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(yùn)行狀態(tài)。就目前發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，10kV電力環(huán)網(wǎng)柜可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小，且具有高壓開(kāi)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(duì)環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)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(jī)械結(jié)構(gòu)角度為其進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TH113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(kāi)關(guān)設(shè)備構(gòu)成，其中還含有負(fù)荷開(kāi)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(shì)，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(shuō)在負(fù)荷開(kāi)關(guān)的體積與性能方面都有較大幅度改進(jìn)，這些都促進(jìn)和帶動(dòng)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(kāi)關(guān)柜之間是緊密相連的，其中開(kāi)關(guān)柜與環(huán)網(wǎng)柜共用同一條環(huán)形干線(xiàn)，并與環(huán)網(wǎng)柜的母線(xiàn)相連，所以也可以將出線(xiàn)柜視為是環(huán)網(wǎng)柜。一般來(lái)說(shuō)，供電系統(tǒng)中的環(huán)網(wǎng)柜其特點(diǎn)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(jiǎn)單的斷路器作為高壓開(kāi)關(guān)主要元件，一方面它所配備對(duì)應(yīng)的帶高壓熔斷器也強(qiáng)化了對(duì)電力設(shè)備的控制，形成了多項(xiàng)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(shí)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(yùn)作，在設(shè)計(jì)中都采用了環(huán)形設(shè)計(jì)，這讓用電戶(hù)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(jì)還考慮到了其所運(yùn)用場(chǎng)合的規(guī)模，例如大型施工現(xiàn)場(chǎng)與大型居民住宅區(qū)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的供電需求就不一樣。對(duì)居民區(qū)來(lái)說(shuō)，負(fù)載容較小且由真空接觸器控制高壓回路的技術(shù)運(yùn)用比較普遍。

如果從供電絕緣特性的角度來(lái)看，環(huán)網(wǎng)柜可以被劃分為SF6絕緣及空氣絕緣兩大類(lèi)，但兩種環(huán)網(wǎng)柜的使用范圍是基本相同的，而且他們對(duì)變壓器空載電流、開(kāi)斷短路電路的運(yùn)用相對(duì)較多。其中空氣絕緣負(fù)荷開(kāi)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(jì)要求。

二、10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的絕緣性能設(shè)計(jì)分析

基于不同的電力輸配電環(huán)境，許多電力企業(yè)也對(duì)自身的10kV環(huán)網(wǎng)柜在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行了多方面改造。它不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的良好優(yōu)化，也在運(yùn)行過(guò)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(jì)研究狀況來(lái)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(jì)過(guò)程中對(duì)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(jiǎn)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(jì)。

（一）調(diào)檔設(shè)計(jì)

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(lái)看，這種絕緣設(shè)計(jì)已經(jīng)明顯無(wú)法達(dá)到現(xiàn)有電氣設(shè)備的實(shí)際需求。所以在絕緣部分的調(diào)檔設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要將原有標(biāo)準(zhǔn)改為IEC 17.5kV檔，并同時(shí)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(duì)電力環(huán)網(wǎng)柜的設(shè)計(jì)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(jìn)完善，這樣做也能夠長(zhǎng)期維持10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行穩(wěn)定性和絕緣特性?xún)?yōu)勢(shì)。

（二）母線(xiàn)設(shè)計(jì)

10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的母線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意兩點(diǎn)內(nèi)容，第一是材料，在設(shè)計(jì)電力環(huán)網(wǎng)柜時(shí)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(shí)際環(huán)境來(lái)進(jìn)行相應(yīng)選擇考量。通常情況下，會(huì)在母線(xiàn)室采用全絕緣母線(xiàn)和特性良好的包裹層材料，以期達(dá)到良好的絕緣效果。另外第二點(diǎn)是空間方面，需要確保一次導(dǎo)電體在面向?qū)Φ貢r(shí)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(jì)能夠有效促進(jìn)母線(xiàn)在電力環(huán)網(wǎng)柜中的正確連接。

（三）分布設(shè)計(jì)

