关于对固体绝缘环网柜的认识

一、 固体绝缘环网柜概述

环网柜是一种能够实现环网供电的开关柜，由制造厂按照一次主接线的要求将几个（单回路）的开关柜组合成一面柜子或者将多个开关元件集成为一面有多个回路的柜子，这种组合或集成的成套供应的金属封闭开关设备在我国主要用于10kV的二次配电系统，在国外用于36kV及以下环网供电系统，故常称为环网柜。

目前国内中压环网柜90%以上都依靠SF6气体作为绝缘介质。SF6气体化学性质非常稳定，具有优异的绝缘和灭弧性能，在电力设备中应用十分广泛。SF6气体绝缘开关设备的体积小，结构紧凑，不受外界环境因素的影响、适应性极强。但是这种气体在充气、运行、回收中不可避免地会存在泄漏和排放，成为大气环境中的一大污染源。SF6气体是国际公认六种温室气体之一，从环境保护的角度应当少用或不用SF6气体。另外《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和义务，因此逐步减少SF6气体排放是国际社会的共识。2013年，我国各地多次出现雾霾天气，也给我们敲响了环保的警钟，治理大气污染刻不容缓。

近年来，国内外很多公司都在开展无SF6气体的环保型固体绝缘环网柜的研究和应用。并且有些产品已在电网上安全运行七年以上。固体绝缘环网柜从原理制造上完全与SF6气体无关，为配电网设备领域的减排环保提供了基础保证，非常符合智能电网建设要求。

固体绝缘技术主要是指中压开关设备主回路的带电部分由固体材料进行包覆、封闭，或者将高的电场强度转移到固体绝缘材料的内部，让固体材料承担更高的电位，降低空气中的场强。固体绝缘环网柜是采用固体绝缘材料为主绝缘介质，辅以真空灭弧室，将主回路高压带电体全部封闭，外表面覆有半导电或导电接地层，排除了外界环境的影响，并使得开关柜体积小、结构紧凑。由于隔绝了空气水气、灰尘及冷热气源，可有效减少设备的维护次数，降低运行成本，延长开关机开关柜的使用寿命。

二、 固体绝缘环网柜的特点

1、 环保

固体绝缘环网柜从原理结构上完全取消了SF6气体以及相应的气箱零部件，采用绝缘套筒固化开关部件，由封闭母线连接各个回路，整体实现全封闭全绝缘，为减少六氟化硫排放提供了技术手段。固体绝缘环网柜彻底解决了由于气箱内部开关短路时因压力上升而引起爆炸所造成的事故，完全避免了SF6气体分解、泄漏而造成的有害气体的排放，真正成为社会所需要的环境友好型开关产品。

2、 安全

固体绝缘环网柜将真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑等有机结合为一整体，实现全绝缘、全密封、模块化、免维护结构。相间完全隔绝，具有防爆性能。对带电部件采取单相固体绝缘可以有效防止设备的内部电弧。对内部电弧的防止优于对它的控制。主回路部分采用单相模块设计，一方面在运行时可以完全避免相间短路故障的发生，另一方面在极大提高维修效率的同时降低维护成本。

3、 灵活

固体绝缘环网柜在满足IP67防护等级要求的基础上实现单元拼装、单元更换、方案调换，极大地降低了运行成本，在智能化升级、内部监测、抗恶劣环境（严寒、高原、潮湿沿海、强风沙、地下等）方面有明显的技术优势。

4、 智能

固体绝缘环网柜制造厂家采用高压部件与低压部件一体化设计思想，其功能涵盖了传统意义上电力系统一次设备、二次设备的所有功能。目前，固体绝缘环网柜都能够实现手动与电动操作，配置了综合自动化控制单元，能够快速分断故障线路、减少停电范围，通讯方式灵活，支持多种通讯协议，可以轻松实现配网自动化。

三、 固体绝缘环网柜制造工艺中需要注意的问题

近几年来从事固体绝缘环网柜业务的企业数量剧增，但其中不少企业都是在主营业务之外略有涉足，真正投入大量人力和资金致力于固体绝缘环网柜研发的企业并不多。虽然市场上的固体绝缘环网柜的核心原理基本相同，但产品结构却五花八门，也有厂家产品的关键原材料（如绝缘材料）和核心元件质量不高，生产制造工艺粗糙，致使很多产品一开始就注定其存在质量隐患。

固体绝缘环网柜的一次部分的生产制造采用APG自动凝胶工艺，将导电回路完全固封在环氧树脂中，采用三相分体式结构设计，各相之间完全绝缘，不可能发生三相同时短路。但是固体绝缘环网柜的工艺要求高于 SF6气体绝缘环网柜，若工艺手段不完善，则绝缘隐患、故障概率、危害性可能会高于SF6气体绝缘环网柜，需要确保原材料质量及工艺水平。

1、 灭弧室外绝缘问题

灭弧室外绝缘问题又可以细分为绝缘材料问题、绝缘介质间的界面问题、密封问题。由于灭弧室的外绝缘是由环氧树脂、硅橡胶、空气等多种介质完成的，因此单一绝缘介质的绝缘强度和不同绝缘介质之间的界面处理就很重要。就单一绝缘介质来说，环氧树脂和硅橡胶的绝缘性能都很好，其绝缘强度可以达到空气的5~6倍。要达到其绝缘强度，成型工艺必须严格要求，要有合适的温度和压力，还要保证材料的脱气处理和成型时的排气，避免微小气泡混入，否则不但会降低绝缘强度，还会因电场分布不均匀，造成局部放电增加，给开关设备的运行带来隐患。绝缘介质的界面处理主要保证其在受力、热胀冷缩等情况下能够保持足够的界面绝缘强度，不会造成绝缘失效。对界面之间的处理效果要有办法检测出来。目前，通过局放、X光透视、雷电冲击等试验，己经能够准确地检测出界面绝缘强度。

