固体绝缘环网柜研发中的若干技术问题综述

纪新月

摘要：近年来，我国加大了城网改造的力度，环网柜的应用越来越广泛，环网柜的实际应用方案进一步完善。固体绝缘环网柜的研究和开发，主要是为了保护环境而设计，固体绝缘环网柜的发展会对环境的发展产生一定的影响。采用固体絕缘环型容器，可以有效地促进我国电网的发展，促进社会经济的可持续发展。

关键词：中压配电技术  中压环网柜  技术现状  固体绝缘环型容器

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

利用中压配电网，可以加强主网与用户的有效连接。近年来，随着国家电网建设规模的不断扩大，对中压电网的需求也日益增长。因此，广大用户及相关制造企业也开始普遍关注中压配电的发展和技术现状，这也对中压配电设备的发展提出了更高的要求。

1现阶段固体绝缘环网柜在中压配网领域的应用现状

1.1固体绝缘环网柜在城市居住区广泛应用

对于中压环网箱，其核心部分主要由两部分组成：一是负荷开关;二是熔断器。同时，中压环网柜还有以下优点：结构简单，体积小，且价格比较低。另外，中压环网柜能有效改善供电质量，提高供电可靠性、安全性。对中压环网柜进行观测，确定最大额定电流为1250A，一般为630A。对于中压环网柜绝缘介质的限制，一般可分为两种：一种是空气绝缘;另一种是SF6气体绝缘。环网柜主要应用于分合闸负荷电流和分闸短路电流。另外，它们还具有一定的控制和保护作用[1]。

1.2真空负荷环网柜能形成良好的隔离断口

用于空气绝缘的环网柜内的负荷开关有以下4种：一是气体产生式;二是压气;三是真空;四是SF6负荷开关，其中SF6负荷开关作为空气绝缘环网柜的主干开关。在气箱中的负荷开关一般有3种工作位置，即切断负荷、可靠接地和电路隔离。

1.3提高环网柜的实际应用水平

一般来讲，环网柜体大部分体积较小，根据这一特性，大多数负载开关（通常是高压键）都有相对简单的结构和高压螺丝。环网柜的正常运行主要依靠负荷开关和固定装置来有效地切断短路电流。两种方法的有效结合，实现了功率交换的最大化。如果要更换开关，则只能在特定的性能范围内进行[2]。

2固体绝缘环网柜的发展趋势及技术特点阐述

2.1电极柱密封技术的有效应用

环氧树脂材料是指一种常用于固态绝缘体主绝缘体的材料，灭弧介质主要用于真空环境。为了有效地实现负载与电流隔离等功能，必须尽可能对开关的运动和分配系统进行有效的控制，进一步保护机械设备和操作者的人身安全。采用固体绝缘可以有效地缩短断路器柜内相位到地面的距离，将空气绝缘距离从125mm减至几毫米。当不使用SF6气体时，体积会发生变化，比之前的C-GIS要小。此外，相对简单的电源结构可以有效地减少仪器元件的数量，提高设备的可靠性

2.2固体绝缘环网柜技术特性

与带SF6断路器的空气绝缘环网柜和SF6气体绝缘环网柜相比较，有以下几方面的优势。第一，壳体结构比较简单，通过取消压力瓶组件和压力表、充气阀等相关气体部件，大大提高了环网柜的可靠性，降低了后续维护费用，有效地改善了断路器的工作状态。第二，在回路开关中，主开关配备隔离部件，并且断口可以有效地看出其广泛应用于低温、高温环境中，以环氧树脂和绝缘套管为主的固体绝缘子外绝缘，2种材料在严寒地区使用，有效地降低了低温地区SF6气体的液化和冷却程度，减少高温区扩张带来的不利影响。