有機(jī)絕緣材料設(shè)計(jì)也是10kV電力環(huán)網(wǎng)柜中的重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)操作難度也相對(duì)最大。如今的技術(shù)讓有機(jī)絕緣材料的分布設(shè)計(jì)要求更加多樣化，例如電壓互感器出線(xiàn)套管、母線(xiàn)支持絕緣子、靜態(tài)隔離插頭支持套管、滅弧室動(dòng)觸頭拉桿絕緣子等等都是比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)對(duì)象。考慮到絕緣子所分布的規(guī)律，應(yīng)該參照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)操作來(lái)把握絕緣子的具體位置，從而達(dá)到優(yōu)化分布設(shè)計(jì)的目的。

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

電力環(huán)網(wǎng)柜無(wú)論是在產(chǎn)品種類(lèi)、運(yùn)用場(chǎng)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(jì)過(guò)程中應(yīng)該做到對(duì)設(shè)計(jì)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(dá)到最佳水平?？紤]到電力設(shè)備在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要顧及整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，所以應(yīng)該對(duì)10kV電力環(huán)網(wǎng)柜中相對(duì)較薄弱的位置進(jìn)行關(guān)注與技術(shù)強(qiáng)化。根據(jù)供電企業(yè)的10kV電力環(huán)網(wǎng)柜的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文總結(jié)了幾點(diǎn)在絕緣設(shè)計(jì)方面所存在的問(wèn)題。

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

首先，應(yīng)該選擇IEC17.5kV檔，且現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)需要按照38kV電壓取值。

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

第三，有機(jī)絕緣材料的爬距應(yīng)該至少達(dá)到220mm以上，而瓷件部分也應(yīng)該達(dá)到210mm左右。在絕緣設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該明確提出符合設(shè)計(jì)要求的位置，諸如電壓互感器出線(xiàn)套管、滅弧室動(dòng)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(jì)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(wèn)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(kāi)關(guān)方面都是按照24kV電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)的，所以正常來(lái)說(shuō)它在絕緣方面的裕度應(yīng)該相對(duì)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(wèn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，通用型電纜頭是容易在熱縮頭運(yùn)行后出現(xiàn)立刻放電現(xiàn)象的，其原因主要是因?yàn)槌霈F(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(wèn)題。由此可見(jiàn)，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(jì)過(guò)程中有必要考慮它的每個(gè)細(xì)節(jié)部分，注意對(duì)諸如電纜頭這樣小型結(jié)構(gòu)形式的及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)，以期達(dá)到較為滿(mǎn)意的整體設(shè)備絕緣效果。

2.故障指示器感知TA的絕緣問(wèn)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(jì)就主要附于電纜護(hù)皮外，與纜芯之間設(shè)置了完整的電纜絕緣層。整體來(lái)看，TA的絕緣部分設(shè)計(jì)是相當(dāng)單薄的。而在我國(guó)國(guó)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(dá)到熱縮絕緣套分隔效果，但是在如此設(shè)計(jì)狀況下會(huì)存在以下3個(gè)問(wèn)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(dá)到一定程度時(shí)，它就會(huì)對(duì)TA進(jìn)行鐵芯放電。

第二，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行以后，鐵芯的銳利邊緣會(huì)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(duì)地電路的短路現(xiàn)象。

第三，當(dāng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自動(dòng)化場(chǎng)合后，對(duì)設(shè)備及人身安全會(huì)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(duì)TA實(shí)施固定。而在實(shí)施配網(wǎng)自動(dòng)化場(chǎng)合時(shí)，也可以將感知TA改造到套裝在柜的出線(xiàn)套管上。

3.均壓罩問(wèn)題

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

結(jié)語(yǔ)

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(lái)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(jì)方面予以高度重視，針對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的內(nèi)部實(shí)際結(jié)構(gòu)特性及運(yùn)行需求來(lái)做好相關(guān)的絕緣設(shè)計(jì)工作，從而達(dá)到最基本的絕緣設(shè)計(jì)需求，確保電力設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

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