10?kV小型化固体绝缘开关柜关键技术研究

尹爱红

摘 要：10 kV小型化固体绝缘开关柜在当今的电力设备中占有举足轻重的地位，为了提高小型化固体绝缘开关柜的可靠性和可用性，如何降低局部放电的影响是亟待解决的问题。该文从局部放电产生的原因入手，对如何检测局部放电进行探究，从而提出对局部放电的解决策略，对推广和使用10 kV小型化固体绝缘开关柜具有一定的现实意义。

关键词：固体绝缘开关柜 电力设备 局部放电

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0101-02

伴随着经济的腾飞，对我国供电能力的需求也与日俱增。在电力设备中，开关柜是必不可少的一部分。由于当前城市化的建设，建筑物平均高度的增加，楼间距的缩短，对开关柜的体积提出了一定的挑战，因此小型开关柜成为了当前城市供电的首选。与此同时，由于空气开关柜对大气具有一定的潜在危险或绝缘性较低等缺点，小型固体绝缘开关柜逐渐受到了广泛的关注与应用。

1 开关柜局部放电的基本原理

对于任何一个物体而言，都具有一定的击穿强度，当电场足够强大，物体就会击穿，因此固体绝缘开关柜中的部件，也具有一定的可能性被击穿。局部放电便是一种不导电的部件被电力击穿，从而引起部分电流，可能发生在导体内部及其表面。局部放电主要存在于两种情形中，第一种是易导电的部件周围，第二种是在电场强度具有波动的临界处。从发生局部放电的位置来看，固体绝缘开关柜的表面和内部都有产生局部放电的可能性，根据其表面或内部，分为表面局部放电和内部局部放电。

虽然固体绝缘开关柜中基本采用同一种原材料，在理想条件下可以降低被击穿的可能性，但是由于原材料中难免存在预期之外的杂质从而造成一定的缺陷，这些杂质通过放电极易引起局部放电现象。制造缺陷的常见原因是气泡包含在原材料中，气泡可以在制造过程中由于生产环境中密封性较差、使用过程中对器件的破损、外界温度引起的热胀冷缩等，都有机会混入到原材料中，从而构成潜在的局部放电隐患。

2 开关柜局部放电的检测技术

固体绝缘开关柜的局部放电具有复杂的原理，因此其过程也产生了较多的相关信号，根据这些信号，从而实现局部放电的检测。但是为了减少检测的误差和错误判断的次数，通常可采用多种检测技术同时实施的方法，这些方法可以被分为两个主要的类别，主要包括人工判断和仪器测量。

人工判断的检测方法主要用于检测过程中的开始阶段，通过人工的判断，筛选出发生局部放电可能性较大的区域，从而提高单纯用仪器测量所耗费的时间，只有当人工诊断后判定其具有一定的局部放电的潜在可能性，再采用仪器测量的方法从而提高工作效率和减少误判的可能性。在人工判断的过程中，首先通过直接观看来检测局部放电的区域，看的重点包括开关柜所处的物理环境，因为良好的运转环境是保障检测能否达成检测目的的重要条件，若开关柜所处环境较为恶劣，会严重影响检测人员的心理状况，甚至有可能对其造成生命危害。其次，观察开关柜自身的运行状况，包括开关柜的编号、特征、外部是否完好、各个指示灯运转是否正常等，以上这些信息对监测工作起到重要的参考价值。最后，通过窗口记录固体開关柜中的运行状况，局部放电在发生较为严重的时候，会造成弧光的现象，因此具有一定的参考价值。

