环网开关柜绝缘气体环保化探究

海龙(云南电网有限责任公司丽江古城供电局，云南 丽江 674100)

0 引言

作为常用设备，环网开关柜具有操作简单、成本低廉的显著优势，因此被供电部门广泛用于二次配电系统中。但据调查，环网开关柜内部绝缘气体主要是六氟化硫，由于这是一种受限制的温室气体，在使用过程中存在的泄漏问题会严重损害人体身体健康，故此加快环保型气体的研发，是目前电力企业实现可持续发展的重要基础问题。

1 环网开关柜绝缘气体环保化研究

就目前来看，在可供选择的环保型气体中，由于氮气、空气易获取、低成本以及安全性高的优势，成为了企业科研机构的首选。但另一方面由于空气成分十分复杂，氧气和水分在某些特定条件下会腐蚀和氧化电气设备的电接触绝缘部件，最终在影响环网开关使用安全性和质量性的同时，也给人们的生命财产埋下了巨大安全隐患。为此将“氮气”取代“六氟化硫”，是现阶段环网开关绝缘气体环保化研究的主要方向。

1.1 击穿强度研究

虽然在使用安全性方面，氮气作为绝缘气体的环网开关柜具有高可靠性，但通过对击穿强度进行剖析可知，在某些不均匀的电场中，以六氟化硫气体作为灭弧和绝缘介质的高压开关以及环网相比氮气，在耐电强度方面具有显著优势，通常是氮气的2倍多。就氮气与干燥压缩空气相比，两者的耐电强度具有一定的相似性，在对其进行击穿强度研究过程中，通常来讲采取的研究方式主要是在大气压强度下采用“棒-棒”或是“棒-板”电极进行试验，在试验过程中需将电极棒直径误差控制在50mm以内，两电极之间的净距离偏差控制在80mm以内，通过试验可得氮气和干压缩空气的相对强度存在一定偏差，偏差值大概在0.9～1.2左右。在进行绝缘环保柜设计过程中，为满足氮气绝缘条件，在进行击穿电场强度设计时，一般选择0.9作为绝缘裕度系数。

1.2 耐电强度研究

在进行环网开关柜环保型绝缘气体研究过程中，除了要对环保型气体击穿强度研究外，与此同时还要对其耐电强度展开系统化剖析，根据大量调研数据分析可知，在均匀亦或是稍不均匀的电场中，影响氮气击穿强度的主要因素是电气间隙，通常而言电气间隙越大耐电强度越高。

1.3 气压对氮气电性能研究

就目前来看，作为电气工程的重要设备之一，环网开关柜在使用过程中或多或少都会受到一些冲击电压的作用，在此环境中为从根本上确保开关柜的安全性、可靠性，对“气压对氮气电性能”展开系统化研究也是十分必要的。通常来讲一定范围内气压与氮气耐电强度两者之间存在一定的线性关系，但这种关系仅限于在均匀亦或是稍不均匀的电场中，至于在不均匀的电场中，受直流或工频电压的影响氮气耐电性能呈现驼峰现象，因此在进行环网柜开关设计过程中，为从根本上确保环网柜使用性能的最大化发挥，通常采用的是均匀场亦或是稍不均匀场，只有如此才能根据两者之间的线性关系进行大体估算。

2 环保气体绝缘环网开关柜研制作业的基本概述

通过上述分析可知，近年来伴随人们环保意识的不断增强，为确保环网柜安全运行，用氮气取代六氟化硫作为绝缘气体，是现阶段企业科研机构的主要研发方向，但从绝缘性能、热传导性、灭弧性能等方面来看，氮气与六氟化硫之间还存在一定差距，为此在进行环保气体绝缘环网开关柜研制过程中，工作人员还需做好如下作业。

2.1 气箱内的绝缘性

在对气体环保化研究过程中发现，相比六氟化硫，氮气无论是耐电强度亦或是绝缘强度都与之存在一定差异，具体来看氮气的耐电强度是六氟化硫的四分之一，绝缘强度是其三分之二。就目前来看，为确保预期使用效益的最大化发挥，在进行设计时工作人员需确保带电体表面场强、绝缘体表面场强、环氧树脂件局部放量控制以及相间和相对地距离把握工作落实到位，以此来确保环保气体绝缘环网开关柜功能的实现。

2.2 气箱的强度

在现阶段环网开关柜研制过程中，由于氮气作为一种新型绝缘气体被应用后会产生新的设计理念，因此为规避后期开关柜使用过程中因强度不足而导致气箱变形问题的出现，工作人员还需对气箱的整体强度进行研究，在全面掌握和了解气箱横向加强筋、竖向加强筋、后盖板以及前面板最大变形量的基础上进行设计。

2.3 箱体的散热

当用氮气作为环网开关柜绝缘气体后，与此同时还面临一个巨大难题，即散热问题。相比六氟化硫，氮气的散热性能较弱，当遇到额定电流超过2100A时，极易引发各种安全性问题，给人们的生命财产埋下巨大安全隐患。在进行环网开关箱研发过程中，为从根本上规避不良情况的发生，设计人员为实现气箱内部热量的风道式散热，需在具体结构设计时有意识的将高温升点的热量向低温升点传递。

