固体绝缘技术在中压配电系统中的应用

董庆瑞

(河北宝临电气有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

绝缘技术是通过不导电材料将导电体包裹，实现导电体的电气隔离。使用绝缘技术的目的是防止人身触电事故的发生，确保电器设备的安全运行。我国对绝缘材料的规定（国家标准：GB2900.5）是“用来使器件在电气上绝缘的材料”。由于绝缘材料的电阻通常在109～1022Ω·m之间，因此电阻率相对较高。常见的电阻材料有：塑料、玻璃、油脂、尼龙以及木材和干燥的空气等。

1 绝缘材料的分类与特性

1.1 绝缘材料的分类

绝缘材料通常被分为固体、液体以及气体三类。实践证明，固体绝缘仍是目前最为可靠和应用范围最广的绝缘物质。

1.2 绝缘材料的特性

由于绝缘材料有可能被强电击穿，从而使绝缘性能丧失。气体绝缘材料被击穿后能够自行恢复初期绝缘性能，但固体绝缘材料则无法自行恢复。基于绝缘材料的特点，我们必须选择与电压等级相匹配的线路和设备，并确保在相对安全的环境中运行，以此保证绝缘材料的安全。另外，由于各种腐蚀气体以及机械操作和电性粉尘的作用都会直接降低或破坏绝缘材料的性能。同时，风雨和日光灯自然因素也会促使绝缘材料的老化，进而丧失绝缘性能。

2 固体绝缘材料的分类及发展

相对于气体和液体绝缘材料，固体绝缘材料具备密度高、击穿强度高的优点。这主要是由于固体绝缘材料在电阻、介质损耗和介电常数等方面具有广泛的变化范围。以聚四氟乙烯材料的绝缘体，其电阻可高达10 Ω·m。这样可以很好地防止过大的电流泄露。此外，由于其较低的介电常数，可以将绝缘电容量变小。常见的高介电陶瓷可以达到几千的介电常数，实际使用中我们可以根据需要加以选择。固体绝缘材料可以分为无机和有机两类。

2.1 无机材料

这类材料主要有粉云母、云母和云母制品、玻璃（玻璃纤维）及制品、电瓷、氧化铝膜等。这些材料的优点是强度高、耐高温、不易老化。并且电瓷等材料还具有成本较低的优点，具有很强的推广使用意义。这类材料的缺点在于：加工性能较差，无法满足成型要求；长期耐电晕性的优点使云母、粉云母制品成为高电压设备绝缘材料的重要组成部分，也较适合高温环境内使用；由于工艺上较简单，玻璃经常被制作成绝缘子。玻璃纤维和相关制品具有很强的耐热性，成为绝缘结构中的重要材料之一；由于耐放电性和机械强度俱佳，电瓷制品被经常应用于高压输、配电方面。

2.2 有机固体绝缘材料

该类材料首先采用棉布、纸、橡胶和绸以及能够固化的植物油。以上材料具有较强的易获性，还具有柔顺性和满足工艺要求的优点。

自20世纪开始，人工合成高分子材料被逐渐推广使用，从最早的胶木到聚乙烯和聚丙烯逐渐升级。以上材料具有很小的介电常数和介质损耗，能够直接满足高频需要，促进了雷达技术的快速发展；由于将有机硅树脂与少碱玻璃布相结合，可以大幅提升电器和电极的耐热等级。而聚乙烯缩甲醛为漆基制成的漆包线可以直接取代丝包和纱包线，使其有了更广阔的应用前景；厚度仅几十个微米的聚酯薄膜可以直接替代纸和布，能够大幅提升电机和电器的经济指标；聚芳酰胺纤维纸、聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜等材料的联用也能直接提升绝缘材料的耐热等级，应用面也相对较广。此外，耐油丁腈橡胶、高性能环氧树脂、耐热硅橡胶、氟橡胶和乙丙橡胶这些固体绝缘材料的应用也较为广泛。

3 固体绝缘柜特点分析

高性能环氧树脂是固体绝缘通常使用的绝缘介质，可以对设备实现绝缘封闭作用，提高了电器设备和开关柜的可靠性。

3.1 具有较强的安全可靠性

该技术能够将高压带电部分实现浇注绝缘，改变了传统技术中通过增加电气间距实现绝缘距离提高的目的。实际使用中，开关柜的电场分布很少受到外界因素的影响。同时，能够避免湿气、灰尘等因素对开关柜造成影响。相比于SF6充气柜，固体绝缘开关柜避免了SF6气体泄漏等安全隐患。由于固体绝缘技术具有支撑、散热与连接等多种功能，有效地避免了短路故障的发生，避免了三相短路的危险。固体绝缘开关柜的优势奠定了智能电网安全可靠用电的基础。

