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1、32 2013年第1期特别报道 Special ReportsSVI固体绝缘环网柜 相晓鹏/山西省电力公司运城供电公司在绝缘灭弧性能与SF6气体相当的绿色环保气体研制成功之前，在开断高电压大电流的半 导体开关设备未完善之前，真空开关是唯一的选择。采用全固体绝缘可使真空开关小型 化，全工况使用，免维护。从京都、哥本哈根到德班， 低碳减排已成为全世界关注的焦点。研制开发不用或少用 SF6气体的高压断路器设备，不仅是企业的责任，更是企业家的良心。真空开关技术成熟，使用安全可靠。在绝缘灭弧性能与 SF6气体相当的绿色环保气体研制成功之前，在开断高电压大电流的半导体开关设备未完善之前，真空断路器是唯一的
2、选择。采用全固体绝缘可使真空断路器小型化，全工况使用，免维护。两种方案可供实施 ：（1）全固体绝缘（俗称双黄蛋结构） 。（2）固体充干燥空气或氮气混合绝缘。1 SF6开关设备存在的问题 同世界各国一样，我国 10 kV 开关设备走过了一条从油断路器（多油断路器）到少油断路器再到真空断路器，SF6开关的发展之路。近 10 多年来 ABB 公司、施耐德公司凭借其国际大公司的品牌的优势率先将其 10 kV SF6负荷开关，负荷开关熔断器组合电器产品打入中国市场，由于此类产品采用三相共箱结构，内充 SF6气体保证灭弧和绝缘，体积较小，结构简单，价格低廉， 国内厂家竞相跟进， 同类产品纷纷进入市场。在
3、10 kV 开闭站、电缆分接箱、箱式变电站、住宅小区和楼宇变站等场合的使用中占据了垄断地位。但是近年来，科学研究结果证明，温室气体的大量排放是造成全球变暖，气候异常的重要原因。SF6气体分子地球温暖化系数是 CO2气体分子地球温暖化系数的 24 00026 000 倍。SF6气体分子既不能化学降解，也不能光学降解，在大气中其寿命为 3 400 年。对大气污染造成累积效应。据测算大气中 SF6的含量每年递增 8%。其对人类生存环境的影响将达数百代。其危害性远远大于 CO2气体。所以在京都议定书中明确规定 SF6气体是 6 种温室气体之一。我国在 1998 年颁布并实施的国家危险废物名录也将 SF
4、6气体列入危险废物名单。据统计我国 10 kV 电力设备每年消耗的 SF6气体超过 4 500 t，相当于 1.2 亿 t CO2气体排放。SF6气体不仅是温室气体， 而且在电弧、 火花放电、电晕放电的作用下能分解和离游 SF4、SF2、S2、F2、S和 F 等多种有害产物。SF6气体的密度是空气的 5 倍。如果 SF6电气设备发生泄漏，夹杂有剧毒氟化物的 SF6气体会沉积于底部， 由于该气体无色、 无味， 运行和检修人员不易察觉，容易造成人员伤亡。10 kV 电气设备量大面广，使用分散。设备检修和设备寿命期后，SF6气体很难回收。即便使用专用回收设备回收，过程很复杂，费用也很高。最终废气的处
5、理更是一个难题。从京都、哥本哈根到德班，低碳减排已成为全世界关注的焦点。还地球绿水、青山、蓝天，还人类一个舒适的生存环境，给子孙后代留下一个赖以生存和可持续发展的地球已成为一个迫在眉睫的问题。 综上原因，用 SF6气体作为灭弧及绝缘介质的中压开关设备，市场由盛而衰，直至完全退出市场是必然的。作为一个高压开关制造厂商研制开发不用或少用 SF6气体的高压开关设备，不仅是企业的责任，更是企业家的良心。当然，毋庸讳言，一个符合国家产业政策，代表发展方向，具有良好社会效益的好产品，也必将获得丰厚的经济效益。基于上述认识，本公司开发研特别报道.indd 322013-1-16 16:38:22332013
