固体绝缘环网柜特殊问题研究一

　　固体绝缘环网柜自问世以来，以其环保、安全、智能、灵活等特点得到用户的认可，已有相当数量在全国各地各行业投入使用。全国输配电技术协作网(简称协作网)固体绝缘环网柜技术讨论组成员针对固体绝缘环网柜四个特殊问题：固体绝缘环网柜组合方案的优化研究、固体绝缘环网柜半导涂层技术研究、固体绝缘环网柜可视断口实验研究及固体绝缘环网柜关键技术研究进行了调研。

　　为保证特殊问题结论性意见的真实性、准确性和较强的参考性，协作网组织开关专家及讨论组成员采用线上调研结合线下调研的形式对固体绝缘环网柜的四个特殊问题进行了调研。线上调研采用调研问卷形式对组内成员进行调研，线下调研共走访6家使用单位，4家制造单位。此次调研使用单位及制造单位共15个单位参与，其中制造单位9家，使用单位6家，参与调研者共20位。

　　线上调研采用调研问卷形式主要征集组内成员对固体绝缘环网柜四个特殊问题的意见。线下调研开关专家及讨论组成员与使用单位就当地固体绝缘环网柜使用情况、运行情况、当前设备问题进行了技术交流并现场参观了设备运行状况。与制造单位就固体绝缘环网柜制造情况、工艺情况等相关技术进行了交流并参观了设备制造车间，了解设备制造情况。

　　固体绝缘环网柜特殊问题调研结论

　　现将调研意见汇总形成结论性意见，供固体绝缘环网柜使用单位及制造单位参考，促进固体绝缘环网柜的创新和应用水平提高，进一步推动固体绝缘环网柜进入大规模应用。

　　固体绝缘环网柜组合方案的优化研究

　　从本次调研情况分析，用户对“负荷开关-熔断器组合柜”方案并没有完全放弃，但用量很少。所以开发成功“负荷开关-熔断器组合柜”方案的制造业尚不能完全放弃该方案，但制造业的开发重点按本次调研结果从实际出发可以淡化“负荷开关-熔断器组合柜”方案的开发研究。

　　固体绝缘环网柜半导涂层技术研究

　　半导涂层技术是固体绝缘外表面采取的屏蔽措施之一，并非仅有措施;目前实际看到的还有采用喷锌类屏蔽措施，如安徽罗伯特、温州华仪;半导涂层有北海银河、沈阳昊诚。固体绝缘外表面采取屏蔽措施并非仅仅考虑触摸问题，对于制作过程中的绝缘缺陷、长期运行后的绝缘老化等创造有效的监督条件。对于涂敷半导涂层后局放指标略化等现象应从结构设计、工艺制造上寻求原因，解决问题。建议对固体绝缘外表面的屏蔽措施进行深入研究。

　　固体绝缘环网柜可视断口实验研究

　　由于一线现场维护人员对所维护的产品结构并不十分熟悉，一旦误碰可能酿成大祸，所以设置有效的可视观察窗是许多一线维护人员非常关心的问题。

　　从以上小范围调研情况看，并没有明确反对设置可视窗口的意见，只是可视窗口的“实际效果并不太理想”;所以“可视窗口”并不是摆设，制造商应从实际运行情况出发，考虑到户外产品阳光强烈的实际情况，做到有效的可视。

　　固体绝缘环网柜关键技术研究

　　关键技术集中在以下几个方面：研究固体绝缘外表面的屏蔽措施;研究可视断口有效可视问题;研究可再生利用的固体绝缘材料及材料性能;研究解决“假断口”问题、研究接地开关断口间弧光污染问题;研究结构简单、高机械寿命、高可靠性的操动机构;研究防止凝露措施(从以往SF6气体环网柜运行情况看，凝露严重、锈蚀严重);研究柜内温升监测问题;研究供环网柜优化设计、分析的专用软件系统。

　　固体绝缘环网柜组合方案的优化研究

　　方案优化意见主要集中在“负荷开关-熔断器组合柜”方案是否必要。

　　明确提出取消“负荷开关-熔断器组合柜”方案的代表性单位为新疆乌鲁木齐市电业局，同时还有鄂尔多斯电业局、鄂尔多斯铁西供电局、青海海北供电公司、浙江金华电业局、太原供电公司、长园电力、博耳电力、扬州新概念等。

　　使用固体绝缘环网柜的开关站(开闭所)，在进线侧基本采用断路器单元(有的需要实现双电源备自投功能)或负荷开关单元(不需要带保护功能)，在需要带保护功能的出线侧采用断路器单元，基本没有采用组合电器单元，原因主要有以下四个方面：

