摘要：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。此种设备的绝缘介质材料采用新型环保的固体材料，在人可能触及的地方都涂敷有导电层的屏蔽层，屏蔽层与地面直接相连，最大限度地提高了安全性，对于环境保护也起到了积极的作用，深受城市商业区、住宅小区用户的欢迎。本文主要对固体绝缘开关柜的发展应用现状以及在线检测技术进行分析，希望研究能够促进我国固体绝缘开关柜的推广和应用。
关键词：固体绝缘开关柜；配电安全；在线检测
为提高配用电网的供电可靠性，使电力用户可以从2个方向获得电源，通常将配电网连接成环形，这种配电方式简称为环网配电。近年来，固体绝缘开关柜这种新型配电开关柜以其绿色环保，免维护、抗污染等特点，被国家电网公司列为“十三五”期间大力推广的环网配电新设备。因此，为保证安全稳定运行，应该对固体绝缘开关柜内的特定位置进行在线故障诊断。这些特定位置如绝缘套管处、母线与三工位隔离开关真空泡之间的连接处等。
一、固体绝缘开关柜技术及推广优势
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电气，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。
首先在固体绝缘开关柜设计中，可以触及的部分表面涂敷了导电层或者半导电屏蔽层，这样做的好处主要体现在两个方面：一是在三项之间采用环氧树脂完全隔离措施，有效避免了环网柜短路故障的出现。二是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，绝缘模块外表大多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。
其次是固体绝缘隔离开关技术。固体绝缘开关柜主要有空气和真空两种形式的隔离断口。具体来说有以下两种，一是空气断口隔离开关空气断口隔离开关，又按其结构的不同分成了刀闸式和直动式两种形式，其中刀闸式相对较为简单。空气断口隔离开关被设置在了密封腔内，与空气完全隔离，避免了外界环境的侵蚀，提高了环境适应能力。虽然这种形式的机柜体积较大，并且隔离开关腔对密封要求很高，但是由于在这方面的技术比较成熟，产品质量较好，还是深受用户的欢迎，目前仍然是市场的主流。二是真空断口隔离开关此种形式的开关主要是用于开关的灭弧介质。目前市场上已经有了真空绝缘隔离开关的固体绝缘环网柜，但是市场销量并不大。
第三是固体绝缘开关柜接地开关。技术条件对接地开关提出了“至少要能够耐受二次额定短路关合电流的作用”的要求。在固体绝缘环网柜中，接地开关的等级选择决定于主功能元件的位置。如在主母线的旁边设置了三工位开关，那么接地开关就选Ｅ０级；如果在馈线旁边设置了三工位开关，接地快关至少就得选择Ｅ１级了。目前市场上流行的开关有真空接地开关和空气接地开关。
从以上三个技术方面来说，固体绝缘开关柜的优势和不足主要体现在以下几个方面。首先从固体绝缘开关柜的优势上说，固体绝缘开关机柜的整体体积较小，适应了市场对设备小型化的要求；其次采用空气断口绝缘技术，适应了社会环保的要求；第三分项隔离并在表面涂敷接地的屏蔽层，降低了内部燃弧故障的发生率；全绝缘全密闭的结构提高了环境适应能力。除此之外，他的缺点是：制造工艺不稳定，局部放电难以达到要求，长期运行存在绝缘性能下降的隐患；大量采用固体材料，性价比较高；存在着散热的瓶颈问题，所以很难提高电流和电压。
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二、固体绝缘开关柜使用问题与解决方案
固体绝缘开关柜体积小，它的外形尺寸甚至达到了440×750×1500mm，较气体开关柜体积减小70%。同时由于固体绝缘开关柜一次导电回路热功率很大，导致柜内局部过热，热量又不易散出，时间长会造成绝缘失效引发柜内电力短路故障。国内关于电气设备关键触点温度测量方面的研究，大多是采用接触式测量，这种检测方式对开关内部绝缘局放水平要求高、存在短路安全风险，常不满足中压、高压、特高压等高电压等级的绝缘性能要求。目前，10kV固体绝缘开关柜的关键技术包括真空度监测设计、表面感应电压设计、局部放电设计、散热技术设计和其他优化设计等技术。固体绝缘开关柜的优点是绝缘能力相对较好，便于小型化设计，不会产生任何有害气体，不会发生内部燃弧现象等，但是也具有高压绝缘受限、损坏后不可恢复、不易降解等缺点。而且每个关键技术都会存在设计难题，如：表面感应电压需要考虑表面感应电压的产生方式和危害性，表面喷涂层的必要性以及喷涂层材料的选择和保护，表面喷涂层电阻的选择。同时，绝缘模块表面没有得到处理会导致相间模块不能仅靠安装，也不利于产品的环境适应性和小型化发展。
首先是散热技术解决方案，固体绝缘开关柜技术主要采用环氧树脂作为绝缘材料，与SF6气体绝缘相比，环氧树脂的散热性能更好，更容易制作大电流的绝缘开关柜产品。根据以下公式设计绝缘材料的散热性能：
tl＝t2＋Q/Lx（1/2πW）[In（r2/r1）＋1/2πa2r2]
式中：t1代表铜件表面温度，单位为℃；t2代表环境温度，单位为℃；Q代表产生的热量，单位为卡；L代表单位长度，单位为m；W代表绝缘体表面的散发热量；a2代表热传导率；r1、r2分别代表铜棒的直径和绝缘层的直径。SF6的导热温度为12℃～100℃，空气的导热温度为3.17℃～100℃，二氧化碳的导热温度为2.23℃～100℃，氮气的导热温度为3.09℃～100℃，环氧树脂的导热温度为80.0℃～100℃，所以环氧树脂的散热性能更好。
其次是优化设计解决方案。优化设计主要通过绝缘材料的环境试验来实现，如高低温试验、冷热交变试验、机械强度试验等。由于环氧树脂压注模块结构设计的不合理，导致在电场集中出现绝缘能力较差、模具结构复杂、局放大、应用集中等问题，影响产品的使用寿命。目前，通过分析，对开关柜的局部电场集中的问题进行优化。通过对电场进行分析，不仅优化了设计，减少了设计风险，还提高了产品的环境适应性。
最后在柜体设计中，也要进行优化。例如固体绝缘开关柜的设计与传统的开关柜设计有很大不同，小型固体绝缘开关柜减小了高压室和电缆室的可用空间，使开关柜内的电弧障碍和长期发热问题有所改善。同时，由于三相之间的距离减小，使得固体绝缘柜的强度增加。利用环氧树脂作为绝缘材料，在一定程度上增加了固体绝缘柜的重量，柜体强度也有所增加。柜体的设计上需要在柜体小型化的同时，利用双折边技术可以加大柜体立柱和横梁的强度，使通风口和压力释放口的有效面积增大
三、小结
固体绝缘开关柜在我国处于探索阶段，许多技术不够成熟，用户对它的接受程度还较低。但是固体绝缘开关柜是新技术的发展方向之一，因此不断创新采取合理的技术降低能源损耗，提升设备的维护性与可靠性，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]李路遥,李祖布.固体绝缘开关柜技术综述[J].科学与财富,2016,(7):663-663.
[2]郑晓果,周行,宋晓生,等.固体绝缘开关柜技术发展现状[J].价值工程,2013,(24):39-40,41.
[3]祝遵祥.小型中压固体绝缘开关柜关键技术及其发展[J].江西建材,2014,(11):205-205.
[4]张伟翰.10kV小型化固体绝缘开关柜关键技术与解决实施方案[J].中国高新技术企业,2016,(1):69-70.
论文作者:黄亚东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/30
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