开关柜铜排绝缘化处理措施研究

2017-03-24茅雷朱富云吕帅帅龚斌倪红军

中国高新技术企业 2017年1期

茅雷++朱富云　吕帅帅　龚斌　倪红军

摘要：文章介绍了开关柜的工作原理和基本组成，介绍了开关柜技术在电网中的应用，阐述了开关柜技术的发展现状；强调了开关柜中绝缘化技术的重要性，介绍了开关柜铜排绝缘化处理的几种方法，分别为管型屏蔽绝缘母线法、流化床涂覆法、开发新型绝缘材料，阐述了绝缘化处理方法的特点和优点，指出了未来绝缘化处理的新方法。

关键词：开关柜技术；铜排；绝缘化技术；绝缘材料；电力系统文献标识码：A

中图分类号：TM591 文章编号：1009-2374（2017）01-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.037

开关柜（switchgear）是电力系统中常用的设备，在电力系统中扮演着重要的角色。开关柜内的接线是按照由主线路到分线路的顺序连接，然后按照需要分配，从而实现对整个线路的控制。开关柜内设有接触器、断路器、互感器、电容器、各种仪表等，柜内各种部件通过机械和电器连接，按照配电要求组装。开关柜的主要作用是控制电路的开断，是重要的控制和保护设备。开关柜主要部件有保护装置、控制装置、检测装置、各种开关、各种接触器、互感器和各种仪表等，并集合于一个长方柜形的金属柜体内。

随着我国经济的快速发展，对电力的需求不断增大，对电力系统的要求不断提高，同时，不断向着大容量、小型化的方向发展，合理地配置开关内的各元器件，使开关柜处于高度可靠的绝缘性能。由于环境污染的不断增多以及突发天气原因，都会使相关电力设备出现绝缘问题和接触问题，导致电力故障，造成巨大的损失，因此对电力系统进行在线监测是非常重要的。

1 国内发展现状

我国开关柜的发展比较缓慢，相比国外，起步也比较晚。经过数十年的发展，取得了一定的成绩，从最初的仿苏开始到后来的仿欧美产品，通过引进和学习国外的技术，自主研发出适合我国电力系统的开关柜。随着科技的进步，出现了多种不同的开关柜，目前市场上应用最广泛的开关柜是KYN28中置式手车柜，可以适用于各种不同的场合，同时开关柜的加工工艺也发生了很大的变化，现在大多使用数控机床加工开关柜，技术水平提高了许多。近10年来，我国高压开关柜取得很大的进步，投运量不断增加，城市新装的126～252kV的断路器和12～40.5kV的开关电器已逐漸被SF6开关电器代替。随着科学技术的发展，出现了各种各样的金属封闭开关设备，推动了电力开关设备的大力发展。同时随着城市和农村电网的建设，还需进一步发展我国高低压开关电器。

绝缘技术在开关柜中是至关重要的，其主要作用是实现开关柜的绝缘、隔离、控制、遮蔽、保护功能。目前，开关柜的发展十分受到关注，既要保证设备安全可靠运行，又要使开关柜小型化。根据日本对高压开关柜的价格统计，绝缘结构占总价格的48%。因此，从绝缘结构方面降低成本是很有必要的，同时也要保证绝缘

性能。

2 开关柜铜排绝缘化处理措施

2.1 管型屏蔽绝缘母线法

随着居民用电的不断增加，变电站主变容量的不断加大，变压器低压出线侧母线额定电流不断增加（超过3000A），从而导致一系列的问题。电力系统中所采用的多片矩形常规母线已经不能满足工作上的需求，随着用电量的不断增加，这种母线由于自身结构方面的原因，会导致发热问题和电动力问题等，从而影响变电站供电的安全性和可靠性。为了解决上述问题，采用管型屏蔽绝缘母线代替敞开式矩形母线，提高母线的利用率，增强母线机械性能，在实际工程中得到了较好的应用，为变电站安全可靠运行起到了积极的作用。