　　(一)组合电器固体柜在使用成本上不占优势。负荷开关-熔断器组合电器固体柜造价比断路器固体柜还高，一般要高出20%以上;另外三相熔断器任意一只只要开断一次，就须将三相熔断器同时报废、全部更换新的。相比断路器固体柜，组合电器固体柜使用成本较高。

　　(二)组合电器固体柜在智能化方面不占优势。在需要带保护功能的出线侧安装断路器，可以实现在出线侧(用户侧)发生单相接地的情况下保护动作，出线侧的故障有80%是单相接地，如果直接跳到上一级或变电站会非常麻烦。从分清责任上说，出线侧安装断路器并配备相应保护也是必要的，停电了是谁的责任也清楚。

　　(三)组合电器固体柜的制造工艺需完善。负荷开关-熔断器组合电器的固体柜，其熔断器密闭在绝缘筒内，散热差，熔断器需要降容使用，加之市场上熔断器质量参差不齐，熔断器安秒特性分散性大等等，因此对合理选配熔断器、负荷开关与变压器的参数要求较高，另外我们也担心电流过载时熔断器发热过高，融化绝缘筒，造成绝缘事故，以往SF6气体绝缘环网柜的组合电器熔断器绝缘筒就出现过融化损坏的故障。

　　(四)断路器可以提供全范围保护。12kV的真空断路器技术已经非常成熟。在固体柜出现之前，电力系统容量在kVA及以下的配电变压器使用了断路器保护或者组合电器保护，而容量在kVA以上的变压器基本都是由断路器提供保护的，未出现变压器炸裂事故，而使用断路器固体柜对变压器提供保护有6年多，也未出现任何问题。总体感觉使用断路器保护效果还是非常好的。

　　接受并提供“负荷开关-熔断器组合柜”方案的有沈阳昊诚电气和北京双杰电气。

　　沈阳昊诚电气指出，为满足中国市场的配电特点设计之初就充分考虑了方案的组合，固体绝缘环网柜的方案齐全，总计12种，分别为：隔离开关-负荷开关-接地开关方案、隔离开关-负荷开关-隔离开关方案、隔离开关-负荷开关-熔断器方案、负荷开关-隔离开关方案，隔离开关-断路器-接地开关方案、隔离开关-断路器-隔离开关方案、断路器-隔离开关方案，隔离开关方案，隔离开关-熔断器方案，PT柜方案、联络提升方案的下母线组合方案、计量柜方案(全绝缘和半绝缘的方式)。由于母线采用管状插接的连接方式，开关采用模块化设计，简单的模块单元即可完成供电方案的各种组合，为使用者提供便捷的选配形式。

　　北京双杰电气指出，模块化组合，各个方案自由拼配，既适应批量生产，对产品质量也是一个提高，同时减少运输过程中造成产品故障的几率。但相对的，成本会有所提高。

　　还有其它单位对组合方案提出了各自意见。福州供电公司认为固体绝缘环网柜的组合方案，断路器柜、负荷开关柜、组合电器柜、PT柜、计量柜、提升柜等基本方案柜确定后，如何去组合完全可以根据客户需求自行组合。

　　深圳供电局认为断路器单元用的多，负荷开关柜、组合电器柜用的很少。

　　电研华源认为固体绝缘环网柜组合方案优化应该重点考的因素有：组合电器柜负荷开关和熔断器额定电流是否进行了合理匹配?限流熔断器额定电流可靠性选择及热效应问题是否考虑直通柜、计量柜、PT柜、断路器柜，接地开关及隔离开关机械寿命是否匹配?实体固封和空腔密封的结构方式是否合理?

　　河南森源认为固体绝缘柜的方案应在满足使用条件的情况下尽可能的减少方案的种类。建议方案包括：断路器柜、负荷开关柜、组合电器柜、分段柜和计量柜。

　　综上所术，用户对“负荷开关-熔断器组合柜”方案并没有完全放弃，但用量很少。所以开发成功“负荷开关-熔断器组合柜”方案的制造业尚不能完全放弃该方案，但制造业的开发重点按本次调研结果从实际出发可以淡化“负荷开关-熔断器组合柜”方案的开发研究。

　　固体绝缘环网柜半导涂层技术研究

　　对半导涂层分成三种意见：明确赞成、明确反对、需探索。

　　明确赞成屏蔽层的有福州供电公司、鄂尔多斯铁西供电局、鄂尔多斯电业局、浙江金华电业局、太原供电公司、深圳供电局、电研华源、河北电力装备、长园电力、北海银河、博耳电力、沈阳昊诚电气。

　　固体绝缘环网柜的绝缘模块(如绝缘套筒)外壳进行半导导电层的喷涂目的有四个：当绝缘破坏时使短路故障只发生相对地间，减少内部燃弧的电弧能量，降低故障风险;能在任何环境下保持绝缘性能，不用对模块外表面进行清扫，实现免维护;为了起到电磁屏蔽，均衡内部电磁场的作用，即便是金属异物进入柜中，电场分布也不会改变;保护操作检修人员触摸该绝缘模块表面时，不至于发生电击危险。

