新一代全新概念的环网柜--固体环网柜应用

新一代全新概念的环网柜--固体环网柜应用
• 1.前言我国配电网自1998年开始实施城乡电网改造，高压直接深入负荷中心，城网采用环网供电，由此推动了我国环网柜的迅猛发展。

欧洲上世纪80年代初就已经推出环网柜，英文简写为RMU，也就是环网供电单元。

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1.前言
我国配电网自1998年开始实施城乡电网改造，高压直接深入负荷中心，城网采用环网供电，由此推动了我国环网柜的迅猛发展。

欧洲上世纪80年代初就已经推出环网柜，英文简写为RMU，也就是环网供电单元。

我国环网柜的发展由引进到自主开发，目前在国内市场上国外产品、合资产品和我国自主产品都占有一定市场。

我国自主产品在机理上仍处于仿制、跟随阶段，虽然有自主创新，总体上仍处于略势。

目前我国应用的环网柜，基本上有二种型式，单元式环网柜和共箱式环网柜。

单元式环网柜，开关本体是密封绝缘，其余带电体仍采用空气绝缘，属于半密封式环网柜。

单元式环网柜因其组合方便，运行维护灵活，目前占有很大的市场范围，多用于户内应用。

共箱式环网柜，将数组开关和相关带电部件整体上封闭于SF6气箱中，实现全密封，全绝缘。

共箱式环网柜因其产品特点，适用于户外环境，在历次水灾等恶劣环境下经受了考验，突显了共箱式环网柜的运行优势。

北京双杰配电自动化设备有限公司（以下简称北京双杰公司）是我国国内第一批独立生产，具有自主知识产权的环网柜企业，在共箱式环网柜制造方面，具有密封专利技术，除在轴密封具有优势以外，开关断口观察窗作为标准配置，可以根据用户要求加装通透性断口观察窗，甚至在接地开关位置也可以增加观察窗，满足不同用户需要。

发展民族自己的品牌，站在国际业界前端，这是北京双杰公司发展战略。

北京双杰公司2002年成立研发部，目的就是追随国际技术发展动态，站在国际业界前端，研发新产品。

2005年初着手研发固体绝缘，全封闭的环网柜，简称为固体环网柜。

历时二年七个月于2007年11月在中国电力科学研究院通过了固体环网柜的型式试验。

此项研究得到了国内众多研究机构的支持，并被列入了《国家重点新产品》、《国家新型电力电子器件产业化专项》、《北京市火炬计划》等科技资金支持项目。

国家专利局受理了七项专利，其中一项国际发明专利，四项国内发明专利和二项实用新型专利。

在获得产品型式试验报告的同时，国家专利局查新确认，固体环网柜是国内首创，国际领先产品。

2.研发背景
SF6气体对大气的影响
近百年来，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。

这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动所增强的温室效应共同引起的。

减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标，而我国在减少温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。

《京都议定书》明确规定，SF6气体是六种温室气体之一。

目前，发现人类活动排放的温室气体有六种，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、六氟化碳、六氟化硫，这当中氟化物就有三种。

据美国科技调查数据显示，近几年全球，尤其是北半球大气中SF6气体浓度呈直线上升趋势。

SF6气体一个分子对温室效应的影响为CO2分子的25000倍，同时，排放在大气中的SF6气体寿命约为3400年。

1900年六氟化硫（SF6）气体诞生，1940年作为绝缘介质，迄今已被广泛地应用在电力设备中。

随着我国配电网的迅速发展和技术装备水平的提高，在配电网中SF6气体充气式环网柜的应用已是相当广泛。

但迄今为止，还未找到比SF6气体的综合性能更好的单独气体和混合气体。

随着人们环境保护意识的增强，由于SF6电气技术设备的大量使用，不可避免地给人类赖以生存环境带来污染和破坏，同时也给人们的身体健康带来不利影响。

在今后相当长一段时期，少用和不用SF6气体的电器设备才是高压电器制造行业的发展方向。

据2000年数据显示，全球每年生产的大约8500tSF6气体中，约有一半以上用于电力工业。

而在电力工业中，高压开关设备约占用气量的80%以上。

因此，合理、正确的使用管理SF6气体，已经成为电力行业必须正视的问题和社会责任。

取消对SF6气体依赖的产品更新换代，是企业对社会，对环境做出的贡献。

运行于配电设备中的SF6气体主要毒性来源
SF6气体的化学性质非常稳定，对电器设备中常用的金属及其它有机材料不发生化学作用。

然而，在大功率电弧、火花放电和电晕放电作用下，SF6气体能分解和游离出多种产物。

除了由于SF6产品不纯，出厂时就含高毒性的低氟化硫、氟化氢等有毒气体以外，运行中的SF6气体主要有二方面毒性来源：
1) 电器设备内的SF6气体在高温电弧发生作用时而产生SF2、SF4以及S2F2、S2F10、SOF2、HF、SiF4等剧毒和毒性物质。

