岳剛

摘 要：在城市供電系統(tǒng)中，10kV供電系統(tǒng)是極為重要的組成部分，它直接關(guān)系到城市電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全供電體系，也影響著電力系統(tǒng)的常規(guī)化運行狀態(tài)。就目前發(fā)展形勢來看，10kV電力環(huán)網(wǎng)柜可以實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電，它結(jié)構(gòu)簡單體積小，且具有高壓開關(guān)和間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元，供電性能非常可觀。本文所要探討的是絕緣因素對環(huán)網(wǎng)柜運行的重要性，分析了它在絕緣方面的薄弱環(huán)節(jié)，并基于機械結(jié)構(gòu)角度為其進行了合理設(shè)計。

關(guān)鍵詞：10kV電力環(huán)網(wǎng)柜；絕緣部分設(shè)計；供電模式；電纜頭；均壓罩

中圖分類號：TH113 文獻標(biāo)識碼：A

電力環(huán)網(wǎng)柜屬于電氣設(shè)備中的重要分支，它主要由鋼板金屬柜體中的高壓開關(guān)設(shè)備構(gòu)成，其中還含有負(fù)荷開關(guān)及熔斷器等重要元件。在現(xiàn)如今，電力環(huán)網(wǎng)柜具有明顯且廣泛的應(yīng)用優(yōu)勢，但在絕緣水平方面依然還存在諸多薄弱環(huán)節(jié)有待研究。

一、10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)特性與供電模式

（一）結(jié)構(gòu)特性

現(xiàn)今電力系統(tǒng)的電力環(huán)網(wǎng)柜與傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)柜不同，它在自身基本結(jié)構(gòu)特性上已經(jīng)發(fā)生了巨大改變，其所表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)性、安全性與適用性更高。就比如說在負(fù)荷開關(guān)的體積與性能方面都有較大幅度改進，這些都促進和帶動了環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)的全面革新。從結(jié)構(gòu)角度看，環(huán)網(wǎng)柜與開關(guān)柜之間是緊密相連的，其中開關(guān)柜與環(huán)網(wǎng)柜共用同一條環(huán)形干線，并與環(huán)網(wǎng)柜的母線相連，所以也可以將出線柜視為是環(huán)網(wǎng)柜。一般來說，供電系統(tǒng)中的環(huán)網(wǎng)柜其特點都相當(dāng)明顯，一方面它的額定電流較小，可以選擇配置結(jié)構(gòu)簡單的斷路器作為高壓開關(guān)主要元件，一方面它所配備對應(yīng)的帶高壓熔斷器也強化了對電力設(shè)備的控制，形成了多項組合模式。這相比傳統(tǒng)電力環(huán)網(wǎng)柜斷路器而言，在性能與實踐操作方式方面都更加優(yōu)越。

（二）供電模式

目前的電力環(huán)網(wǎng)柜為了保證輸配電的穩(wěn)定性運作，在設(shè)計中都采用了環(huán)形設(shè)計，這讓用電戶能夠從不同的渠道正常獲取并應(yīng)用電能。另外，電力環(huán)網(wǎng)柜的供電設(shè)計還考慮到了其所運用場合的規(guī)模，例如大型施工現(xiàn)場與大型居民住宅區(qū)對環(huán)網(wǎng)柜的供電需求就不一樣。對居民區(qū)來說，負(fù)載容較小且由真空接觸器控制高壓回路的技術(shù)運用比較普遍。

如果從供電絕緣特性的角度來看，環(huán)網(wǎng)柜可以被劃分為SF6絕緣及空氣絕緣兩大類，但兩種環(huán)網(wǎng)柜的使用范圍是基本相同的，而且他們對變壓器空載電流、開斷短路電路的運用相對較多。其中空氣絕緣負(fù)荷開關(guān)主要存在真空、壓氣與產(chǎn)氣3種形式，而SF6絕緣則存在分配負(fù)荷、接地調(diào)控和劃分電路等形式。所以這也決定了兩種電力環(huán)網(wǎng)柜的不同絕緣設(shè)計要求。

二、10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的絕緣性能設(shè)計分析

基于不同的電力輸配電環(huán)境，許多電力企業(yè)也對自身的10kV環(huán)網(wǎng)柜在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計上進行了多方面改造。它不但實現(xiàn)了對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的良好優(yōu)化，也在運行過程中保證了其絕緣性能的正常有效發(fā)揮。就目前的設(shè)計研究狀況來看，電力設(shè)備在絕緣方面非常重視外在條件影響因素，所以這也為設(shè)計過程中對絕緣標(biāo)準(zhǔn)的把握提出了更高的要求。本文從絕緣結(jié)構(gòu)角度簡單探討了目前10kV電力環(huán)網(wǎng)柜在絕緣性能方面的相關(guān)設(shè)計。