仪器测量中可采用的是红外技术，通过红外技术可以检测到物体由于放电所产生的温度升高的现象，若在红外仪器中检测到较高的温度或者辐射，则可以将温度或者辐射转化为一定的数值，通过数值进行判断是否具有局部放电的特性。但是固体开关柜在运行的过程中，为了保障其正常运行，设置联锁功能，导致无法使用红外技术。因此在实际的操作过程中，超声波法被广泛应用于运行中的固体绝缘开关柜的局部放电检测。超声波不是一种电信号，因此在辐射较为强烈的时候仍然可以正常工作，因此在检测环境较为复杂的情况下，超声波是一种较为适用的检测方法。使用超声波检测时，应该注意，由于超声波具有一定的反射特性，因此只有当遇到开关柜的缝隙时能够将其衍射，因此在使用超声波技术进行检测时，通常从缝隙处开始实施。

3 开关柜中避免局部放电的设计

针对避免固体绝缘开关柜局部放电的问题，主要从两个方面入手。首先是提高潮气的隔离能力，从而完善开关柜的运行环境，其次，针对绝缘技术进行钻研，提高绝缘能力。

在提高潮气的隔离能力方面，主要包括两个方面，分别是提高开关柜的密封程度和在开关柜中设计除湿装置。在密封措施中，可以将通风口封闭，将排风扇配置自动门，在排风扇不运行时进行关闭，当排风扇需要运行时，自动门打开，从而减少外部潮湿空气进入的可能性。与此同时，对开关柜定期巡检，尤其是在阴雨天应该提高巡检频次，将夹层内的水汽进行清理，并同时检查柜体内是否存在可能进入潮气和外来物的孔洞，使用阻燃材料封闭孔洞，提高开关柜的封闭性。在开关柜的下部安装风扇，能够有效地加快空气流动，从而保障空气的湿度得以下降。

在隔离改造的基础之上，完善且增加除湿装置也具有十分重要的意义，具体操作如下：通过安装防凝露装备，通过利用早晚温差大、雨中雨后温差大等相关温度变化原因，将潮湿空气中的水分凝结在凝水面上，然后利用预先设置的排水孔使凝结的水流出开关柜之外。在具有局部放电可能性较高的部件或局部放电会对其造成较高危害的部件中，例如断器室、电缆室和母线室等部件，安装前置通风加热器，并且每个加热器中加风机。使得在使用加热器的同时，能够调用空气流通，促进潮气排除柜体之外，从而将重要部件的周围改造成在干燥的环节中运行，并且通过风机，将加热器所制造的热量充分分布至各个角落中，从而实现除湿的目的。在南方等常处于潮湿天气的城市中，可采用工业中所使用的抽湿机，并依据开关室的容积进行定制，为了达到良好的除湿效果，通常应配备至少两台除湿机。

4 其他相关技术

绝缘技术在固体绝缘开关柜的发展中起到至关重要的作用，固体绝缘技术的实质是将与电相关的器件用环氧树脂来浇注，树脂的浇注是为了缩短空气绝缘距离，例如相比于没有进行浇注的部件，从125 mm减小到7 mm左右，从而达到减少到固体绝缘开关柜所需的最小的体积的目的。环氧树脂中通常采用二氧化硅作为主要成分，二氧化硅能够实现资源的再利用，并且在实践中能被检验出，具有良好的稳定性。

操动技术是固体绝缘开关柜中举足轻重的一部分，在其中增加对称永磁操动机构，可以实现在较低电流下的正常工作，且实现构造简约，在实践中检验，其具有较高的稳定性等优点，采用这种技术的固体绝缘开关柜，仅仅需要原设计的40%的零部件，从而具有生命周期长、降低出错率的特征。相比于充气开关柜，仅仅是其体积的78%，而质量更是达到了其50%。

5 结语

10 kV的固体绝缘开关柜的应用与完善，是一条任重而道远之路。但是由于其具有降低电缆用量和损耗的优点，且相比于其他类型的开关柜具有低质量小体积的优点，能够更好地适用于各种应用场景。基于以上的优点而言，针对固体绝缘开关柜的核心技术的研究是十分重要的，然而正是由于其具有十分核心的地位，对其关键技术的研究也是任重而道远的。

参考文献

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