摘要：开关柜运行过程中，绝缘材料会受到高温、高压、油污、化学物质、振动等各方面的作用，绝缘性能不断恶化，加快了局部放电的速度，反过来局部放电又对绝缘的恶化起到推动作用。本文主要对中压固体绝缘开关设备局部放电问题进行分析，以供参考。
关键词：中压固体绝缘开关设备；局部放电；问题分析
一、前言
固体绝缘开关柜是一种采用新型固体绝缘材料的开关设备，广泛地应用在6 -24V配电网络中，如放射式、干线式和环网供电开闭站、终端配电站等配电设备。在开关柜绝缘系统中，绝缘介质中电场分布、绝缘的电气物理性能等决定了发生局部放电的条件，一般情况下高电场强度、低电气强度的条件下容易出现局部放电。虽然局部放电通常不会贯通性的击穿绝缘，但是却可能局部损坏电介质，如果长期存在局部放电的现象，则基于特定的条件下会降低绝缘介质的电气强度。由此可见，局部放电属于电气设备中的隐患，其破坏过程体现出缓慢性、长期性的特点。通常局部放电的特性可以较好的印证绝缘缺陷，可以通过局部放电的特性来分析绝缘的局部损坏程度。很大程度上对各种局部放电特性进行综合测量，可以对产品的绝缘水平进行客观的评价。下面就对中压固体绝缘开关设备局部放电问题进行分析，以供参考。
二、中压固体绝缘开关柜技术参数及结构形式
目前市场上的固体绝缘开关柜参数主要集中在12kV额定电压，630A额定电流上。固体绝缘开关柜的结构按照三相正向布置可以分成左中右和前中后两种形式。前者是目前市场上的普遍形式，而后者较少；固体绝缘开关柜按照三相是否分离又分为分相式和整体式两种结构。分相式的用固体绝缘材料把三相分项包覆以后，涂敷了接地屏蔽层，有效避免了内部燃弧故障的发生。整体式与分相式的区别是没有分项包覆，而是采用的整体包覆方式。
三、中压固体绝缘开关柜相关技术
固体绝缘技术是用固体绝缘材料把主导电回路封装起来，隔绝了不同电位导电体，同时固体绝缘材料还起到了支持、连接的作用。在固体绝缘材料的选材上，注重材料的导热性、收缩率和玻璃化温度等因素。目前最常用的绝缘和支撑材料是环氧树脂材料，缓冲层主要是采用了硅胶。在固体绝缘开关柜设计中，可以触及的部分表面可涂敷导电层或者半导电屏蔽层，这样做的好处主要体现在三个方面：第一，在三相之间采用环氧树脂完全隔离措施，有效避免了环网柜相间短路故障的出现。第二，可以将两相之间的距离大大减小，利于产品进行小型化的设计。第三，有效避免了外界环境的污染，降低了维护成本。从目前市场的固体绝缘开关柜的调查来看，走在技术前沿的厂家对绝缘模块外表采用了涂敷屏蔽层的措施，绝缘材料承担了全部的电场耐受工作，所以固体涂敷层的设计技术需不断完善提高。
四、中压固体绝缘开关设备局部放电问题分析
中压固体绝缘开关设备中局部放电是影响开关设备长期可靠运行的一个重要因素，理想状态下，开关设备中局部放电量应该为零，但在实际产品制造过程中，即使是在结构最优化或者工艺控制水平最先进的情况下，都不可能做到局部放电量为零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆GB3906-2006（（3.6kV-40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》中，附录B5最大允许的局部放电量规定，固体绝缘的可接受限值：在1.1Ur以（相间电压）下应为10pC；2012 年3 月，国家电网公司发布了QG/DW 730《12kV 固体绝缘环网柜技术条件》，技术条件中要求固体绝缘的局放值在1.2Ur下应不大于20pC；在经过几年的市场运行和技术摸索后，在2016年7月，国家能源局发布了中华人民共和国电力行业标准DL/T1586-2016《12kV固体绝缘金属封闭开关设备和控制设备》标准中除也明确要求固体绝缘可触及的部分表面必须涂敷导电层或者半导电屏蔽层，局放要求是在1.2Ur下应不大于10pC。
我国10kV中压配电网的接地方式均为不直接接地系统，此时开关设备的外绝缘要求较高，对地和相间绝缘要能够承受42kV的耐压水平，不发生设备对地或相间的闪络和爬电放电，相对地的外绝缘是产品的考虑重点，相间的外绝缘水平相对而言很容易满足，设备的内绝缘则可相应降低。也就是说，在中性点不接地系统，发生单相接地短路故障电流值一般很小，一般单相接地短路故障电流在100A以下，对系统的运行影响不大。
从固体绝缘产品的分相式结构和表面涂敷导电层或者半导电屏蔽层来说，局部放电问题所造成的相间短路故障几率很小。只有相邻两相的绝缘件均因为局部放电被击穿，两相均形成单相接地短路故障，演化成相间短路故障。而由于局部放电造成两相同时内部绝缘被击穿几乎不可能。
按规程规定电网可带单相接地短路故障运行2h，而固体绝缘材料由于局部放电问题造成的最终结果可能引发单相接地短路故障，从这个层面上来看，固体绝缘材料的局部放电量要求苛刻，要低于10pC以下，因此，在产品设计方面，传统的、经验的设计方法保证不了设计质量。有效的设计方法是应用有限元仿真分析软件进行电场计算（图1），采取合理分布电场，优化绝缘和电极形状，适当增加厚度，必要时加设屏蔽罩等降低电场强度的措施，并进行多次的优化改进。当然，认为合适的电场计算结果并不能就认为设计是成功的，必须通过对试品的高压试验来描述绝缘特性。
图1、通过有限元和电场分析，优化设计，减小设计风险
在设计确定的绝缘模块，局部放电量的大小关键取决于材料和工艺。过低的局部放电量必然会提高制品的成本，制造厂家还需对标准、设计、材料、工艺和检验诸环节全面权衡，慎重对待。防止粗制滥造所带来的产品局放和绝缘问题。
我国24kV配电网中性点接地有直接接地和不直接接地两种形式，对产品局放要求就更加高，系统开关设备的固体绝缘材料局部放电如果达到100pC，则产品故障风险就非常高。中性点接地系统的单相接地短路故障电流非常大，极易发生较大事故，如果局部放电量较大，开关设备在电压作用下，局部薄弱点绝缘被击穿，容易造成单相接地短路故障，引起较大的停电事故。此时，固体绝缘材料的局部放电量需控制在10pC以下，开关设备的绝缘主要关注绝缘材料的内绝缘控制情况，对于外绝缘，只需要满足1.1Ur以下电压在固体绝缘材料沿面不发生闪络和沿面放电即可。
五、结语
总之，中压固体绝缘开关柜在我国处于发展阶段，许多技术处于探索阶段，用户对它的接受程度还不够高。但是固体绝缘开关柜是新技术的发展方向之一，今后一定会有更多的产品出现，技术一定会更加成熟，制造工艺也一定会逐步提升，固体绝缘开关柜作为中压开关柜的一个分支必然会受到越来越多的重视。此外，还要采取合理的技术降低能源损耗，提升设备的维护性与可靠胜，满足不同场合使用需求，最大限度地节约人力、物力和财力，促进建设项目的可持续发展。
参考文献：
[1]胡正清.浅析对电力变压器局部放电的预防和控制[J].华东科技，2013（1）：246-247.
[2]DL/T1586-2016《12kV固体绝缘金属封闭开关设备和控制设备》
论文作者:刘德胜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
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