（一）調(diào)檔設(shè)計

傳統(tǒng)電力環(huán)網(wǎng)柜由于受到技術(shù)、環(huán)境等多方面條件的影響限制，在產(chǎn)品選擇上多采用IEC 12kV檔。但就現(xiàn)代眼光來看，這種絕緣設(shè)計已經(jīng)明顯無法達到現(xiàn)有電氣設(shè)備的實際需求。所以在絕緣部分的調(diào)檔設(shè)計環(huán)節(jié)，主要將原有標(biāo)準(zhǔn)改為IEC 17.5kV檔，并同時將電力環(huán)網(wǎng)柜的沖擊耐壓調(diào)節(jié)到38kV以上?？傮w而言，對電力環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計應(yīng)該基于電力系統(tǒng)的早期絕緣效果，并在其技術(shù)基礎(chǔ)上加以改進完善，這樣做也能夠長期維持10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的運行穩(wěn)定性和絕緣特性優(yōu)勢。

（二）母線設(shè)計

10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的母線設(shè)計應(yīng)該注意兩點內(nèi)容，第一是材料，在設(shè)計電力環(huán)網(wǎng)柜時一定要充分考慮絕緣部分的材料選擇，應(yīng)該結(jié)合環(huán)網(wǎng)柜所處的實際環(huán)境來進行相應(yīng)選擇考量。通常情況下，會在母線室采用全絕緣母線和特性良好的包裹層材料，以期達到良好的絕緣效果。另外第二點是空間方面，需要確保一次導(dǎo)電體在面向?qū)Φ貢r其與空氣的凈距離始終處于正常狀態(tài)（>150mm）。最后，要注意材料及空間這兩大要素的設(shè)計能夠有效促進母線在電力環(huán)網(wǎng)柜中的正確連接。

（三）分布設(shè)計

有機絕緣材料設(shè)計也是10kV電力環(huán)網(wǎng)柜中的重點，其設(shè)計操作難度也相對最大。如今的技術(shù)讓有機絕緣材料的分布設(shè)計要求更加多樣化，例如電壓互感器出線套管、母線支持絕緣子、靜態(tài)隔離插頭支持套管、滅弧室動觸頭拉桿絕緣子等等都是比較常見的設(shè)計對象?？紤]到絕緣子所分布的規(guī)律，應(yīng)該參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計操作來把握絕緣子的具體位置，從而達到優(yōu)化分布設(shè)計的目的。

三、10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的絕緣性能設(shè)計方面所存在的問題

電力環(huán)網(wǎng)柜無論是在產(chǎn)品種類、運用場合、技術(shù)參數(shù)還是結(jié)構(gòu)形式上都有較大差別，所以在絕緣設(shè)計過程中應(yīng)該做到對設(shè)計內(nèi)容方案的綜合性考慮，以確保電力環(huán)網(wǎng)柜的絕緣效果達到最佳水平。考慮到電力設(shè)備在機構(gòu)設(shè)計上需要顧及整個供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，所以應(yīng)該對10kV電力環(huán)網(wǎng)柜中相對較薄弱的位置進行關(guān)注與技術(shù)強化。根據(jù)供電企業(yè)的10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的工作實踐經(jīng)驗，本文總結(jié)了幾點在絕緣設(shè)計方面所存在的問題。

（一）10kV電力環(huán)網(wǎng)柜絕緣設(shè)計水平的基本要求

首先，應(yīng)該選擇IEC17.5kV檔，且現(xiàn)場驗收試驗需要按照38kV電壓取值。

其次，要求母線使用帶有PVC材料包裹層的全絕緣母線，而且環(huán)網(wǎng)柜的一次導(dǎo)電體對地相間隔空氣凈距離保持在130mm以上。

第三，有機絕緣材料的爬距應(yīng)該至少達到220mm以上，而瓷件部分也應(yīng)該達到210mm左右。在絕緣設(shè)計過程中，應(yīng)該明確提出符合設(shè)計要求的位置，諸如電壓互感器出線套管、滅弧室動觸頭拉桿絕緣子、靜隔離插頭支持套管、接地刀靜觸頭支座絕緣子等的設(shè)計位置需要特別關(guān)注。