2.4 气箱的焊接

在内部结构设计中，绝缘气体不同的两个环网开关柜，内部结构也存在显著差异，目前来看作为环网开关柜的新型绝缘气体，氮气环网柜在设计过程中，通常采用的是薄钢板焊接，在焊接时倘若工作人员依旧采取传统的焊接技术和手段，不仅极易导致局部区域疲劳开裂，甚至还会引发变形等问题，由此给企业造成了十分不利的影响。为从根本上规避上述问题的产生，严格控制气箱变形量，在进行焊接时工作人员需明确氮气环网柜焊接的热影响主要集中在焊接位置，因此为降低工件热输入量，一般采用冷焊接技术进行焊接。

3 环网开关柜绝缘气体环保化结构设计的注意事项

根据《京都议定书》可知，虽然在性能方面，六氟化硫具有显著优势，但作为一种限制排放的温室气体，再加之泄漏引发的安全性隐患，近年来企业科研机构加快了对其他环保型气体的研发。虽然相比六氟化硫，氮气在某些性能方面存在一定的弱势，但为确保预期使用效益的最大化发挥，工作人员还需做好如下工作。即：优化电极形态，根据不同结构位置及功能进行绝缘结构的优化设计；复合绝缘是降低氮气介质内电场强度的有效方法，在使用过程中为降低电场强度需使用一定厚度以及强度的复合绝缘层；为降低保证电场的不均匀系数，需选择较大直径的母线；为降低氮气介质内电场强度，需采用真空和屏蔽环的方式。

4 人工智能化技术在高低压成套开关柜电气设计中的应用范畴

4.1 电气设备设计应用

近年来，随着我国城乡一体化建设进程的不断加快。在当前多元化市场竞争环境下，将人工智能技术应用到电气设备设计，可提高企业的市场竞争力。一方面需制定科学合理的养护制度和养护策略，确保后期各项养护工作落实到位，降低机械损坏和故障发生频率，以此来延长机械设备的使用寿命；另一方面在对电气设备设计工作优化时，工作人员需在合理应用智能技术的基础上，有效结合控制系统中的程序编写，实现精准化控制。此外工作人员还可利用智能技术，通过对终端仪表中的数据信息进行科学分析，以确保设计的科学性、合理性和先进性。

4.2 电气自动化设备应用

自动化系统有多部分组成，每个部分涉及不同学科。因此在具体作业过程中，操作人员自身的专业性和综合素养水平的高低，对设备操作质量及操作效率有着重要影响。企业不仅需聘用专业能力、综合素养亦和责任心都满足企业发展的人才，还需将人工智能技术应用到电气自动化设备中，在降低人力资源损耗的基础上，保障了设备作业的安全性，最终提高自动化控制的精准度和控制质量。

4.3 电气控制应用

就目前来看，在电气控制中应用的人工智能技术主要有三种，即神经网络控制、模糊控制和专家控制等技术。具体而言，神经网络控制系统是通过模拟人类神经元活动，确保其控制效果得到有效发挥的基础类型，在当前互联网技术不断完善的信息化产业时代背景下，其技术也日渐成熟；而专家控制系统则是基于专家理论，通过有效结合理论技术，实现人工智能技术，可从根本上提升电气设备运行的安全性和可靠性；模糊控制是基于模糊语言和模糊推理，严格遵循专家经验，通过科学应用控制器进行电气控制。在当前电气工程及其自动化产业规模持续上升的新市场经济常态下，其应用率也在不断提高。

5 高低压开关技术设备智能化的发展方向

5.1 功能方面

当前，计算机应用技术在工业生产得到普遍的推广，有很多电力技术设备也都运用到了计算机。在高低压成套开关技术设备中就用到了计算机。利用计算机的对于数据的处理功能使得技术设备的数据分析更加的完善与进步，也降低了因为数据处理错误而造成的麻烦与困扰，使其更加符合现代化的发展趋势。

5.2 系统保护问题

目前，网络“黑客”等系统破坏技术可对国民经济各领域造成很大困扰。电力系统如遭受攻击，会造成重要技术设备系统的破坏，严重的可致使电网瘫痪。为了应对这些问题，需要利用技术手段保护系统免受伤害。采用智能化的技术可以很好的解决这个问题，从而使电力系统得到有效保护。

6 结语

综上所述，伴随经济的快速化发展，中高压环网开关设备在研发过程中，高可靠性、小型化以及智能化是现在设备研发的主要方向。其中作为设备的灭弧和绝缘介质，六氟化硫在使用过程中虽然具有良好的使用性能，但却极易放出有毒气体损害人体生命安全，为此要想规避上述问题的出现，确保企业的可持续性发展，加快环保型气体的研发现已迫在眉睫。