紀(jì)新月

摘要：近年來(lái)，我國(guó)加大了城網(wǎng)改造的力度，環(huán)網(wǎng)柜的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，環(huán)網(wǎng)柜的實(shí)際應(yīng)用方案進(jìn)一步完善。固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研究和開(kāi)發(fā)，主要是為了保護(hù)環(huán)境而設(shè)計(jì)，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展會(huì)對(duì)環(huán)境的發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。采用固體絕緣環(huán)型容器，可以有效地促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中壓配電技術(shù)? 中壓環(huán)網(wǎng)柜? 技術(shù)現(xiàn)狀? 固體絕緣環(huán)型容器

Summary of Some Technical Problems in the Research and Development of Solid Insulated Ring Network Cabinet

JI Xinyue

（School of Electrical and Energy Power Engineering，Yangzhou University，Yangzhou， Jiangsu Province，225127 China）

Abstract： In recent years， my country has increased the intensity of urban network transformation， the application of ring network cabinets has become more and more extensive， and the actual application scheme of ring network cabinets has been further improved. The research and development of the solid insulated ring main unit is mainly designed to protect the environment. The development of the solid insulated ring main unit will have a certain impact on the development of the environment. The use of solid insulated ring-shaped containers can effectively promote the development of my country's power grid and promote the sustainable development of social economy.

Key Words： Medium voltage power distribution technology; Medium voltage ring network cabinet; Technology status; Solid insulated ring container

利用中壓配電網(wǎng)，可以加強(qiáng)主網(wǎng)與用戶的有效連接。近年來(lái)，隨著國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)中壓電網(wǎng)的需求也日益增長(zhǎng)。因此，廣大用戶及相關(guān)制造企業(yè)也開(kāi)始普遍關(guān)注中壓配電的發(fā)展和技術(shù)現(xiàn)狀，這也對(duì)中壓配電設(shè)備的發(fā)展提出了更高的要求。

1現(xiàn)階段固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在中壓配網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜在城市居住區(qū)廣泛應(yīng)用

對(duì)于中壓環(huán)網(wǎng)箱，其核心部分主要由兩部分組成：一是負(fù)荷開(kāi)關(guān);二是熔斷器。同時(shí)，中壓環(huán)網(wǎng)柜還有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，且價(jià)格比較低。另外，中壓環(huán)網(wǎng)柜能有效改善供電質(zhì)量，提高供電可靠性、安全性。對(duì)中壓環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行觀測(cè)，確定最大額定電流為1250A，一般為630A。對(duì)于中壓環(huán)網(wǎng)柜絕緣介質(zhì)的限制，一般可分為兩種：一種是空氣絕緣;另一種是SF6氣體絕緣。環(huán)網(wǎng)柜主要應(yīng)用于分合閘負(fù)荷電流和分閘短路電流。另外，它們還具有一定的控制和保護(hù)作用[1]。

1.2真空負(fù)荷環(huán)網(wǎng)柜能形成良好的隔離斷口

用于空氣絕緣的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)有以下4種：一是氣體產(chǎn)生式;二是壓氣;三是真空;四是SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其中SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的主干開(kāi)關(guān)。在氣箱中的負(fù)荷開(kāi)關(guān)一般有3種工作位置，即切斷負(fù)荷、可靠接地和電路隔離。

1.3提高環(huán)網(wǎng)柜的實(shí)際應(yīng)用水平

一般來(lái)講，環(huán)網(wǎng)柜體大部分體積較小，根據(jù)這一特性，大多數(shù)負(fù)載開(kāi)關(guān)（通常是高壓鍵）都有相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和高壓螺絲。環(huán)網(wǎng)柜的正常運(yùn)行主要依靠負(fù)荷開(kāi)關(guān)和固定裝置來(lái)有效地切斷短路電流。兩種方法的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了功率交換的最大化。如果要更換開(kāi)關(guān)，則只能在特定的性能范圍內(nèi)進(jìn)行[2]。

