国内固体绝缘柜发展现状

.word教育资料固体绝缘环网柜发展现状（本稿摘录中电联输配电技术协作网固体绝缘研讨）（一）国内发展现状1、政策背景具有优异的绝缘和灭弧性能的SF6气体，在电力设备中应用十分广泛。但是SF6气体是国际公认六种温室气体之一。《联合国气候变化公约》和《京都议定书》对温室气体排放均有明确的限制要求和减排目标，我国作为签约国，在减少温室气体排放方面也承担着义不容辞的责任与义务，因此，国内SF6气体的使用会受到越来越多的限制，逐步减少SF6气体的排放是国际社会的共识。为了弥补SF6充气柜的不足，近几年在国内外市场上出现了环保型环网柜，包括：无SF6气体绝缘的环网柜、固体绝缘环网柜、复合绝缘环网柜。目前，环保型环网柜固体是一种正进入规模应用的配电新产品，其中，固体绝缘环网柜已列入国家电网公司1285号文件及国家电网公司“十二五”规划《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》。文件明确提出：“从技术可靠性和环保要求更加严格的发展趋势看，固体绝缘环网柜具有全面取代SF6气体绝缘环网柜的趋势。”2012年3月2日，国家电网公司发布了企业标准Q/GDW730-2012《12KV固体绝缘环网柜技术条件》。2、应用现状概述5年多来，复合绝缘环网柜更多采用固体绝缘技术，使得固体绝缘的特征在产品中显现，越来越受到行业的关注。根据固体绝缘环网柜专业委员会会员单位提供的资料有显示，从2008年到2012年，我国固体绝缘环网柜及复合绝缘环网柜年销售量已经达到2万台，大部分已在电网上运行，电压等级以12kv为主，最早运行时间为2006年，但在固体绝缘材料的外表面设置接地的地电极产品很少。产品投放的市场覆盖全国十几个地区，其中，应用量较大的有安徽和浙江、新疆等省份，其次是内蒙古、北京、西藏、山东、云南、广东、海南、贵州、四川、青海、.word教育资料湖北等地区，海拔4000米的西藏拉萨也有产品挂网运行。用户中非电网用户占到总用户比例的60%，从2008年到2011年每年都在按12%以上比例增加，2012年出现了下降，在2011年基础上下降了30%。3、技术现状分析固体绝缘环网柜在决议结构上是以固体绝缘材料作为外绝缘的主要部分，并辅以其它绝缘结构的环网柜，为了使真正的固体绝缘环网柜产品在设计上不受环境条件的影响，将高压带电体封闭、包覆或固封，在固体绝缘材料的外表面设置接地的地电极，以单一的固体绝缘材料作为主绝缘介质，同时还可以充分发挥固体绝缘材料击穿场强的潜能。由于在导体与地之间无空气介入，导体对地之间、相与相之间的绝缘由固体绝缘材料承担，从而提高了产品的安全性、可靠性。由此理念而进行产品设计时需要解决屏蔽及其连续性、绝缘材料表面金属化、隔离、接地电场优化等技术。目前，国内固体绝缘环网柜已有数十种结构，但能够实现在固体绝缘材料的外表面设置接地电极的产品结构很少，结构特征主要有两大派系，第一派系：以伊顿电力设备有限公司固体绝缘环网柜技术派生出来的产品：真空断路器或真空负荷开关+空气绝缘的隔离/接地开关。空气绝缘的隔离/接地开关运动方式又分为：刀闸旋转式和触指直动式；隔离/接地开关的运动速度由快速运动和匀速运动两种。第二派系：以日本东芝固体绝缘环网柜技术派生出来的产品：真空断路器或真空负荷开关+真空绝缘的隔离/接地开关。两大派系的区别主要在隔离/接地开关的绝缘方式的不同。3.1第一派系，空气绝缘方式的隔离/接地开关第一派系的固体绝缘环网柜是目前生产和使用最多的产品。绝缘结构实质上是以固体绝缘材料+大气作为外绝缘。其技术方案产品结构简单、成本低，用户比较容易接受。产品总体结构与SF6气体绝缘环网柜相似，由电缆室、母线室、机构室、开关室、仪表室组成。功能单元分为：断路器单元、负荷开关单元、组合电器单元、高压计量单元、母联到单元等组成。单元间的连接采用固体绝缘母线连接，连接工艺主要采用电缆附件连接的工艺方式，固体绝缘母线分为两种：一种是采用铜棒与硅橡胶合成的硬连接方式，另一种是采用软电缆的方式。