固体绝缘开关柜技术发展现状

固体绝缘开关柜技术发展现状

摘要：结合固体绝缘开关柜的发展现状，论述了固体绝缘开关柜的定义、技术参数、结构形式、固体绝缘技术。探讨了固体绝缘隔离开关和接地开关的现状，总结了固体绝缘开关柜的优势和不足，并展望了固体绝缘环网柜的发展前景。

abstract： this paper reviews the definition， technical parameters， structure form， solid insulation technology of solid insulated switchgear based on the development status of solid insulated switchgear. the status of disconnecting switch and earthing switch of the solid insulation is discussed， the advantages and disadvantages of solid insulated switchgear are summarized， and the prospect of the solid insulated switchgear is presented.

关键词：固体绝缘开关柜；固体绝缘技术；隔离开关；接地开关

key words： solid insulated switchgear；solid insulation technology；disconnecting switch；earthing switch

中图分类号：tm591 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）24-0039-03

0 引言

2011年8月，国家电网公司发布《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》，12kv固体绝缘环网柜列入国家电网公司“十二五”

规划[1]。2012年3月，国家电网公司发布了q/gdw730-2012《12kv 固体绝缘环网柜技术条件》（以下简称技术条件）[2]。sf6作为优异的灭弧和绝缘介质在电力设备中应用广泛，但作为温室气体，其应用必然会受到大环境的影响，国家电网公司一系列政策、标准等的发布实施，更是加速了固体绝缘开关柜技术的发展，同时对固体绝缘环网柜的发展起到极大的促进作用。

固体绝缘开关柜是采用固体绝缘材料作为主绝缘介质的开关柜。将真空灭弧室及其导电连接、隔离开关、接地开关、主母线、分支母线等主导电回路单一或组合后用固体绝缘介质包覆封装为一个

或几个具有一定功能、可再次组合或扩展的具备全绝缘、全密封性能的模块[2]。在人可触及的模块表面涂覆有导电层或半导电屏蔽层并直接可靠接地，最大程度上确保了人身安全。由于采用全密封的固体绝缘介质而不再采用sf6，固体绝缘柜具备尺寸紧凑、环境适应能力强、环保等优点。

1 固体绝缘开关柜技术参数及结构形式

按照技术条件规定，固体绝缘环网柜额定电压等级为12kv，额定电流等级为630a、1250a，目前市场上的固体绝缘开关柜额定电压等级集中在12kv，额定电流集中在630a，日本东芝公司目前已开发出36kv电压等级的固体绝缘开关柜，但是从市场角度来看，不具备成本优势，随着技术参数等级的升高，固体绝缘开关柜的柜体尺寸、成本都急剧上升，市场竞争力大大下降。

固体绝缘开关柜按三相正面布置方式分两种。第一，左中右方式，

三相左中右布置，该布置方式为目前市场主流方式。第二，前中后方式，开关三相前中后布置，该布置方式为目前较少。

固体绝缘开关柜按照三相是否分离分为两种。第一，分相式，三相采用固体绝缘材料分相包覆后涂敷接地屏蔽层，最大程度避免了内部燃弧故障的发生。第二，整体式，三相整体采用固体绝缘材料包覆后涂敷接地屏蔽层。

2 固体绝缘开关柜相关技术

固体绝缘技术是指利用固体绝缘材料将主导电回路包覆封装为

封闭模块，固体绝缘材料除用以隔绝不同电位导电体电气作用，还兼具支撑、散热、连接等机械作用。

在选择固体绝缘材料时，应综合考虑材料的环境适应性、导热性、收缩率、玻璃化温度等，固体绝缘开关柜目前主要采用环氧树脂材料作为绝缘和支撑，采用硅橡胶材料实现界面绝缘或作为缓冲层。在进行固体绝缘结构设计时，除了满足工艺、组装、维护等需求，还应考虑采用设置屏蔽、优化电极和结构等措施来合理分布电场，从而提高绝缘介质的绝缘强度，这就涉及到对屏蔽层和局部放电的要求。

1967年，瑞士ciba-geigy公司开发了环氧树脂压力凝胶工艺，70年代初，该技术进一步完善，形成了apg（the automatic pressure gelation）即环氧树脂自动压力凝胶成型技术。随着环氧树脂apg 技术的成熟，1997年，abb公司研制的环氧树脂固封极柱成功应用于vm1断路器，固封极柱通过apg工艺，利用环氧树脂将灭弧室及

上下出线端全部包封，不仅缩小了灭弧室尺寸，而且不受外界环境的影响，提高了耐气候性。环氧树脂既是一次部分的主绝缘，又是它的机械支撑，其电场分布和应力分布优于各种形状的绝缘隔板结构。继abb之后，国内一些研究机构、公司也相继推出具有固封极柱产品，并陆续解决了质量不稳定、材料性能不合格等问题，固封极柱技术逐步成熟。固封极柱技术为固体绝缘开关柜的发展奠定了技术基础。

2.1 屏蔽层

根据技术条件定义“人可触及的模块表面涂覆有导电层或半导电屏蔽层并可直接可靠接地”。固体绝缘表面涂覆接地的导电层或半导电屏蔽层，具有以下优势，第一，如果固体绝缘开关柜采用分相设计，由于三相之间采用环氧树脂完全隔离，并且表面涂覆有接地屏蔽层，可最大程度防止环网柜发生相间短路故障。第二，提高了环境适应能力，实现了免清理维护。

目前市场上的固体绝缘环网柜大多并没有进行接地屏蔽层涂敷，绝缘模块外表面不涂敷或局部涂敷屏蔽层时，其电场耐受是由空气和绝缘材料共同承担，如果涂敷了接地屏蔽层，则电场耐受就全部由绝缘材料承担了，这也对固体绝缘设计提出了更高的要求。技术条件的发布，将进一步促进产品升级。

2.2 固体绝缘局部放电

局部放电测量可以检测固体绝缘的内部缺陷，但是检测结果与预期寿命并没有可量化的对应关系。固体绝缘开关柜运行经验少，可