（二）10kV電力環(huán)網(wǎng)柜所存在的絕緣問題

一般情況下，供電企業(yè)的10kV電力環(huán)網(wǎng)柜在環(huán)網(wǎng)開關(guān)方面都是按照24kV電壓等級標(biāo)準(zhǔn)來進行絕緣設(shè)計的，所以正常來說它在絕緣方面的裕度應(yīng)該相對較大，但它依然還是存在一些絕緣薄弱環(huán)節(jié)的。

1.電纜頭連接部位的爬距問題

電纜頭連接結(jié)構(gòu)屬于供電設(shè)備中的小型構(gòu)造，主要分為“煙斗型”和“通用型”兩種電纜頭。按照實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)分析，通用型電纜頭是容易在熱縮頭運行后出現(xiàn)立刻放電現(xiàn)象的，其原因主要是因為出現(xiàn)套管圓錐缺少煙斗自身控制所導(dǎo)致的。如果選擇煙斗型則可以較大程度緩解電纜頭立刻放電問題。由此可見，電力設(shè)備具有相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，所以在設(shè)計過程中有必要考慮它的每個細(xì)節(jié)部分，注意對諸如電纜頭這樣小型結(jié)構(gòu)形式的及時調(diào)整和改進，以期達到較為滿意的整體設(shè)備絕緣效果。

2.故障指示器感知TA的絕緣問題

考慮到目前全球尤其是歐洲地區(qū)使用單芯電纜較多，所以在故障指示器感知TA部分設(shè)計就主要附于電纜護皮外，與纜芯之間設(shè)置了完整的電纜絕緣層。整體來看，TA的絕緣部分設(shè)計是相當(dāng)單薄的。而在我國國內(nèi)則多用三芯電纜，其故障指示器感知TA是隨意套放于電纜絕緣層上的，其目的也是為了達到熱縮絕緣套分隔效果，但是在如此設(shè)計狀況下會存在以下3個問題。

第一，在熱縮絕緣套上存在游離電荷的積聚現(xiàn)象。當(dāng)這種積聚達到一定程度時，它就會對TA進行鐵芯放電。

第二，當(dāng)長時間運行以后，鐵芯的銳利邊緣會出現(xiàn)熱縮絕緣套或主絕緣層的割破現(xiàn)象，最終導(dǎo)致高壓對地電路的短路現(xiàn)象。

第三，當(dāng)計算機實現(xiàn)了配電網(wǎng)自動化場合后，對設(shè)備及人身安全會存在一定威脅。所以可以改用外皮接地可觸摸式電纜頭，配合絕緣支架對TA實施固定。而在實施配網(wǎng)自動化場合時，也可以將感知TA改造到套裝在柜的出線套管上。

3.均壓罩問題

利用均壓罩可以解決電纜頭的連接處相間距離不足問題，并按照它所提供的計算機模擬電場分布狀況來實施設(shè)計。但如果出現(xiàn)電力環(huán)網(wǎng)柜的燒爆故障問題，則會造成兩相表面嚴(yán)重的放電現(xiàn)象。從安全角度來看，對諸如SF6這樣類型的環(huán)網(wǎng)柜來說，應(yīng)該采用負(fù)荷開關(guān)配合熔斷器的組合來取代斷路器作為配電變壓器的基本保護設(shè)施。在這里，負(fù)荷開關(guān)即為開斷負(fù)荷電流，它能夠開斷相比于交接電流更小的故障電流。因此，SF6開關(guān)電器在零表壓狀態(tài)下其性能直接會影響到設(shè)備的安全運行狀態(tài)，絕對要加以重視。

結(jié)語

綜上所述，10kV電力環(huán)網(wǎng)柜目前在城市電網(wǎng)建設(shè)中已經(jīng)越來越重要，所以為了確保它能夠有效發(fā)揮性能，應(yīng)該在其絕緣性設(shè)計方面予以高度重視，針對環(huán)網(wǎng)柜的內(nèi)部實際結(jié)構(gòu)特性及運行需求來做好相關(guān)的絕緣設(shè)計工作，從而達到最基本的絕緣設(shè)計需求，確保電力設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]蔡偉. 10kV環(huán)網(wǎng)柜運用時絕緣部分的設(shè)計[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011（3）：33-34.

[2]秦建. 10kV開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜引進中有關(guān)絕緣方面的幾個問題[J].科技資訊，2008（2）：36.

[3] 楊煦.電力環(huán)網(wǎng)柜絕緣方面的問題初探[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011（24）：87.