关键词：固体绝缘；SF6充气柜；开关柜；节能减排
引言：多年来，受变配电设备安全操作距离、变压器容量及管理等因素的制约，一般设置集中变电所或欧式变电站，由此造成大量的低压配电电缆集中配出，考虑载流量的修正，将增加电缆截面，一次投资增大，电缆的总长度增加，同时大大增加电缆的损耗，由Q=I2RT这个公式我们可以知道，低压大截面的电缆由于电流过大，其损耗值与高压10kV电缆比较成平方倍增长，从而造成后期运行费用的增加。为了减少电缆线路的损耗及电缆投资，应尽可能使10KV电源深入用户中心，但由于传统变电所及欧式箱变体积大，噪音高、不能做到全绝缘全密封、安全性较低不适宜放置在离楼宇及厂房太近，只能定点放置，造成大量低压电缆集中馈出同时大量的电能损耗。要解决此类问题就要缩小箱变内配套设备的体积。就要改变用电设备的绝缘介质缩小绝缘距离。
1、中压开关柜的发展:
首先，从国内中压开关应用的历史来看，从最初采用的油开关开始，到70-80年代采用的少油开关，到后来空气开关（产气式和压气式）、90年代以来广泛应用的真空开关柜，到90年代中应用在全国10kV城乡改造SF6开关，到固体绝缘开关等几个发展阶段，开关的发展趋向小型化、全绝缘全密封、免维护、智能化方向发展。
其次，我们重点看一下目前配电系统中广泛应用的SF6开关，其产品因体积小、全绝缘全密封而广泛应用于城市电网中。中国以SF6作为绝缘介质的充气环网柜在欧美等发达国家中压配电领域是不采用的，10 KV产品以真空开关应用为主，六氟化硫气体开关只有在超高压中才会得以应用。这主要是因为开关中SF6气体是公认的温室气体之一，其温室效应是CO2气体的2500倍，在大气中的存活寿命为3400年，并且会在高压灭弧下产生有毒气体氟化物(SF4,S2F2,S2F10),同时在潮温的空气还会形成酸雨。而我们实际应用的10KVSF6产品都存在气体泄漏问题，加重了电力系统的维护量，并且回收十分困难。
最后，我们来看一下2000年以后，由于新材料、新技术的应用而出现固体绝缘开关。2002年出现在国内的采用环氧树脂介质的是在VS1固封极柱式开关，其产品体积小，结构紧凑，产品技术成熟而得到市场的大量应用和认可。结合中压开关的发展，同样也是采用了固封极柱的技术，昊诚2005年研制成功了FZN57和ZN57系列小型化真空开关及开关柜，产品凭借着安全、稳定、小型化在全国各地电网中拥有大量的运行业绩。昊诚历经两年开发，于2007年成功研制了全绝缘、全密封的固体绝缘环网柜，产品尺寸仅为420×860×1200mm（宽×深×高），体积小，免维护，防护等级达到了IP68，通过了高海拔实验，并在近4000米的青海地区和潮湿的沿海地区得以应用。各地产品至今安全稳定的运行在电网和客户工程中。其可提供断路器和负荷开关的方案和结合方案，完全满足供电需求，性能参数和使用范围更优越于SF6环网柜，是SF6产品的最佳升级品。成为配网中全新的一代开关柜产品。
2、固体绝缘开关柜：所谓固体绝缘，与固封极柱不同的是它不仅仅固封每项的真空灭弧室，而是将灭弧室和与之相关的部件采用环氧树脂进行整体浇注这样一来使开关内部相间及对地的安全绝缘距离从空气绝缘的125mm缩短到几个毫米。大大减小了开关柜的体积。（表1表明了固体绝缘开关柜与其它开关柜的区别）
类别 固封极柱 SF6充气柜 固体绝缘
绝缘方式 空气、树脂 SF6 环氧树脂
连接部位强度 一般 一般 好
体积 大 小 小
重量 重 轻 轻
有害气体 无 有 无
维护 需要 定期需要 不需要
应用环境 有限制 无限制 无限制
表1不同开关柜的对比
2.1绝缘介质：固体绝缘开关采用固化的环氧树脂实现相间以及对地间的绝缘，其固化体的主要性能参数请见下表2。
