国内固体绝缘柜发展现状.docx
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国内固体绝缘柜发展现状
固体绝缘环网柜开展现状
〔本稿摘录中电联输配电技术协作网固体绝缘研讨〕
(一)国开展现状
1、政策背景
具有优异的绝缘和灭弧性能的SF6气体,在电力设备中应用十分广泛。
但是SF6气体是国际公认六种温室气体之一。
?
联合国气候变化公约?
和?
京都议定书?
对温室气体排放均有明确的限制要求和减排目标,我国作为签约国,在减少温室气体排放方面也承当着义不容辞的责任与义务,因此,国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充气柜的缺乏,近几年在国外市场上出现了环保型环网柜,包括:
无SF6气体绝缘的环网柜、固体绝缘环网柜、复合绝缘环网柜。
目前,环保型环网柜固体是一种正进入规模应用的配电新产品,其中,固体绝缘环网柜已列入国家电网公司1285号文件及国家电网公司“十二五〞规划?
国家电网公司第一批重点推广新技术目录?
。
文件明确提出:
“从技术可靠性和环保要求更加严格的开展趋势看,固体绝缘环网柜具有全面取代SF6气体绝缘环网柜的趋势。
〞
2021年3月2日,国家电网公司发布了企业标准Q/GDW730-2021?
12KV固体绝缘环网柜技术条件?
。
2、应用现状概述
5年多来,复合绝缘环网柜更多采用固体绝缘技术,使得固体绝缘的特征在产品中显现,越来越受到行业的关注。
根据固体绝缘环网柜专业委员会会员单位提供的资料有显示,从2021年到2021年,我国固体绝缘环网柜及复合绝缘环网柜年销售量已经到达2万台,大局部已在电网上运行,电压等级以12kv为主,最早运行时间为2006年,但在固体绝缘材料的外外表设置接地的地电极产品很少。
产品投放的市场覆盖全国十几个地区,其中,应用量较大的有和、XX等省份,其次是、、、、、、、、、、等地区,海拔4000米的也有产品挂网运行。
用户中非电网用户占到总用户比例的60%,从2021年到2021年每年都在按12%以上比例增加,2021年出现了下降,在2021年根底上下降了30%。
3、技术现状分析
固体绝缘环网柜在决议构造上是以固体绝缘材料作为外绝缘的主要局部,并辅以其它绝缘构造的环网柜,为了使真正的固体绝缘环网柜产品在设计上不受环境条件的影响,将高压带电体封闭、包覆或固封,在固体绝缘材料的外外表设置接地的地电极,以单一的固体绝缘材料作为主绝缘介质,同时还可以充分发挥固体绝缘材料击穿场强的潜能。
由于在导体与地之间无空气介入,导体对地之间、相与相之间的绝缘由固体绝缘材料承当,从而提高了产品的平安性、可靠性。
由此理念而进展产品设计时需要解决屏蔽及其连续性、绝缘材料外表金属化、隔离、接地电场优化等技术。
目前,国固体绝缘环网柜已有数十种构造,但能够实现在固体绝缘材料的外外表设置接地电极的产品构造很少,构造特征主要有两大派系,第一派系:
以伊顿电力设备固体绝缘环网柜技术派生出来的产品:
真空断路器或真空负荷开关+空气绝缘的隔离/接地开关。
空气绝缘的隔离/接地开关运动方式又分为:
刀闸旋转式和触指直动式;隔离/接地开关的运动速度由快速运动和匀速运动两种。
第二派系:
以日本东芝固体绝缘环网柜技术派生出来的产品:
真空断路器或真空负荷开关+真空绝缘的隔离/接地开关。
两大派系的区别主要在隔离/接地开关的绝缘方式的不同。
3.1第一派系,空气绝缘方式的隔离/接地开关
第一派系的固体绝缘环网柜是目前生产和使用最多的产品。
绝缘构造实质上是以固体绝缘材料+大气作为外绝缘。
其技术方案产品构造简单、本钱低,用户比拟容易承受。
产品总体构造与SF6气体绝缘环网柜相似,由电缆室、母线室、机构室、开关室、仪表室组成。
功能单元分为:
断路器单元、负荷开关单元、组合电器单元、高压计量单元、母联到单元等组成。
单元间的连接采用固体绝缘母线连接,连接工艺主要采用电缆附件连接的工艺方式,固体绝缘母线分为两种:
一种是采用铜棒与硅橡胶合成的硬连接方式,另一种是采用软电缆的方式。
