。

(2)真空斷口隔離。按照常規(guī)的設計理念，在固體絕緣開關柜中很少考慮使用真空隔離開關，隔離和絕緣只能選擇空氣、SF6，真空只被作為滅弧介質來使用。

按照有關技術要求，隔離開關主要是指能滿足開關要求，在分閘位置提供隔離斷口的開關裝置。為確保安全，隔離開關應當能滿足從一端到另一端任意端口不會發(fā)生電流的泄露?，F在已經研發(fā)出了利用真空絕緣隔離的固體絕緣環(huán)網柜，但是用戶對真空絕緣隔離開關并不看好。

4.接地開關

在技術條件中規(guī)定，接地開關必須能經受住兩次額定短路和電流的沖擊。固體絕緣環(huán)網柜，按照功能元件位置不同而采用不同的接地開關。比如，三工位開關在饋線側，接地開關要用EI級；如果三工位開關位于主母線側，就需要用EO級接地開關。接地開關按照絕緣材質的不用，又可以分為空氣接地開關和真空接地開關，這兩種接地開關目前都占據一定的市場份額。

三、典型開關柜介紹

日本的日立公司、東芝公司在固體絕緣環(huán)網柜的研發(fā)方面走在了世界的前列，在澆注工藝和固體材料等方面積累了較為成熟的經驗。而我國較早引進的是美國伊頓公司生產的SVS系列固體絕緣環(huán)網柜，此后我國的一些固體絕緣環(huán)網柜也在很大程度上學習和借鑒了美國的先進做法?，F在，施耐德、ABB、西門子等多家公司正在加強對固體絕緣環(huán)網柜的研發(fā)力度，施耐德已成功推出了Premset固體絕緣開關柜。

四、優(yōu)勢及不足

固體絕緣開關柜具有以下優(yōu)勢：一是固體絕緣開關柜不使用SF6氣體，起到了保護環(huán)境的效果；二是固體絕緣開關柜采用環(huán)氧樹脂絕緣介質，是空氣絕緣強度的5-6倍。同時，固體絕緣開關柜的體積只是傳統開關柜的三分之一，更加適應市場的需求；三是固體絕緣開關柜采用全密封、全絕緣的設計結構，能適應多種環(huán)境的需要；四是固體絕緣開關柜采用分離的方式，同時在表層涂抹了接地屏蔽層，可以有效減少內部燃弧故障帶來的不安全隱患。

固體絕緣開關柜具有以下的不足：一是由于澆注技術不成熟，存在局部放電的安全隱患，容易造成絕緣性能下降的后果；二是長期使用后的性能穩(wěn)定性暫無法確定；三是散熱難題不易解決，這也是制約固體絕緣開關柜進一步升級的一大桎梏；四是固體絕緣開關中使用大量固體絕緣材料會極大增加固體絕緣開關柜的制造成本。

五、總結

總而言之，固體絕緣開關柜在我國尚處于起步階段，技術方面還很不成熟，需要進一步的改進和提升，加之部分業(yè)戶不能接受固體絕緣開關柜，因此短時間內不能完全代替氣體絕緣開關柜，但是，我們應當清醒地看到，固體絕緣開關柜引領了開關柜發(fā)展的方向，對其進行研發(fā)利用是大勢所趨。隨著科學技術的不斷進步，固體絕緣開關柜將不斷更新技術，研發(fā)制作出更多的新產品，其發(fā)展前景將是一片光明。

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