　　绝缘模块外表面不涂敷或局部涂敷屏蔽层时，其电场耐受是由空气和绝缘材料共同承担的，绝缘材料可能会承担的多一些。严格地讲，它应认为是复合绝缘。有接地屏蔽层的绝缘模块，其电场耐受就全部由绝缘材料承担了。固体绝缘环网柜的定义中，要求“人可触及的模块表面涂覆有导电或半导电屏蔽层并可直接可靠接地”。换而言之，无接地屏蔽层的，就不能称为真正意义上的固体绝缘环网柜。

　　实际的固体绝缘环网柜生产过程中，常常出现这样的问题：如果表面不喷涂半导导电层，该固体绝缘套筒就可以通过局放试验，如果对该固体绝缘套筒进行了半导导电层的喷涂，局放试验就过不去，甚至1.1倍工频时局放达到pC以上。出现这个问题，不仅与固体绝缘材料的配方有关(环氧树脂、增韧剂等比例)，这是一个材料与工艺制造导致的问题。而且还与该绝缘套筒模块的设计有着直接的关系：例如内部隔离刀闸的形状、套筒内腔壁的波纹处理、何种填充气体(干燥空气还是氮气、复合绝缘气体等)、气体绝缘距离等。

　　石家庄科林电气明确反对半导体涂层。在电缆等产品上半导体涂层可以均匀电场，减小局放。但是在导体被完全密封在绝缘体的情况下，目前固体绝缘多数为空心内腔安装导体，在导体和绝缘件有空气的情况下，加半导体涂层对局放量减小并不起作用。而且在环网柜运行的情况下绝缘件是不许操作人员触摸的，所以用半导体涂层保障人员安全也没有意义。

　　认为半导体涂层需要进一步半导体涂层的有河南森源、扬州新概念电气、北京双杰电气、新疆乌鲁木齐电业局。

　　河南森源认为固体绝缘柜绝缘件表面是否应该喷涂半导体涂层的问题应进行深入的探讨。从运行角度看，表面喷涂后，设备不会因为环境条件等因素出现绝缘的下降。但从设计制造角度看，此要求导致设备的体积增大、固体绝缘材料的使用量增加，成本增加。尤其是局部放电值的增大，难以解决。寻找表面喷涂的替代方案，解决绝缘件受环境条件的影响应是固体绝缘柜探索的问题之一。

　　扬州新概念电气认为12kV不涂敷，三相独立，表面处理后，绝缘实际是下降了，局放指标变大了。目前公司生产的12kV固体柜的固封绝缘件外表面是没有喷涂导电层的，由公司制造并正已投入电力系统运行的固体柜数量在10面左右，运行地点分布在贵州、新疆、安徽、青海、广西、四川、深圳、广州等，时间最长的已经安全运行近七年，还未发现有问题。对于固封绝缘件外表面是否需要喷涂，厂家也作了一些研究。该固体绝缘环网柜采用单相固封模块结构，三个独立的单相固封模块组装为一个单元。如果固封模块外表面未喷涂导电层，整机局放量在20pC以内;如果喷涂导电层，整机局放量在pC以内。固封模块外表面喷涂导电层后，与未喷涂相比，产品绝缘强度反而下降了。新概念厂家根据近7年来积累的固体柜生产和运行经验，建议固封绝缘件外表面不作半导涂层强制要求。

　　北京双杰电气认为这种技术已经基本成熟，目前产品具有这种技术含量，实现了外覆半导涂层，技术标准均达到或超过相关标准要求。这种技术对于产品的电场分布、产品结构具有很高的要求，且对于绝缘件在工艺制作上有更苛刻的要求，对产品的质量要求更高，并且要有必要的检测手段，技术成熟后，半导涂层技术的应用会使产品运行操作更加安全可靠，相对于产品的成本也会提高。

　　新疆乌鲁木齐电业局认为在固封绝缘件外表面是否需要喷涂导电层(喷锌或铝或半导电体)，我们还没有做过这方面的研究，目前我们使用的固体柜的固封绝缘件外表面是没有喷涂导电层的，还没有发现有问题。对于是否需要喷涂，主要决定于喷涂导电层后，是否提高了该固封绝缘件的绝缘强度，如果喷涂后，绝缘强度提高了，可以喷涂，如果绝缘强度是下降，建议还是不喷为好。(固封绝缘件是免维护的核心组件，为安全起见，无论在固封绝缘件外表面是否喷涂了导电层，都不会打开金属盖板去触摸固封绝缘件。)