3固体绝缘环网柜亟待解决的问题

3.1绝缘和绝热表面喷涂技术

根据局部放电的形成机理，发现固体绝缘的内部放电主要是由于孔洞的存在。现行的密封技术主要是将金属模具预热，然后将它放入化学零件的预热密封中，将真空慢慢插入金属腔内，在固化后需抽真空。这种工艺不仅效率低，而且成本高。不完全的气泡处理，这将导致固体绝缘体中出现大量空洞。在设备运行中，可能出现局部放电，导致固体绝缘元件长时间断裂，影响设备的安全可靠运行。为此，必须引进先进、优质、高效的环氧树脂密封技术。另外，由于开关表面的屏蔽直接影响设备的性能，因此在设计和生产过程中必须解决表面屏蔽问题，即表面屏蔽技术。绝缘材料表面金属化的目的是为固体燃料电池提供可靠的接地，将环境因素对产品的影响降到最低程度，提高固体燃料电池的使用。目前，市场上有相当一部分的固体绝缘环柜没有经过加工处理，供应的产品局放指标较高[3]。

3.2缺乏操作、维护经验

固体绝缘环网柜是近年来引进的一种新技术产品，电网没有对固体绝缘环网柜进行科学合理的试运安排，造成目前电网运行总量小、运行时间短、省网连接不完善。例如，高温地区、高温潮湿地区、沿海地区、雨量充沛、日温差大的地区，需要针对实际应用中存在的问题，在全国范围内全面积累工作经验，对固态绝缘网络柜进行针对性、前瞻性的改进，以不断提高产品的安全性和稳定性。

3.3发展固体绝缘环网设备

近年来，随着中国配电网络的快速发展，中国配电网络技术水平有了很大的提高。SF6气体被广泛应用于中压环电路中，从我国发展现状来看，SF6气体的综合性能最好。但随著我国环境保护意识的逐步增强，保护自然环境成为重中之重。环网箱大量使用SF6气体，将对我国的环境造成一定的危害，甚至危及人类健康。因此，将减少SF6气体环网柜的使用，在环境保护方面，固体绝缘环网柜的使用将是高压开关设备发展的主要目标。我国制造厂商对此都进行了预测，并逐步开始对固体绝缘柜产品进行开发与生产[4]。

3.4绝缘模组结构优化设计

绝热模组的结构设计，在满足功能、检验和安装要求的前提下，还需要对其进行降低材料消耗、防止残余应力的设计。残余应力的存在会引起固体绝缘元件的内外裂纹，设备运行时会产生局部放电，引起绝缘穿孔。因此，从绝缘结构的整体结构、厚度、过渡到结构等方面，必须深入研究介质模块的结构，并考虑散热的概念。

3.5研究和设计屏蔽层

其外观设计的主要目的是规划金属屏蔽接地：一是在绝缘损坏时，使短路故障只发生在相对地之间，减小电弧能量，降低故障风险;二是在任何环境下都能保持绝缘，无需清洗模块外表面，即使柜内有金属异物，电场分布不变。

4固体绝缘环网柜技术的发展方向

4.1发展新型高性能绝缘材料

采用环氧树脂作为固体绝缘材料的环形容器，虽然性能很好，但在真空陶瓷灭弧室中浇注的同时，也会对原料造成破坏。因此，开发高档环氧树脂，完全超越了环氧树脂的特性。2014年，科学杂志发表了一篇关于发现新型可回收热固性高分子材料的文章，指出了“聚水杨酸”热固性塑料回收利用的重大进展。这种高聚物具有很高的回收能力，而热固性塑料不能再循环5年，未来10年生产的新产品将充分利用可回收的热固性材料。

4.2内建组件间接口连接方式的研究

因为实心绝缘环网柜是由固体绝缘部分制成，用于填充元件主回路导体部分和安装件的主回路部分，由于预埋件之间存在耦合不灵活，所以有必要对连接不同浇注元件的电线进行标准化，而环形柜整体配置是调直的，而且连接导线必须用环氧树脂浇铸，因此需要与闸门连接，在产品合理化时保持一定的自由度。针对这一问题，提出了一种采用硅橡胶材料栅极与导体连接的接口技术。通过这种方式，可以实现规范化，使各接收器的元件可以互相连接，接收器元件也可以合理配置，减少了整体绝缘箱的设计。