6、年第1期 Special Reports特别报道制了固体绝缘真空开关柜系列产品。2 真空断路器的优点 上世纪初人们开始了对真空电弧的研究。百年来真空电弧理论和技术日臻完善和成熟。以真空灭弧室为核心部件的真空断路器，真空负荷开关产品在各领域的使用至今已有 40 多年的历史了。真空断路器技术成熟，使用安全可靠，已是各领域广大用户的共识。目前，国际国内真空灭弧室生产厂商又推出三工位的隔离接地开关管，四工位的开断隔离接地开关管，接地开关管。为取消作为开断灭弧，断口绝缘介质的 SF6气体提供了新的途径。真空断路器与 SF6断路器比较有如下优点 ：1）在真空灭弧室内开断电弧，无爆炸危险，无有害介质产生，符
7、合绿色环保要求。2）使用寿命长，开断次数多，适合频繁操作。3）电气特性与 SF6断路器相当，个别性能优于SF6开关。4）维护费用低，整个寿命期内的成本低于 SF6断路器。 5）制造真空断路器的材料寿命期后可以全部回收再利用，报废处理过程无需采取措施，对环境无污染，对人员无伤害。因此在中压领域淘汰 SF6断路器后，在绝缘灭弧性能与 SF6气体相当的绿色环保气体研制成功之前，在开断高电压大电流的半导体开关设备未完善之前，真空断路器是唯一的选择。3 采用全固体绝缘使真空断路器小型 化，全工况使用，免维护 SF6气体具有卓越的灭弧及绝缘性能。SF6断路器（三相共箱的负荷开关，断路器，整体充气的组合电器
8、）体积小巧，结构简单，这是采用空气绝缘，固体空气混合绝缘的传统真空断路器所无法比及的。除了价格低廉，这也是 SF6开关设备在中压领域占重要地位的主要原因。真空断路器设备要想取而代之必须要小型化。在性能相同（相当）的情况下体积与 SF6断路器相当或者更小。目前大体有三种技术手段在采用。3.1 充气柜用真空灭弧室作开关开断灭弧元件，将真空灭弧室和其他一次电气元件全部封装在金属壳体中，壳体内充以一定压力的清洁干燥的氮气（或者空气） 。氮气作为绝缘介质保证了开关设备的绝缘性能。这就是所谓的绿色环保充气柜。但是，无论是干燥空气还是氮气其绝缘强度仅是 SF6气体的 1/3，为保证绝缘可靠要相应增大相间、相
9、地距离、沿面爬距，柜体几何尺寸要比 SF6气体柜大许多。当然，加大气体压力可以增加绝缘强度，但相应带来柜体密封和强度问题，同时，一旦泄漏，气体压力下降，绝缘强度急剧下降，可能引发重大事故。3.2 全固体绝缘柜用真空灭弧室作开关开断灭弧元件，用隔离接地开关管作隔离断口，接地断口绝缘。将两只开关管及一次导电回路固封在环氧树脂壳体中（俗称双黄蛋）组成开关的一相，三只筒体并列固定在支座上组成开关本体，配装操动机构及相关功能部件组成完整的开关。这种结构优点是断口全在真空中，一次带电体完全不受外部环境影响。缺点是看不到隔离断口，不符合用户的使用习惯。3.3 固体充干燥空气或氮气混合绝缘柜用真空灭弧室作开关
10、开断灭弧元件，采用传统的隔离接地开关。隔离断口，接地断口采用密封干燥空气或氮气绝缘。真空灭弧室和一次导电回路固封在全密封的带有观察窗的环氧树脂壳体中，组成开关的一相，三只筒体并列固定在支座上组成开关本体，配装操动机构及相关部件组成完整的开关。这种结构优点是开关断口在真空中，隔离断口、接地断口在密封的干燥气体中，一次带电体固封在环氧树脂中。完全不受外部环境影响。而且隔离断口真实可见，符合用户的使用习惯。提高了设备运行的安全性。4 固体绝缘环网柜系列产品的特点 国内一些民族企业本着取百家之长，走创新之路的原则，经过多年努力研制固体绝缘环网柜系列产品。具有多项专利技术的固体绝缘式环网开关柜产品，包括
