固体绝缘开关柜技术发展研究综述

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固体绝缘开关柜技术发展研究综述

尹爱红

(中国质量认证中心福州分中心福建福州350008)

固体绝缘开关柜是在充气环网柜基础上发展而来的设备，是电力系统所需的重要设备。近年来，随着各项技术的不断进步，固体绝缘开关柜技术得到了极大的完善，性能越来越先进和可靠，为保障电力供应的稳定与可靠提供了重要保障。基于此，本文简要综述了固体绝缘开关柜的相关技术、优势及不足等，希望能对相关研究有所丰富。

固体绝缘开关柜；固体绝缘技术；技术分析；电力供应

固体绝缘，就是采用环氧树脂浇注数组开关和相关带电部件，从而大大减小开关柜体积，且能够实现真正意义上的免维护。固体绝缘开关柜本身是一个全绝缘全密闭、不怕任何环境干扰的设备。固体绝缘开关柜更具安全性、智能性，体现了环保设计的理念，具有诸多优点，其应用也是越来越广。

一、技术参数与结构形式

根据有关技术要求，固体绝缘环网柜的额定电流有1250A、630A两种等级，额定电压是12kV，而现在市场上销售的固体绝缘开关柜的额定电流一般是630A，额定电压一般是12kV。近年来，日本东芝公司不断加大科研工作力度，研发出了一款电压为36kV的固体绝缘开关柜，通过市场销售可以看出，这款开关柜成本较高，在市场上没有竞争优势。

固体绝缘开关柜根据三相分离情况可分为两种：一种是整体式开关柜，三相不分离，采用整体绝缘材料进行包裹，然后覆盖接地屏蔽层；另一种是三相分离，利用绝缘材料将三相分别包裹后覆盖接地屏蔽层。从这两种情况来看，三相分离式最为安全，能够有效减少燃弧故障发生。

二、相关技术

1.屏蔽层

按照技术条件规定的“人能够碰触到的模块表层覆盖有半导电或导电屏蔽层，能够接触地面”这一点，在固体绝缘开关柜表面覆盖接地半导电或者导电屏蔽层，能解决：一是能有效提高固体绝缘开关柜对环境的适应能力，可以免除对开关柜的维护清理；二是在分相设计情况下，因利用环氧树脂将三相进行完全的分离，如果在其外部涂抹屏蔽层，可以有效避免环网柜之间发生短路现象。

现在市场上销售的大多数固体绝缘环网柜没有涂抹接地屏蔽层，在模块外部不涂抹或者局部涂抹屏蔽层，电场由绝缘材料和空气共同承担。但如果模块涂抹了接地屏蔽层，就由绝缘材料独自承担电场，这对固体绝缘介质要求很高。为满足技术条件的需要，必须不断改进技术。

2.测量局部放电

可以通过测量固体绝缘开关柜局部放电情况来判定开关柜是否内部存在缺陷，但测量结果并不能准确反映开关柜的使用寿命。目前，固体绝缘开关柜尚处于研发利用阶段，没有较成熟的试验资料，也缺乏成功的运行经验，加之固体绝缘材料不能实现故障自愈，故技术条件中对其局部放电量的限制较为严格。目前技术条件规定固体绝缘开关柜局部放电量应当控制在20pC以内。

3.隔离开关技术

(1)空气隔离断口。传统空气绝缘隔离中开关是暴露在外面的，与空气直接接触，受到外部环境的影响比较大，而固体绝缘开关柜的空气绝缘开关是设计在密闭环境中的，这样一来就大大提高了开关柜对环境的适应能力。

固体绝缘环网柜采用空气绝缘隔离，尺寸较大，同时要求对隔离开关型腔进行高度密封。从目前市场占有量来看，固体绝缘环网柜因其成熟的技术，受到了广大用户的青睐，成为了市场上的畅销货。

(2)真空断口隔离。按照常规的设计理念，在固体绝缘开关柜中很少考虑使用真空隔离开关，隔离和绝缘只能选择空气、SF6，真空只被作为灭弧介质来使用。

按照有关技术要求，隔离开关主要是指能满足开关要求，在分闸位置提供隔离断口的开关装置。为确保安全，隔离开关应当能满足从一端到另一端任意端口不会发生电流的泄露。现在已经研发出了利用真空绝缘隔离的固体绝缘环网柜，但是用户对真空绝缘隔离开关并不看好。

4.接地开关

在技术条件中规定，接地开关必须能经受住两次额定短路和电流的冲击。固体绝缘环网柜，按照功能元件位置不同而采用不同的接地开关。比如，三工位开关在馈线侧，接地开关要用EI级；如果三工位开关位于主母线侧，就需要用EO级接地开关。接地开关按照绝缘材质的不用，又可以分为空气接地开关和真空接地开关，这两种接地开关目前都占据一定的市场份额。

三、典型开关柜介绍

日本的日立公司、东芝公司在固体绝缘环网柜的研发方面走在了世界的前列，在浇注工艺和固体材料等方面积累了较为成熟的经验。而我国较早引进的是美国伊顿公司生产的SVS系列固体绝缘环网柜，此后我国的一些固体绝缘环网柜也在很大程度上学习和借鉴了美国的先进做法。现在，施耐德、ABB、西门子等多家公司正在加强对固体绝缘环网柜的研发力度，施耐德已成功推出了Premset固体绝缘开关柜。

四、优势及不足

固体绝缘开关柜具有以下优势：一是固体绝缘开关柜不使用SF6气体，起到了保护环境的效果；二是固体绝缘开关柜采用环氧树脂绝缘介质，是空气绝缘强度的5-6倍。同时，固体绝缘开关柜的体积只是传统开关柜的三分之一，更加适应市场的需求；三是固体绝缘开关柜采用全密封、全绝缘的设计结构，能适应多种环境的需要；四是固体绝缘开关柜采用分离的方式，同时在表层涂抹了接地屏蔽层，可以有效减少内部燃弧故障带来的不安全隐患。

固体绝缘开关柜具有以下的不足：一是由于浇注技术不成熟，存在局部放电的安全隐患，容易造成绝缘性能下降的后果；二是长期使用后的性能稳定性暂无法确定；三是散热难题不易解决，这也是制约固体绝缘开关柜进一步升级的一大桎梏；四是固体绝缘开关中使用大量固体绝缘材料会极大增加固体绝缘开关柜的制造成本。

五、总结

总而言之，固体绝缘开关柜在我国尚处于起步阶段，技术方面还很不成熟，需要进一步的改进和提升，加之部分业户不能接受固体绝缘开关柜，因此短时间内不能完全代替气体绝缘开关柜，但是，我们应当清醒地看到，固体绝缘开关柜引领了开关柜发展的方向，对其进行研发利用是大势所趋。随着科学技术的不断进步，固体绝缘开关柜将不断更新技术，研发制作出更多的新产品，其发展前景将是一片光明。

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