3.2 具有较强的经济性

环氧树脂绝缘材料的机械强度较高，且浇注硬化体积变化不大，容易实现机械加工，同时生产过程中不具污染性，能够实现再次回收使用，因此在国家要求生产更具环保特点的情况下具有很广阔的应用空间。通过使用该类材料，我们能够大幅降低材料制作与后期处理的费用，实现了资源可持续应用的目的。同时，环氧树脂的使用实现了电网向清洁能源方向发展。此外，由于柜体向超小化方向发展，不仅大幅减少占地费用，还有效降低了与之配套的设备材料费用支出。因此，固体绝缘柜具有明显的性价比优势。

4 固体绝缘柜在中压配电系统的应用现状

4.1 固体绝缘技术在中低压领域中的应用

在中低压领域内，固体绝缘技术与气体绝缘技术更具研究和发展优势。无论我们使用哪种绝缘技术，都是为了不断提升中低压电器设备的运行安全，提升设备的工作效率。由于固体绝缘技术相对更为安全、可靠，并能不断提升设备的运行效率，还可满足低耗、环保的需求，因此固体绝缘技术的发展更具优势。由于固体绝缘设备使用的方式绝缘距离大为缩短，提升了设备的绝缘性能，使供电设备的整体可靠性与自身性能得到大幅提升。

4.2 我国绝缘技术的应用现状

虽然我国的固体绝缘柜相对发达国家起步较晚，但其发展速度迅猛，相关技术已经取得了突飞猛进的成绩。调查发现，我国的固体绝缘柜在基础研发与生产环节较弱，基本处于空白状态。并且产品上游材料与工艺的研发也处于起步阶段，相关生产企业对固体绝缘柜还仅处于设计、试验、小批量试产阶段。目前北京双杰、沈阳昊城和扬州新概念等公司在产品研发和批量生产方面在国内居于领先地位。

5 固体绝缘柜在中压配电系统应用前景

5.1 固体绝缘柜将逐渐成为中压配电系统中的替代产品

由于固体绝缘技术不仅实现了电气设备全绝缘、小型化以及使用稳定等诸多优势，很好地避免了凝露和渗漏等缺点，因此该技术得到了较为广泛的使用。基于上述优点，绝缘设备已经在欧美等众多发达国家得到较为广泛的应用。

通过分析可知，六氟化硫气体等充气式开关技术多应用于110～500 kV之间的设备，六氟化硫在12～40.5 kV电压等级线路中的开关应用也不足20%。德国的应用比例不及10%，而日本的应用比例只有1%～2%，只有部分发达国家的应用量达到20%左右。并且所用设备也都签订了相应的气体回收协议，在使用前就确定了责任主体，保证相应气体可以实现及时有效地回收。目前，六氟化硫设备的替代产品多为真空开断与固体绝缘设备。通过上述分析不难看出，固体绝缘柜将逐渐成为中压配电系统中的替代产品。

5.2 新材料与新技术的应用

科学技术的发展促使更多新材料、新技术被逐渐应用于固体绝缘领域。我国在20世纪初开始使用环氧树脂介质，主要应用于VS1固封极柱式开关，由于该类设备具有结构紧凑和体积较小等优势，产品一经推出很快获得了市场的认可与使用。

随着中压开关的研究与推广，相应产品也多使用了固封极柱技术。如FZN57、ZN57系列小型化真空开关和相关的开关柜，这些产品在安全、稳定以及小型化上具有明显优势，在各地电网中的使用量逐步提升。同时，该类产品可以可将供断路器与负荷开关的实际需求相结合，满足各种不同的需求。其性能与使用范围优于传统环网柜，逐渐成为升级换代产品。

6 结束语

随着智能电网的建设，凸显出绝缘技术重要性，各种绝缘技术逐渐成为众多生产企业研究的重点。这就需要我们不断对这类产品进行研究、实验、使用，通过不断积累经验，提升绝缘技术的改进和完善。

[1]崔可. 浅谈高压开关柜固体绝缘技术[J]. 北京电力高等专科学校学报，2012(16).

[2]王德杉，刘梅. 固体绝缘环网柜研发中的若干技术问题[J].高压电器技术信息，2012(6).