为了适合恶劣环境条件下使用，有些产品将高压主回.word教育资料路再次密封在充干燥压缩空气的不锈钢密封箱体内，例如：伊顿公司的产品。断路器单元：断路器单元的灭弧方式采用真空灭弧室灭弧，选用小型化的固封结构真空灭弧室通过压力凝胶工艺将真空灭弧室固封在开关室的绝缘箱内。开关室由相互独立的A相、B相、C相三只绝缘箱组成，又叫分箱型，也有部分企业将三相做成一个整体，又叫共箱型。绝缘箱内除真空灭弧室外还装有空气绝缘具有可见断口的隔离/接地开关，隔离/接地开关的方式分为具备接地关合能力的快速旋转运动的隔离/接地开关和不具备接地关合能力的直线运动的隔离/接地开关。根据结构布置的不同，隔离/接地开关的位置相对于断路器而言又分为上隔离和下隔离方式。操作机构室分别装有断路器和隔离/接地开关两台驱动机构，通过传动部件分别驱动断路器和隔离/接地开关实现分合闸动作并完成相互间的机械闭锁要求。可视隔离断口通常采用在绝缘箱上开孔或安装窥视镜的方式实现。负荷开关单元：负荷开关单元与断路器单元结构完全相同，不同的是选用了负荷开关用的真空灭弧室。组合电器单元：该单元是在负荷开关单元的基础上增加熔断器模块，更换熔断器时实现熔断器二端都接地结构复杂，在线路侧有的采用油绝缘接地开关接地。3.2第二派系，真空绝缘的隔离/接地开关该派系的产品与第一派系有着本质的区别，将原来的空气绝缘的隔离/接地开关改成了真空绝缘的隔离/接地开关，隔离/接地开关的功能由三工位的真空灭弧室来完成，即真空灭弧室的隔离合闸、隔离分闸、接地合闸三个位置；真空灭弧室触头总行程一般在18~20mm之间。产品技术含量高、体积小、结构简单，但成本较高。目前，该派系的固体绝缘环网柜的结构主要有以下几种方式：(1)真空断路器或真空负荷开关灭弧室和三工位的隔离/接地开关灭弧室组合的方案。该方案由6只真空灭弧构成，通过压力凝胶APG工艺固封在环氧树脂体内，由分箱和共箱结构。断路器或负荷开关的真空灭弧室主要完成短路开断和关合功能；三工位真空灭弧室主要完成导通、隔离、接地的功能，有两台驱动机构.word教育资料分别驱动相应的真空灭弧室。（2）三工位灭弧室的方案该方案由3只三工位真空灭弧室构成，三工位真空灭弧室即实现短路开断、关合功能，也完成隔离和接地的功能，由一台三工位机构驱动。（3）真空断路器或真空负荷开关灭弧室和专用接地开关真空灭弧室组合的方案。该方案由6只真空灭弧室构成，3只断路器或负荷开关真空灭弧室主要完成短路开断和关合功能，另3只真空灭弧室主要完成接地功能。（4）断路器或负荷开关真空灭弧室和隔离开关真空灭弧室、接地开关真空灭弧组合的方案。该方案由9只真空灭弧室构成，各自完成不同的功能，由2台驱动机构来实现真空灭弧室的运动。3.3两大派系产品的比较由于隔离/接地开关的绝缘方式和结构的不同而带来了环网柜的技术方案、产品结构、成本、应用等方面的区别。两大派系产品的结构比较：（1）真空断路器或真空负荷开关+刀闸旋转运动隔离/接地开关的方式；该方式为空气绝缘，结构简单，受外界环境条件变化影响较大。（2）真空断路器或真空负荷开关+直线运动隔离/接地开关的方式；该方式为空气绝缘，结构简单，受外界环境条件变化影响较大，接地开关不具备关合能力。（3）真空断路器或真空负荷开关+三工位真空灭弧室隔离/接地开关的方式；该方式为真空绝缘，结构简单，但操动机构结构复杂、成本高，不受外界环境条件变化的影响。（4）采用真空绝缘方式的三工位隔离/接地开关的最大优点是：①操作元件的基本结构可以和真空断路器相同；②可以实现标准化；③隔离/接地开关的动作时间与断路器同时缩短，从而可以更快的适应电力系统负荷切换，有助于安全、可靠的供电。