4.3固态绝缘环网柜市场推广应用前景

固态绝缘环网柜结构简单、体积小、无毒、无污染、绿色环保，符合全球绿色发展理念。然而，作为一种产品，只有当产品真正用于市场时，厂商才能从产品销售中获利。如何将其成功应用于市场，成为人们关注的焦点。理解用户的需求，满足用户的需求，是新产品引进成功的关键，并结合用户需求，对固体绝缘制品的应用前景进行了分析。

4.3.1满足消费者需求的产品

用户在使用过程中，首先要求产品的技术参数符合相关标准（技术规范、国家和行业标准等），并获得国家电力行业的有关标准和标准，在固体绝缘产品中未发现任何特殊标准，因此，为使这些产品能够执行，固体绝缘产品必须协助制定国家或电气标准，委员会指出，截至2002年12月31日，共有约1500万t固体绝缘产品提出索赔。

4.3.2用户对配网产品的要求较高

中压配电装置是电网中广泛使用的基础设备。随着电网建设的不断扩大，作为主网用户间的桥梁，对中压设备的需求日益增长。该产品使用寿命长，环境适应性强，符合环保要求，体积小，安装方便快捷，经济方便，对设备具有可靠的使用历史要求[5-6]。

体积较小的固体绝缘环网柜，单负荷开关柜单元尺寸为860mm、420mm宽、1200mm高。深度850mm，宽500mm，高1600mm。与空气绝缘室相比，固态绝缘体的尺寸介于谁和谁之间。通过对以上技术性能的推断，还可以判断固体绝缘环网箱提供人身安全。但是，由于固体绝缘环网的使用时间较短，目前已经在几家中国工厂中得到了应用。网络上运行的设备不多。目前，不可能对环氧绝缘的老化情况进行评估，因此不能同时检查检验周期，部分国内设备对SF6环柜（生产车间、模具和自动激光焊接）的装配和合资企业主要保证产品20多年的使用寿命。这是优势。经济性上，由于制造商目前生产固体绝缘柜体，需要大量的特种设备费用、专用模具、设备及材料。目前，电网固定绝缘环的市场价格较高，另外，由于电力系统主要采用设备并网招标，价格较低，一段时间内可购进多个区间。环网的SF6模块越来越低，而且显然不受固态绝缘环状容器的控制。

4.3.3产品使用环境要求

在大部分地区，用户对设备的日常工作环境要求不超过40℃，不低于-10℃。近年来全球范围内自然灾害的发生，对用户的使用提出了更高的要求。例如，在恶劣的环境下，要安装环网柜，环网柜要全封闭维护，保证环网完全绝缘，断路器设备对环境适应性强，防尘、防潮、短时间的浸水保护，可提高其抗振能力。

用环氧树脂浇注断路器内部各部件，可大大提高断路器绝缘气体的强度，在运输和使用过程中不会因振动而减弱。和气体绝缘环网产品相比，部分厂家在青海和沿海潮湿地区进行了试验，在海拔4000m左右的地区进行了试验，已达到IP68的防护等级。因此，固体绝缘环网产品更能满足环保要求。

5  结语

从我国固体绝缘环网柜的发展现状来看，该绝缘技术相对完善，弥补了空气绝缘和气体绝缘网柜的不足，可用于特殊环境，如高海拔地区。采用固体绝缘环型容器，可以有效地促进我国电网的发展，促进社会经济的可持续发展。环境保护越来越受到关注。可以断言，绝缘环网柜具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]陈瑞炯，许晓柯.浅析固体绝缘环网柜专利技术[J].科学与信息化，2020（14）：118.

[2]徐卫东，聂一雄，周文文，等.基于Ansoft与MATLAB的固体绝缘环网柜温度仿真[J].电器与能效管理技术，2017（12）：44-49.

[3]王玉龙，李兴鹏，孔祥冲，等.一种12kV环保气体绝缘环网柜的研制[J].现代制造技术与装备，2021，57（8）：12-13.

[4]陈瑞炯，许晓柯.浅析固体绝缘环网柜专利技术[J].科学与信息化，2020（14）：118.

[5]孙小涵.提升城市配角电网韧性的研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[6]李洪亮.直流配电系统仿真搭建及有效性分析[D].徐州：中国矿业大学，2020.