广东阿尔派电力科技股份有限公司523808
摘要；针对空气绝缘技术、气体绝缘等绝缘技术的优缺点进行了分析，阐述了固体绝缘技术的特点和应用前景，提出固体绝缘技术在应用中出现的问题和解决措施，并对固体绝缘环网柜的实际运行情况进行了检验测试，体现了良好的运行可靠性。
关键词；空气绝缘；气体绝缘；固体绝缘；环网柜
固体绝缘环网柜是一种集外固封、绝缘母线及组合单元小型化三种技术于一体，开关及高压带电部件采用环氧树脂进行整体浇注，以环氧树脂固封作为带电体对地及相间绝缘的新型配电设备。作为对SF6环网柜的重大超越，固体绝缘环网柜是未来中压开关设备发展的主流方向，其大范围推广使用是大势所趋。特别是在2011年，国家电网公司发布了《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》的通知，其中明确提出将固体绝缘环网柜列入选型设备，且在2015年后，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%，为固体绝缘环网柜的进一步推广使用奠定了基础。
1.固体绝缘环网柜发展背景
（1）SF6气体绝缘环网柜因SF6气体具有优异的绝缘和灭弧性能，在电力系统中应用十分广泛。但是SF6气体是国际公认温室气体，《联合国气候变化公约》对温室气体的排放均有明确的限制要求和减排目标，我国在减少温室气体排放方面也承担着义不容辞的责任与义务，因此国内SF6气体的使用会受到越来越多的限制，逐步减少SF6气体的排放是国际社会的共识，为了弥补SF6充气柜和充气单元柜的不足，近几年在国内外市场上出现了环保型环网柜———固体绝缘开关设备和复合绝缘开关设备。
（2）固体绝缘开关设备和复合绝缘开关设备是正在规模应用的配电新产品，而复合绝缘环网柜更多的采用固体绝缘技术，因此固体绝缘越来越受到行业的关注，从技术可靠性和环保要求更加严格的发展趋势看，固体绝缘环网柜具有取代SF6气体绝缘环网柜的趋势，同时国家电网公司发布了企业标准Q/GDW730－201212kV固体绝缘环网柜技术条件，为固体绝缘环网柜的发展提供了技术保障。
2.关键技术及发展趋势
固体绝缘技术的突破和发展是固体绝缘开关设备能否顺利进行推广应用的前提，是基础技术开发。至此国内外包括东芝和日立在内的许多厂家都在固体绝缘技术方面投入了大量的人力、物力和财力，并取得了一定的技术突破。整合国内外固体绝缘研究成果，其技术难题及发展趋势如下。
（1）新的高性能的环氧树脂开发。采用高性能的环氧树脂直接用来固封真空灭弧室，有利于热传导，且不需要借助硅橡胶来缓冲。
（2）绝缘设计方面，保证了设备所需的耐受电压和局部放电水平。
（3）环氧树脂浇注工艺研究与开发。从工艺方面解决固体绝缘件的局部放电，以及开裂等问题。
（4）固体绝缘件表面屏蔽层的研究与开发。
（5）环氧树脂的稳定性分析。通过采用加速老化的试验方法，对环氧树脂的正常使用寿命进行研究与分析，同时在正常使用寿命期间，研究局部放电等性能变化趋势与比率。
（6）智能化设计。采用先进的传感技术和测量技术，实现局部放电量等特性参数的定性、定量在线监测。
3.固体绝缘技术几个关键问题
虽然固体绝缘技术具备良好的技术性能，但其也是一种新兴的绝缘技术，尤其是国内厂商技术水平不同，制造的固体绝缘开关设备可能存在一些问题，需要加以注意和解决。
（1）固封极柱工艺问题
固封极柱工艺是固体绝缘技术的技术关键，因固封极柱制造过程中真空灭弧室至少经过一次高温高压的AGP工艺处理，不同的生产商在生产过程中是否对灭弧室产生一定的破坏作用不得而知；另外如何确保固封在一起后绝缘件内部无缺陷和气泡，避免在使用过程中引起局放的不断增大最终导致的绝缘破坏；再有当受到外部环境的温度变化加之电场作用产生的发热和温升，如何来消除都是影响日后运行的关键因素。
解决上述工艺问题我们认为可以采用目前市场上已开发出来的专用真空灭弧室，这种真空灭弧室更加小型化，体积更小。据我们了解当前国外品牌伊顿、西门子，国内如宝光、旭光、京东方等品牌的真空灭弧室在这方面做的较好。因固封极柱所使用的灭弧室，其短路开断能力和内部绝缘的要求更加苛刻，要满足相应的短路开断能力和绝缘水平，就需要全面优化产品内部结构，通过均衡磁场分布和优化电场分布达到提高真空灭弧室短路开断能力和内部绝缘水平。此外真空灭弧室的金属外壳和陶瓷外壳加工工艺及设计也必须满足一些特殊要求，有些厂家可能为节省成本，采用普通的真空泡，这样在固封极柱柱浇注中浇注应力及高温的影响可能对真空泡的结构及性能产生破坏的影响，需要我们运维人员进行持续试验跟踪。