(由于我国的电力系统的要求的真空度的可靠性，目前还不采用此方案)4、产品技术优势.word教育资料4.1技术特点●优化电场设计：绝缘部件局放在1.2倍额定电压时小于10pC；●绝缘件表面涂覆导体或半导体接地层，可触摸；●绝缘壳体采取密封设计后，壳体内的空气与大气隔离，不受外界环境变化影响；●具有关合能力的三工位合闸、隔离/接地技术；●驱动机构设计：可配永磁机构、弹簧机构；●在线检测技术，智能化程度高；●屏蔽软母线技术，单元结构，免维护，使用方便；4.2与SF6气体绝缘环网柜的比较对比项目固体绝缘环网柜SF6气体绝缘环网柜绝缘介质固体绝缘或固体材料+空气SF6气体灭弧介质真空SF6气体/真空绝缘结构隔离、接地断口采用空气与沿面的并联，存在泄漏电流可能性界面绝缘多沿面绝缘多隔离、接地断口采用纯气体间隙绝缘结构简单主回路的开关元件数量与主回路长短相同的一次主接线，开关元件数量多或相当，主回路导体直线布置回路长或相当可使用组合开关，减少元件数量，主回路导体可异型曲线布置、长度短温升散热困难散热好并柜结构每个功能单元都需并柜，并柜数量多，材料用量多，工作量大可共气箱，需并柜数量少或不并柜，材料用量少，工作量小对环境的影响绿色环保对环境有危害制造工艺检测元件多、工艺复杂，工艺成熟、相对好控制.word教育资料难控制安全性爆炸发生概率极低SF6易泄漏，泄漏后会发生爆炸可靠性绝缘壳体内部空腔有积水、凝露可能性，绝缘壳体外表面局部放电不稳定可靠性高机械寿命100005000/10000维护管理不需要检查气体泄漏，有环氧壳体空腔为密封结构的产品仍需泄漏监视需气体泄漏和压力监视寿命终结可回收性环氧树脂与金属的剥离困难，环氧树脂回收价值不高SF6回收费用大其他材料可回收、分类应用范围对湿度、海拔敏感，现场的可扩展，应用范围较大高温、高寒地区不适用现场可扩展稍差占地面积与SF6体积相当或略大小成本断路器单元与SF6柜相当负荷开关单元成本大幅增加成本低4.3与不使用SF6气体绝缘的环网柜比较绝缘可靠性零件个数维护性安全性价格真空和环氧树脂浇注★★★★○干燥空气+隔板绝缘▲▲▲○★CO₂气体+真空○▲▲▲★.word教育资料★---很好○---良好▲---一般4.4结构优势优势项目与环境协调主回路固体绝缘隔离开关采用真空绝缘或空气绝缘后，不使用SF6气体小型、轻量化高性能环氧树脂的应用简化的主回路结构采用分相式外层屏蔽实现小型、轻量化提高安全性、可靠性采用分相式外层屏蔽抑制短路故障、可触摸省力维护省去平常的气体压力监视采用固体绝缘外层屏蔽以减少维护量操作机构简易化设计及产品模块化结构，零件数量少，免维护5、存在的不足5.1屏蔽与绝缘表面金属化固体绝缘环网柜的设计与生产主要需要解决的问题是屏蔽及其连续性、绝缘材料表面金属化、隔离、接地、电场优化等技术。目的是实现包覆后的绝缘介质外表面涂覆导电半导电屏蔽层并可直接可靠接地，降低、排除使用环境对产品的影响。目前，国内现有产品中很大一部分绝缘件表面均未做屏蔽与金属化处理，局放指标较高；运行中绝缘件受环境空气中灰尘和潮气侵入，绝缘件表面的电场受到破坏，出现泄漏电流和表面放点现象，久而久之会出现绝缘击穿和发生相间短路故障。同事，因表面未可靠接地在人接触时会出现人生伤亡事故。5.2结构优化与环境适应设计固体绝缘环网柜是属于配电系统末端的配电设备，大部分设备安装在户外的金属或非金属箱体内，环境非常恶劣，设备的性能和可靠性受环境因素较大。.word教育资料受潮气、灰尘、温差和空气中化学物质的作用，会出现产品零件的锈蚀、表面氧化、凝露等现象，从而带来环网柜操作机构与传动部分卡涩、绝缘件表面的电场破坏、积水等，使得设备出现拒分、拒和、绝缘件沿面放电、短路、接地等故障。因此，应注重产品适应户外环境方面的结构研究和工艺改进，解决因锈蚀、潮气、灰尘、凝露等现象带来的拒动、绝缘下降等质量问题。5.3对于“假断口”的认识采用空气绝缘的隔离开关、接地开关，实质上是将断口二端的静触座、动触座安装在同一个绝缘件上，过去常称这种断口为“假断口”。当开关处于分闸状态时，动、静触座之间的绝缘性能由动、静触座间的空气、绝缘件的沿面爬电距离共同决定，需要对这种断口进行电厂分析和优化，采用技术措施使电场均匀，降低工作场强。由于这种断口存在绝缘件的沿面闪络因素，大大增加了断