2固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)特點(diǎn)闡述

2.1電極柱密封技術(shù)的有效應(yīng)用

環(huán)氧樹(shù)脂材料是指一種常用于固態(tài)絕緣體主絕緣體的材料，滅弧介質(zhì)主要用于真空環(huán)境。為了有效地實(shí)現(xiàn)負(fù)載與電流隔離等功能，必須盡可能對(duì)開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)和分配系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制，進(jìn)一步保護(hù)機(jī)械設(shè)備和操作者的人身安全。采用固體絕緣可以有效地縮短斷路器柜內(nèi)相位到地面的距離，將空氣絕緣距離從125mm減至幾毫米。當(dāng)不使用SF6氣體時(shí)，體積會(huì)發(fā)生變化，比之前的C-GIS要小。此外，相對(duì)簡(jiǎn)單的電源結(jié)構(gòu)可以有效地減少儀器元件的數(shù)量，提高設(shè)備的可靠性

2.2固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)特性

與帶SF6斷路器的空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜和SF6氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜相比較，有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)。第一，殼體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過(guò)取消壓力瓶組件和壓力表、充氣閥等相關(guān)氣體部件，大大提高了環(huán)網(wǎng)柜的可靠性，降低了后續(xù)維護(hù)費(fèi)用，有效地改善了斷路器的工作狀態(tài)。第二，在回路開(kāi)關(guān)中，主開(kāi)關(guān)配備隔離部件，并且斷口可以有效地看出其廣泛應(yīng)用于低溫、高溫環(huán)境中，以環(huán)氧樹(shù)脂和絕緣套管為主的固體絕緣子外絕緣，2種材料在嚴(yán)寒地區(qū)使用，有效地降低了低溫地區(qū)SF6氣體的液化和冷卻程度，減少高溫區(qū)擴(kuò)張帶來(lái)的不利影響。

3固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜亟待解決的問(wèn)題

3.1絕緣和絕熱表面噴涂技術(shù)

根據(jù)局部放電的形成機(jī)理，發(fā)現(xiàn)固體絕緣的內(nèi)部放電主要是由于孔洞的存在。現(xiàn)行的密封技術(shù)主要是將金屬模具預(yù)熱，然后將它放入化學(xué)零件的預(yù)熱密封中，將真空慢慢插入金屬腔內(nèi)，在固化后需抽真空。這種工藝不僅效率低，而且成本高。不完全的氣泡處理，這將導(dǎo)致固體絕緣體中出現(xiàn)大量空洞。在設(shè)備運(yùn)行中，可能出現(xiàn)局部放電，導(dǎo)致固體絕緣元件長(zhǎng)時(shí)間斷裂，影響設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。為此，必須引進(jìn)先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)、高效的環(huán)氧樹(shù)脂密封技術(shù)。另外，由于開(kāi)關(guān)表面的屏蔽直接影響設(shè)備的性能，因此在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中必須解決表面屏蔽問(wèn)題，即表面屏蔽技術(shù)。絕緣材料表面金屬化的目的是為固體燃料電池提供可靠的接地，將環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品的影響降到最低程度，提高固體燃料電池的使用。目前，市場(chǎng)上有相當(dāng)一部分的固體絕緣環(huán)柜沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工處理，供應(yīng)的產(chǎn)品局放指標(biāo)較高[3]。

3.2缺乏操作、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜是近年來(lái)引進(jìn)的一種新技術(shù)產(chǎn)品，電網(wǎng)沒(méi)有對(duì)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行科學(xué)合理的試運(yùn)安排，造成目前電網(wǎng)運(yùn)行總量小、運(yùn)行時(shí)間短、省網(wǎng)連接不完善。例如，高溫地區(qū)、高溫潮濕地區(qū)、沿海地區(qū)、雨量充沛、日溫差大的地區(qū)，需要針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，在全國(guó)范圍內(nèi)全面積累工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)固態(tài)絕緣網(wǎng)絡(luò)柜進(jìn)行針對(duì)性、前瞻性的改進(jìn)，以不斷提高產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性。

3.3發(fā)展固體絕緣環(huán)網(wǎng)設(shè)備

近年來(lái)，隨著中國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，中國(guó)配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平有了很大的提高。SF6氣體被廣泛應(yīng)用于中壓環(huán)電路中，從我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，SF6氣體的綜合性能最好。但隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的逐步增強(qiáng)，保護(hù)自然環(huán)境成為重中之重。環(huán)網(wǎng)箱大量使用SF6氣體，將對(duì)我國(guó)的環(huán)境造成一定的危害，甚至危及人類健康。因此，將減少SF6氣體環(huán)網(wǎng)柜的使用，在環(huán)境保護(hù)方面，固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的使用將是高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備發(fā)展的主要目標(biāo)。我國(guó)制造廠商對(duì)此都進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并逐步開(kāi)始對(duì)固體絕緣柜產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)[4]。