2、 固封极柱的检测和质量控制

固封极柱是真空断路器的核心部件，其产品的检测和质量控制尤其重要，直接关系到开关运行的可靠性。根据固封极柱的特点和质量关键点，从原材料到产品包装入库，进行一系列相关的检测、检验。固封前，对灭弧室逐只检查。测量关键尺寸，按次序对灭弧室预热、使用。固封后，首先进行固封极柱的外观检查，灭弧室自闭力、反力的检查，必须做到灭弧室动端活动自如无卡滞，且拉力在要求范围内。X光探伤是很关键的一个检验项目，一方面对固封极柱各绝缘材料内部以及绝缘材料之间的气泡、气隙、裂纹能及时发现，另一方面对灭弧室及导电连接等部件的固定位置有清楚地反映，对个别地方的异常变形也能及时发现。最后依次进行回路电阻、工频耐压、局部放电等检验。

在新产品试制、工艺调整的情况下，阶段性地做一定比例的雷电冲击试验和高低温循环试验。通过上述一系列的实验，使固封极柱制作的各主要环节得到有效控制，能够有力地保证最终产品的质量。

3、 固体极柱的表面涂覆问题

固体极柱的表面涂覆问题一直是固体绝缘环网柜的热点话题之一。绝缘体外部喷涂半导电或导电层并将其接地，由固体绝缘材料承担主要的电场密集区的耐压功能，充分发挥固体绝缘材料击穿场强的潜能，排除了外界环境的影响。但是主回路导电件的形状与布局、绝缘体的形状与壁厚、绝缘原材料的质量、浇注工艺的掌握情况等这些综合因素决定了喷涂效果。

目前厂家在固体极柱表面涂覆主要有：喷锌、喷铝、涂半导电漆或包覆半导电橡胶。如果不经过分析、模拟、试验，而只是简单的涂覆，可能会造成电场分布不均、局部放电不稳定等现象，从而降低固体开关的绝缘性能，导致事故的发生。所以对固体极柱表面涂覆，我们要慎之又慎，仔细分析研究，确保真正的可靠性，否则会事与愿违、适得其反。

四、 固体绝缘环网柜安装使用中需要注意的问题

1、 高压电缆头制作与安装中的质量问题

环网柜现场使用中一次部件很多质量问题是由于高压电缆头制作与安装中的质量问题造成的。这个问题不光出现在固体绝缘环网柜的使用中，也是其它环网柜现场使用中普遍存在的主要质量问题。

高压电缆头的制作对环网柜的产品质量中起着至关重要的作用。高压电缆头制作细节上的处理不当会为以后电缆故障埋下隐患，继而引起整个环网柜损毁。高压电缆头的制作时应严格按尺寸去剥除外护套，半导体层，铜屏蔽层，保证电缆头内部的均衡电场的作用；切半导体层时不能伤到主绝缘，半导体断口一定要平整不能有呲口，防止出现电场尖端放电的地方；电缆剥切完后要认真打磨清洁主绝缘，防止半导电颗粒在主绝缘上残留，出现局部强电场；电缆头的接地连接一定要可靠；电缆头必须密封防潮，密封胶一定要均匀，防止潮气进入。

2、 固体绝缘环网柜的典型方案和结构设计

目前市场上各制造厂家的固体绝缘环网柜产品在典型方案与产品结构方面有很大区别，方案较多，产品结构差异过大，在安装尺寸、操作方法、产品维护等方面互不兼容，造成用户对固体绝缘环网柜在产品选型、安装、使用、维护等方面的困惑。因此，需要对固体绝缘环网柜的典型方案和结构设计进行研究、设计、完善、标准化，统一用户运维技术方案，方便电力系统的运维人员对固体绝缘环网柜的深入了解，提高其对产品的满意度，提升产品的市场影响力。

典型方案设计主要包含：带隔离的真空开关柜方案（二工位、三工位，接地、不接地等）、组合电器柜方案、计量柜方案、电源及母联柜方案的设计。

结构设计主要包含：防内部故障电弧的设计、环境适应性设计（主要指：密封、防凝露、防锈等）、绝缘性能与可视窗口技术设计、统一固体绝缘环网柜柜体标准尺寸等。

五、 固体绝缘环网柜的应用前景展望

2011年8月，国家电网公司发布了《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》(国家电网科[2011]1285 号)，文件指出：“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。但是，固体绝缘环网柜的工艺要求高于SF6气体绝缘环网柜，若工艺手段不完善，则绝缘隐患、故障概率、危害性高于SF6气体绝缘环网柜，需要确保原材料质量及工艺水平”。2012年3月，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》，目前《12kV 固体绝缘环网柜技术条件》正在审核阶段，预计今年五月将会发布。

固体绝缘环网柜集现代高电压技术、新型材料应用技术（新型工艺）、现代微电子技术、现代测量、保护技术与现代通讯技术于一体，从其设计原理和结构特点来看，固体绝缘环网柜是一种安全、环境友好型、稳定可靠、高度智能化的新型环网柜，特别适合在高海拔、高温差、污秽潮湿的场所使用。但同时，作为一种新兴的环网柜，它还需要广大制造企业与使用单位去研究、去探索、去验证，去制定相应的满足运行需求的固体绝缘环网柜的典型方案和结构设计、技术规范，提升产品质量与工艺水平，解决智能固体绝缘环网柜和SF6环网柜在使用过程中的不同习惯，为扩大推广及替代使用SF6气体绝缘环网柜打好基础，使得固体绝缘环网柜成为配网设备重要组成部分，为配网系统的安全、可靠发挥核心作用，为智能电网配电开关技术的发展助力。