（2）固封极柱的温升问题
在真空开断技术不断成熟的情况下，开发一种新绝缘技术，我们认为绝缘应是首要考虑的。但目前存在一个普遍现象即材料绝缘性好，散热就不太好的现象，因此需要综合考虑这两者之间的关系。据统计数据表明，有效解决固封极柱的温升，就需要控制其电阻的大小，固封极柱的灭弧室电阻目前一般按要求10kV电压等级630A≤25μ欧、1250A≤10μ欧，才能从更好的减少主回路温升（固封极柱接触电阻产品标准一般为≤25μ欧）。因此就需要采用质量稳定，性能可靠的真空灭弧室，这对固体绝缘开关设备的设计与制造极为关键。首先真空灭弧室要从整体结构（尤其触头结构）的开发设计与工艺过程控制两方面综合考虑最大程度的降低接触电阻；其次大电流的固封极柱在结构设计上考虑加散热片及设计通风通道，加强散热效果；并且整个固封一次回路采用优质导电材料及良好加工工艺，以确保温升最小。
（3）固封极柱的开裂问题
因固封极柱浇注中不同材料接触面之间的热胀冷缩程度不一样，环氧树脂绝缘层在外界温度变化影响下热胀冷缩程度不一样易引起开裂，另外有静触头端出线座与环氧树脂壳体之间无间隙，致使该部位应力集中，易开裂，这些问题要慎重考虑。所以在选择浇注材料时也很关键，比如选择高强度，有良好的热阻性及韧性，有高的流动性的新型材料，通常情况下新型材料的热阻性和强度分别为普通树脂的1.3倍和1.5倍，并能较好地控制放热效应，有利于补偿固化反应而引起的收缩，且具有极好的尺寸稳定性和很高的机械强度等突出优势。这方面就要求选择采用质量好的设备制造厂家提供其浇注材料。
（4）固封材料的耐热老化问题
固体绝缘主回路在进行型式试验时应进行高低温循环试验和老化试验以验证该产品在实际使用中可能出现的问题。因固封极柱里面的电场中存在几种介质（陶瓷、填充物、压力凝胶）其之间的连接都是物理粘接，绝非化学粘接。在两种介质之间的介面上电场会发生突变，也最容易击穿，绝缘老化的危险也要考虑。所以要求制造厂家应该提供相应的封装材料的老化曲线和检测老化的技术手段。
（5）操作机构的稳定性问题。
因固体绝缘开关设备的小型化要求，必然要求所配操作机构的小型化，要达到开关设备的免维护要求，同时也要求操作机构具有高度的操作可靠性和稳定性，这样就要求制造厂家的机械加工工艺水平需要不断的提高，要有严格的、结合实际使用的检验试验程序并加以执行。我们在运维中发现一些运行充气环网柜理论上说达到免维护，但使用一段时间后就发现其操作机构锈蚀严重，影响正常进行分合闸操作，达不到可靠的运行要求。
结语；纵观固体绝缘环网柜的优缺点及国内外发展现状，作为开关领域创新产品的固体绝缘环网柜，要替代技术成熟、质量稳定及市场稳定的SF6气体绝缘环网柜尚有很长的路需要走。但是我国电网公司的“十二五”规划中，力主推进固体绝缘环网柜发展，并在《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》文件中曾明确提出:“从技术可靠性和环保要求更加严格的发展趋势看，固体绝缘环网柜具有全面取代SF6气体绝缘环网柜的趋势。”“在2011～2012年，国家电网公司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5%，2015年后使用量不低于新增总量的25%。”目前，2011～2012年的5%目标已经完成，并且稳步迈向25%新目标。因此，随着固体绝缘制造工艺提升，技术的不断进步完善以及实际运行经验的累积，固体绝缘环网柜将逐步克服现在废品率高、成本高等劣势，凭借其良好的安全可靠性，优越的环保性能，高度的模块化，体积的小型化等优势得到广大用户的认可，成为主流开关产品，逐步取代SF6气体绝缘环网柜。
参考文献；
[1]固体绝缘环网柜的发展_李晓英.
[2]固体绝缘环网柜技术性能分析_王树军.
[3]固体绝缘技术在环网柜中的应用探讨_白云飞.
[4]浅谈固体绝缘环网柜的发展状况及关键技术_张尔剑.
[5]试析固体绝缘环网柜的发展现状及趋势_项林.