3.4絕緣模組結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

絕熱模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足功能、檢驗(yàn)和安裝要求的前提下，還需要對(duì)其進(jìn)行降低材料消耗、防止殘余應(yīng)力的設(shè)計(jì)。殘余應(yīng)力的存在會(huì)引起固體絕緣元件的內(nèi)外裂紋，設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部放電，引起絕緣穿孔。因此，從絕緣結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)、厚度、過(guò)渡到結(jié)構(gòu)等方面，必須深入研究介質(zhì)模塊的結(jié)構(gòu)，并考慮散熱的概念。

3.5研究和設(shè)計(jì)屏蔽層

其外觀設(shè)計(jì)的主要目的是規(guī)劃金屬屏蔽接地：一是在絕緣損壞時(shí)，使短路故障只發(fā)生在相對(duì)地之間，減小電弧能量，降低故障風(fēng)險(xiǎn);二是在任何環(huán)境下都能保持絕緣，無(wú)需清洗模塊外表面，即使柜內(nèi)有金屬異物，電場(chǎng)分布不變。

4固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)的發(fā)展方向

4.1發(fā)展新型高性能絕緣材料

采用環(huán)氧樹(shù)脂作為固體絕緣材料的環(huán)形容器，雖然性能很好，但在真空陶瓷滅弧室中澆注的同時(shí)，也會(huì)對(duì)原料造成破壞。因此，開(kāi)發(fā)高檔環(huán)氧樹(shù)脂，完全超越了環(huán)氧樹(shù)脂的特性。2014年，科學(xué)雜志發(fā)表了一篇關(guān)于發(fā)現(xiàn)新型可回收熱固性高分子材料的文章，指出了“聚水楊酸”熱固性塑料回收利用的重大進(jìn)展。這種高聚物具有很高的回收能力，而熱固性塑料不能再循環(huán)5年，未來(lái)10年生產(chǎn)的新產(chǎn)品將充分利用可回收的熱固性材料。

4.2內(nèi)建組件間接口連接方式的研究

因?yàn)閷?shí)心絕緣環(huán)網(wǎng)柜是由固體絕緣部分制成，用于填充元件主回路導(dǎo)體部分和安裝件的主回路部分，由于預(yù)埋件之間存在耦合不靈活，所以有必要對(duì)連接不同澆注元件的電線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，而環(huán)形柜整體配置是調(diào)直的，而且連接導(dǎo)線必須用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄，因此需要與閘門連接，在產(chǎn)品合理化時(shí)保持一定的自由度。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種采用硅橡膠材料柵極與導(dǎo)體連接的接口技術(shù)。通過(guò)這種方式，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化，使各接收器的元件可以互相連接，接收器元件也可以合理配置，減少了整體絕緣箱的設(shè)計(jì)。

4.3固態(tài)絕緣環(huán)網(wǎng)柜市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景

固態(tài)絕緣環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)毒、無(wú)污染、綠色環(huán)保，符合全球綠色發(fā)展理念。然而，作為一種產(chǎn)品，只有當(dāng)產(chǎn)品真正用于市場(chǎng)時(shí)，廠商才能從產(chǎn)品銷售中獲利。如何將其成功應(yīng)用于市場(chǎng)，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。理解用戶的需求，滿足用戶的需求，是新產(chǎn)品引進(jìn)成功的關(guān)鍵，并結(jié)合用戶需求，對(duì)固體絕緣制品的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

4.3.1滿足消費(fèi)者需求的產(chǎn)品

用戶在使用過(guò)程中，首先要求產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（技術(shù)規(guī)范、國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等），并獲得國(guó)家電力行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，在固體絕緣產(chǎn)品中未發(fā)現(xiàn)任何特殊標(biāo)準(zhǔn)，因此，為使這些產(chǎn)品能夠執(zhí)行，固體絕緣產(chǎn)品必須協(xié)助制定國(guó)家或電氣標(biāo)準(zhǔn)，委員會(huì)指出，截至2002年12月31日，共有約1500萬(wàn)t固體絕緣產(chǎn)品提出索賠。