管型屏蔽绝缘母线代替敞开式矩形母线的优点：（1）集肤效应低、功率损失小。管型屏蔽绝缘母线代替多片矩形导体母线，集肤效应系数低，母线的功率损失小，改善散热条件，基本不存在涡损；（2）载流量大。管型屏蔽绝缘母线代替多片矩形导体母线，改变了管外表形状，使其导体表面电流密度分布均匀，避免了电荷聚集的现象，从而避免了母线局部发热；（3）允许应力大、跨距大、机械强度高。管型屏蔽绝缘母线代替多片矩形导体母线，铜管代替矩形铜排，提高了母线的抗拉强度，同时提高了母线所能承受的短路电流；（4）散热好、温升低。管型屏蔽绝缘母线代替多片矩形导体母线，改变了母线的结构，改善了散热条件，相比多片矩形导体母线，有明显的效果。

2.2 流化床涂覆法

目前，母线涂覆阻燃性绝缘粉末已在10.0～40.5kV开关柜上得到应用，国外的一些公司已采用此种工艺对高压开关柜中母线进行绝缘处理，比如瑞士ABB、日本三菱公司等。

2.2.1 流化床涂覆法的原理。流化床的工作原理是将粉末涂料装入具有多孔板的流化槽中，是均匀分布的空气流过层，带动粉末流动，使其处于流动状态，当气流与粉末达到平衡状态后，达到一定的高度。将需要处理的工件预热后，然后通入粉末，使粉末附着在工件上，最后加热固化形成均匀的涂层。绝缘粉末是由基料和填料组成，同时添加阻燃剂、固化剂和流平剂，通过特种工序而制成。其中基料为环氧树脂，填料为硅微粉或氧化铝，阻燃剂为十二溴联苯醚。

2.2.2 工艺设计。流化床法工艺流程：母线冲孔、折弯→预处理→蔽覆→预热→流化床涂覆→清理母线搭接面和夹具→加热固化→冷却→母线清理→检查。

2.2.3 工艺影响因素。（1）粉末涂料的熔融温度、溶解热及热容。粉末的物理特性对涂层的质量有很大的影响，同时也决定了预热的温度，所以需要选择合适的材料；（2）粉末涂料的熔融指数。测量这个指数时，需特别注意检测条件，要在合适的温度和压力下，通过相应国标上的方法进行检测，然后用以g/10min表示。这个指数代表了当前条件下，涂层粉末的流动性，从而控制涂层的厚度；（3）工件预热温度。这是一个非常重要的因素，对涂层的质量有很大的影响，需要选在合适的温度才可以保证涂层的质量，而预热温度是由涂层和工件共同决定的；（4）浸渍时间。它对工件涂层质量没什么影响，但是对涂层的厚度有一定的影响；（5）被涂物材料基体系数K。这是一个很重要的影响因素，对工件涂层影响不大，但是对涂层的厚度有很大的影响，K值、浸渍时间和预热温度共同决定涂层的厚度，同时也可以改变其中一个因素，来改变涂层的厚度。

2.3 开发新型绝缘材料

随着科學技术的发展，出现一种新型热缩绝缘材料，通过多年的探索使用，证明此种材料在抗老化性能、绝缘防护中具有很高的使用价值。在使用热缩绝缘材料时，考虑到其特有的性质，必须将其加热，使其附着在导体表面，从而达到绝缘的效果。

热缩材料又称为高分子形状记忆材料，主要利用结晶的高分子材料经过高能射线处理或化学引发剂处理，使高分子链间产生新联结键，形成交联的网状结构高分子。在一定温度范围内，施加外力可以拉伸或扩张。这就是交联高分子的“记忆效应”。

热缩材料的主要性能：（1）热缩绝缘材料具有良好的绝缘性能；（2）热缩绝缘材料对变电站母排的绝缘防护不会降低母排的载流量；（3）热缩绝缘材料具有良好的阻燃性。现场试验表明，试品960℃着火试验不燃烧；（4）热缩绝缘材料，由于内部网络的交联结构，使其抗老化性能优于其他绝缘材料；（5）热缩绝缘材料具有良好的耐温性能。

3 结语

本文对开关柜现场运行所发生的绝缘缺陷现象进行研究，总结了开关柜铜排绝缘化处理的几种方法，分别为管型屏蔽绝缘母线法、流化床涂覆法、开发新型绝缘材料。通过绝缘化处理解决了开关柜常见的绝缘缺陷问题，保证了开关柜在高压情况下运行的稳定性。随着新技术的发展，未来开关柜铜排绝缘化处理还会出现新的方法，比如开发新型涂覆材料、开发新型绝缘材料等，将绝缘性能更好的材料应用于开关柜铜排绝缘化处理上，从而实现更好的绝缘化效果。

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