2) 电器设备内的SF6气体分解物与其杂质和电极金属材料产生氢氟酸、二氧化硫、硫酸、WF6等有毒产物。

SF6气体的电弧分解物及反应生成物的生理特性试验数据：
序号 化学成分 生理学特性
1 WF6 有刺激性。

2 S2F2 两只老鼠在10×1000μg/g的浓度中，15min内均死亡，有刺激性。

3 SF
4 在19μg/g的浓度中，4h内动物的死亡率为50%；在10μg/g的浓度中停留1h，动物会出现呼吸困难的征兆。

3 S2F10 老鼠在0.1μg/g的浓度中停留1h未发现有中毒症状；在1μg/g的浓度中刺激肺部；在10μg/g的浓度中肺部发生腐烂。

4 SOF2 有刺激性。

5 SO2 有刺激性。

6 HF 有刺激性。

7 SiF4 有刺激性，从食物中摄取后对呼吸有危险。

由此可见，经开关灭弧作用后，在设备周围的运行人员或相关环境中，将对运行人员造成极大的人身伤害。

开关设备中取消SF6气体应用，是生产型企业对运行人员安全负责的体现。

运行中SF6气体环网柜实际问题
充气式环网柜虽然经历数年的发展，并不断提高产品质量。

但实际运行过程中，经常会遇到漏气等问题。

这不只是产品质量的单一问题，也是由于运输、装配和部件老化等多因素的影响。

高压GIS，由于设备集中，便于管理，而充气式环网柜因其分布广，实际运行中难以进行全方位的监督管理，这也给运行带来隐患。

3.固体环网柜
产品结构
在环网柜中彻底取消SF6气体，采用绝缘套筒固化开关部件，由封闭母线连接各个回路。

整体实现全密闭全绝缘。

采用固封极柱技术，将真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑等有机结合为一整体，实现全绝缘、全密封、免维护结构，同时也实现单元可拆换结构。

采用绝缘套筒固封，可以解决灭弧室外表不受周围环境的污染，对绝缘性能、防污秽、防凝露能力都有极大地提高，同时提高了耐臭氧、抗紫外线、抗老化能力和机械强度。

真空灭弧室采用国内旭光和真光等知名企业产品，严把产品质量关。

同时为进一步保证真空灭弧的可靠性，在浇注前后分别对灭弧室进行全检，分别进行耐压试验。

真空灭弧室外层有真空浇注填充物，外部再配有密封的环氧树脂，加强了对真空灭弧室的保护。

产品特点
避免耐压设计，外壳构造简单固体环网柜取消压力气箱部件，因此取消了压力表、防爆装置、压力传感器和压力闭锁装置、充气阀门、气体压力报警等有关气体压力的零部件，极大地提高可靠性。

真正实现免维护产品，并确保了开关额定运行工况。

开关单元采用标准模块化结构，可以根据需要进行现场更换。

固体实现全绝缘全密封。

开关配有隔离部件。

灵活配置，接线方案不受限制。

断口可视。

配电网环保产品。

符合开关类产品由绝缘油→SF6气体→硅橡胶环氧树脂技术升迁路线。

运行优势
特别适用于寒冷与高温地区应用固体绝缘环网柜采用环氧树脂套筒和绝缘筒进行外绝缘，从根本上解决了SF6气体在严寒地区液化冷缩与高温地区膨胀造成的影响。

高原地区应用固体绝缘环网柜取消了气箱装置，避免了高海拔地区气箱变形和放气处理而造成的极大的运行隐患。

不会发生爆炸事故，运行安全可靠采用真空作为内绝缘与灭弧介质，分相绝缘设置，并采用厚度不小于12mm进口环氧树脂进行外部防护，其结构特性和灭弧原理决定其极强的安全性能，避免拉弧时开关爆炸危害。

环保要求高地区应用SF6气体对大气破坏影响甚至超过氟利昂影响的上千倍，固体环网柜取消SF6气体应用，从根本解决了对大气的破坏影响，满足国际和国内环保发展趋势和要求。

电缆沟道有人工作应用由于相对密度在气态时为6.16g/cm3(20℃,0.1MPa时)，在相同状态下约是空气相对密度的5倍。

泄漏的气体将直接进入电缆沟道而又不能释放，并考虑灭弧后产生的SF2等有害剧毒气体危害，在有人作业的电缆沟道中一般是禁止使用SF6气体环网柜。

固体环网柜是在此环境中理想的替代产品。

分相结构，可更换结构设计固体环网柜采用分相式结构设计，每一回路可以进行调换处理，加强了运行灵活性。

并且避免了单一回路故障直接造成整台装置报废的影响。

独特的全绝缘全密封单元可拆换设计任何单元根据实际运行情况，可单独进行更换结构设计。

充分结合了单元式环网柜和充气式环网柜特点。

真正达到可实用型的环网柜和开闭所设计，是GIS应用类型的拓展。

4.固体环网柜PICC产品责任险投保
中国人民财产保险公司PICC对此产品进行了考核，在基于对产品高可靠性的肯定基础上，对北京双杰公司固体环网柜进行了产品责任险投保。

每次事故最高赔偿额可达90万元，也最大限度地保证了客户利益。

5.固体环网柜应用
北京双杰公司固体环网柜目前已经应用了240个单元，在对外宣传过程中得到了众多用户的好评。

下图为北京地区应用的固体环网柜实际照片。