4.3.2用戶對(duì)配網(wǎng)產(chǎn)品的要求較高

中壓配電裝置是電網(wǎng)中廣泛使用的基礎(chǔ)設(shè)備。隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷擴(kuò)大，作為主網(wǎng)用戶間的橋梁，對(duì)中壓設(shè)備的需求日益增長(zhǎng)。該產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，符合環(huán)保要求，體積小，安裝方便快捷，經(jīng)濟(jì)方便，對(duì)設(shè)備具有可靠的使用歷史要求[5-6]。

體積較小的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，單負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜單元尺寸為860mm、420mm寬、1200mm高。深度850mm，寬500mm，高1600mm。與空氣絕緣室相比，固態(tài)絕緣體的尺寸介于誰(shuí)和誰(shuí)之間。通過(guò)對(duì)以上技術(shù)性能的推斷，還可以判斷固體絕緣環(huán)網(wǎng)箱提供人身安全。但是，由于固體絕緣環(huán)網(wǎng)的使用時(shí)間較短，目前已經(jīng)在幾家中國(guó)工廠中得到了應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的設(shè)備不多。目前，不可能對(duì)環(huán)氧絕緣的老化情況進(jìn)行評(píng)估，因此不能同時(shí)檢查檢驗(yàn)周期，部分國(guó)內(nèi)設(shè)備對(duì)SF6環(huán)柜（生產(chǎn)車間、模具和自動(dòng)激光焊接）的裝配和合資企業(yè)主要保證產(chǎn)品20多年的使用壽命。這是優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)性上，由于制造商目前生產(chǎn)固體絕緣柜體，需要大量的特種設(shè)備費(fèi)用、專用模具、設(shè)備及材料。目前，電網(wǎng)固定絕緣環(huán)的市場(chǎng)價(jià)格較高，另外，由于電力系統(tǒng)主要采用設(shè)備并網(wǎng)招標(biāo)，價(jià)格較低，一段時(shí)間內(nèi)可購(gòu)進(jìn)多個(gè)區(qū)間。環(huán)網(wǎng)的SF6模塊越來(lái)越低，而且顯然不受固態(tài)絕緣環(huán)狀容器的控制。

4.3.3產(chǎn)品使用環(huán)境要求

在大部分地區(qū)，用戶對(duì)設(shè)備的日常工作環(huán)境要求不超過(guò)40℃，不低于-10℃。近年來(lái)全球范圍內(nèi)自然災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)用戶的使用提出了更高的要求。例如，在惡劣的環(huán)境下，要安裝環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)柜要全封閉維護(hù)，保證環(huán)網(wǎng)完全絕緣，斷路器設(shè)備對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，防塵、防潮、短時(shí)間的浸水保護(hù)，可提高其抗振能力。

用環(huán)氧樹(shù)脂澆注斷路器內(nèi)部各部件，可大大提高斷路器絕緣氣體的強(qiáng)度，在運(yùn)輸和使用過(guò)程中不會(huì)因振動(dòng)而減弱。和氣體絕緣環(huán)網(wǎng)產(chǎn)品相比，部分廠家在青海和沿海潮濕地區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，在海拔4000m左右的地區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，已達(dá)到IP68的防護(hù)等級(jí)。因此，固體絕緣環(huán)網(wǎng)產(chǎn)品更能滿足環(huán)保要求。

5? 結(jié)語(yǔ)

從我國(guó)固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，該絕緣技術(shù)相對(duì)完善，彌補(bǔ)了空氣絕緣和氣體絕緣網(wǎng)柜的不足，可用于特殊環(huán)境，如高海拔地區(qū)。采用固體絕緣環(huán)型容器，可以有效地促進(jìn)我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到關(guān)注。可以斷言，絕緣環(huán)網(wǎng)柜具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]陳瑞炯，許曉柯.淺析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜專利技術(shù)[J].科學(xué)與信息化，2020（14）：118.

[2]徐衛(wèi)東，聶一雄，周文文，等.基于Ansoft與MATLAB的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜溫度仿真[J].電器與能效管理技術(shù)，2017（12）：44-49.

[3]王玉龍，李興鵬，孔祥沖，等.一種12kV環(huán)保氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的研制[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2021，57（8）：12-13.

[4]陳瑞炯，許曉柯.淺析固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜專利技術(shù)[J].科學(xué)與信息化，2020（14）：118.

[5]孫小涵.提升城市配角電網(wǎng)韌性的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2019.

[6]李洪亮.直流配電系統(tǒng)仿真搭建及有效性分析[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2020.