11、断路器、负荷开关、负荷开关熔断器组合电器柜、计量柜、PT 柜、母联柜等已通过型式试验，省部级鉴定。并获多项科技成果奖。最近几年来获得业内人士的关注和好评。其特点如下 ：（1）全绝缘全密封全屏蔽环氧树脂开关筒体，熔断器筒体。特别报道.indd 332013-1-16 16:38:2334 2013年第1期特别报道 Special Reports环氧树脂具有优良的电气性能，力学性能，热的特性，很早用于电器设备，取得了良好的业绩。开关套筒，熔断器筒体采用环氧树脂 APG 工艺成型。绝缘筒体是固体绝缘开关的关键部件，它既是绝缘件又是承力件。要求同时满足耐热，耐候，抗开裂，机械强度高，绝缘强度好等技术要
12、求。筒体体积硕大，嵌件多，形状复杂，制造是有一定难度的。经多年设计和不断论证，制造绝缘件的经验，从筒体设计，材料配方，工艺流程多方努力保证了该部件优质批量生产。根据用户要求，可以提供外屏蔽接地可以触摸的筒体。（2）单体柜结构，采用专业电缆附件厂商生产的通用绝缘母线，电缆插拔头。开关柜可现场组合，随意扩展，避免了多组组合柜带来的运输，安装的不便。当然，如果用户要求也可提供组合柜。（3）清晰可见真实隔离断口。（4）开关可配装弹簧、永磁两种操动机构，方便用户选择。（5）全系列产品统一设计，提供用户需要的多种柜型 ( 断路器、 负荷开关、 负荷开关熔断器组合电器、计量、 PT、 母线、 母联等 )，
13、而且外形几何尺寸完全一致。（6）开关筒体和隔离开关操动机构箱采用动静密封结构形成密封腔体，内充零表压干燥氮气，与外部环境完全隔离。保证开关柜全工况使用。（7）开关柜留有智能化接口和传感器安装位置，配置智能化设备后可以满足智能电网的要求。（8）负荷开关熔断器组合电器的辅助接地开关采用真空开关管固封在熔断器筒体中。解决了油绝缘的辅助接地不安全的问题。（9）熔断器套筒与开关套筒采用柔性 H 形双通电缆头（专利产品）连接，确保无应力电气连接和绝缘可靠。第二系列全固封（双黄蛋结构）固体绝缘真空开关柜正在研制中，可见断口问题也在解决之中。40.5 kV 产品也在考虑之中。5 行业发展建言 （1）目前国内已
14、有几家生产固体绝缘环网柜的厂商，正在研制和有研制意向的企业更如雨后春笋不胜枚举。但是尚未见到相关国家标准，各企业只能按企业标准设计生产，建议相关部门尽快编制国家标准，以便有所遵循。（2）固体绝缘环网柜是一项新产品，新技术。有很多新技术、新工艺、新材料、新的配套元件需要研究和解决。希望相关部门组织协调相关企业和技术人员通力合作，共同攻关。搭建多种形式的交流平台，以便企业互相交流，共同提高。（3）目前国内已有的几型固体绝缘环网柜均是各企业自主研发的专利产品。虽然结构形式各有千秋，优劣各有所长，但总体水平和国外知名公司同类产品比应该是相当或相近的，这是转变企业发展模式取得的丰硕成果。希望有关部门在资
15、金流向和市场准入等方面给予大力扶持，细心呵护，使这些民族品牌的产品不断完善，在国内立得住，在国际上叫得响。（4）最后，作为用户，我们更希望制造企业把精力放在产品质量的提高上，把心事放在国际，国内市场的开发上。防止靠偷工减料，以次充好，假冒伪劣牺牲产品质量杀价竞争的局面出现。据了解，国家电网公司计划到 2015 年新建和改造项目中固体绝缘环网柜的使用量不低于新增总量的25%，这将是电力设备生产厂家的机遇和福音，希望众生产企业加大产品的质量，注重操作的安全性及供电的可靠性，扩大市场开发力度，与各地供电公司和电力电气协会加强交流和沟通，为中国电气设备的发展贡献力量。EM( 收稿日期 ： 2012-12-25)特别报道.indd 342013-1-16 16:38:24