可以看到电气强度为22-28KV/mm，这意味着采用这种绝缘介质来制作10KV的开关，相间的绝缘只需要几毫米的距离，这是任何充气柜内的气体都做不到的。与此同时我们可以看到固化环氧树脂的机械强度也很好。因此当开关内部所有连接部分使用环氧树脂进行浇注以后，与靠气体绝缘的开关相比连接部位的强度加强了很多，是不会因为运输或使用中的震动造成开关连接部位松动的（表2固化体主要性能指标）。
表2固化体主要性能指标
性能 参数 单位
弯曲强度 110-130 Mpa
冲击强度 12-15 KJ/M2
玻璃化温度 65-75 oC
电气强度 22-28 Kv/mm
线膨胀系数 32-35 10-6/K
密度 1.75-1.80 g/cm3
性能 参数 单位
2、下面介绍一种沈阳昊诚电气股份有限公司生产的固体绝缘开关柜。
2.1开关结构：图1表明了负荷开关和熔断器组合方案的结构示意图。可以看出这种固体绝缘开关主要分为三个腔室从上到下分别是：隔离开关腔室；负荷开关腔室（内部浇注的是真空灭弧室）；插拔式熔断器腔室（采用全范围保护熔断器）。
图1固体绝缘开关单项结构图
开关是以单元形式存在，开关尺寸只为420×860×580mm（宽×深×高），
开关的功能等同于开关柜的功能因为所有功能单元都在开关内部实现，若安装下部单元组成开关柜，尺寸为420×860×1200mm（宽×深、高），下部单元为电缆室可加装开启式式电流互感器。图2为开关柜的内部结构图和外观。
我们为了实现开关柜真正的全绝缘全密封，开发了与其配套绝缘母线，进出线都通过电缆头连接、并柜时采用绝缘母线连接，从而实现了开关柜整体无裸露10KV带电体。
2.2开关一次方案：表3给出了固体绝缘开关的典型一次方案图。
表3固体绝缘开关柜部分一次方案图
可以看出固体绝缘开关并不是单一的开关，而是一种组合式开关，因此方案是灵活多样的，产品的进出线方式也灵活多样，可满足不同的工程需要。
防爆场所应用：产品采用真空灭弧室灭弧，为负压力产品，同时浇注在固体绝缘介质内部，强化了防爆性能。
污秽潮湿场所应用：产品采用固体绝缘技术，无裸露带电体，因此不会因为灰尘和潮湿造成相间或对地的断路。
以上介绍的以固体绝缘开关为核心的中压变配电设备全部申请了专利证书，并于2008年通过了国家电网公司高压强电流实验室的型式试验。并且在科技成果鉴定会上得到诸多专家的一致好评，最终给出了世界先进、国内领先的鉴定结论。
3、固体绝缘开关主要衍生产品
以固体绝缘开关为核心又衍生出中式变电站、中式开闭站、中式电缆分接箱等多种中压领域的变配电设备。这些设备的共同特点就是体积小，不含任何有害气体，可以深入负荷中心，从而不但减少了低压电缆的使用量降低了配电工程的投资，还能节省日后设备运行时的低压电缆损耗，降低低压线损率。图3展示了两种分别用在户内和户外的中式变电站，其中户内型箱变占地面积不到1.5平方米。以容量400KVA的为例，户内箱变尺寸只有（1200×970×2250）（宽、深、高）；户外箱变尺寸为（1600×1750×1450）（宽、深、高））。
a. 户内箱变
图3中式变电站
4、小结：在电能损耗中，0.4千伏的线路损耗占了很大比例，减少低压供电半径是电力系统节能减排诸多方式中一个易行而有效的措施。中式固体绝缘开关及其成套设备的出现，不仅减少了SF6温室气体的使用和排放同时使10KV变电设备能够深入到负荷中心可以大大降低低压电缆的使用量从而降低工程的一次投资和输电线路的损耗。
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