为了适合恶劣环境条件下使用,有些产品将高压主回路再次密封在充枯燥压缩空气的不锈钢密封箱体,例如:
伊顿公司的产品。
断路器单元:
断路器单元的灭弧方式采用真空灭弧室灭弧,选用小型化的固封构造真空灭弧室通过压力凝胶工艺将真空灭弧室固封在开关室的绝缘箱。
开关室由相互独立的A相、B相、C相三只绝缘箱组成,又叫分箱型,也有局部企业将三相做成一个整体,又叫共箱型。
绝缘箱除真空灭弧室外还装有空气绝缘具有可见断口的隔离/接地开关,隔离/接地开关的方式分为具备接地关合能力的快速旋转运动的隔离/接地开关和不具备接地关合能力的直线运动的隔离/接地开关。
根据构造布置的不同,隔离/接地开关的位置相对于断路器而言又分为上隔离和下隔离方式。
操作机构室分别装有断路器和隔离/接地开关两台驱动机构,通过传动部件分别驱动断路器和隔离/接地开关实现分合闸动作并完成相互间的机械闭锁要求。
可视隔离断口通常采用在绝缘箱上开孔或安装窥视镜的方式实现。
负荷开关单元:
负荷开关单元与断路器单元构造完全一样,不同的是选用了负荷开关用的真空灭弧室。
组合电器单元:
该单元是在负荷开关单元的根底上增加熔断器模块,更换熔断器时实现熔断器二端都接地构造复杂,在线路侧有的采用油绝缘接地开关接地。
3.2第二派系,真空绝缘的隔离/接地开关
该派系的产品与第一派系有着本质的区别,将原来的空气绝缘的隔离/接地开关改成了真空绝缘的隔离/接地开关,隔离/接地开关的功能由三工位的真空灭弧室来完成,即真空灭弧室的隔离合闸、隔离分闸、接地合闸三个位置;真空灭弧室触头总行程一般在18~20mm之间。
产品技术含量高、体积小、构造简单,但本钱较高。
目前,该派系的固体绝缘环网柜的构造主要有以下几种方式:
(1)真空断路器或真空负荷开关灭弧室和三工位的隔离/接地开关灭弧室组合的方案。
该方案由6只真空灭弧构成,通过压力凝胶APG工艺固封在环氧树脂体,由分箱和共箱构造。
断路器或负荷开关的真空灭弧室主要完成短路开断和关合功能;三工位真空灭弧室主要完成导通、隔离、接地的功能,有两台驱动机构分别驱动相应的真空灭弧室。
〔2〕三工位灭弧室的方案
该方案由3只三工位真空灭弧室构成,三工位真空灭弧室即实现短路开断、关合功能,也完成隔离和接地的功能,由一台三工位机构驱动。
〔3〕真空断路器或真空负荷开关灭弧室和专用接地开关真空灭弧室组合的方案。
该方案由6只真空灭弧室构成,3只断路器或负荷开关真空灭弧室主要完成短路开断和关合功能,另3只真空灭弧室主要完成接地功能。
〔4〕断路器或负荷开关真空灭弧室和隔离开关真空灭弧室、接地开关真空灭弧组合的方案。
该方案由9只真空灭弧室构成,各自完成不同的功能,由2台驱动机构来实现真空灭弧室的运动。
3.3两大派系产品的比拟
由于隔离/接地开关的绝缘方式和构造的不同而带来了环网柜的技术方案、产品构造、本钱、应用等方面的区别。
两大派系产品的构造比拟:
(1)真空断路器或真空负荷开关+刀闸旋转运动隔离/接地开关的方式;该方式为空气绝缘,构造简单,受外界环境条件变化影响较大。
(2)真空断路器或真空负荷开关+直线运动隔离/接地开关的方式;该方式为空气绝缘,构造简单,受外界环境条件变化影响较大,接地开关不具备关合能力。
(3)真空断路器或真空负荷开关+三工位真空灭弧室隔离/接地开关的方式;该方式为真空绝缘,构造简单,但操动机构构造复杂、本钱高,不受外界环境条件变化的影响。
(4)采用真空绝缘方式的三工位隔离/接地开关的最大优点是:
①操作元件的根本构造可以和真空断路器一样;②可以实现标准化;③隔离/接地开关的动作时间与断路器同时缩短,从而可以更快的适应电力系统负荷切换,有助于平安、可靠的供电。
(由于我国的电力系统的要求的真空度的可靠性,目前还不采用此方案)
4、产品技术优势
4.1技术特点
●优化电场设计:
绝缘部件局放在1.2倍额定电压时小于10pC;
●绝缘件外表涂覆导体或半导体接地层,可触摸;
●绝缘壳体采取密封设计后,壳体的空气与大气隔离,不受外界环境变化影响;
●具有关合能力的三工位合闸、隔离/接地技术;
●驱动机构设计:
可配永磁机构、弹簧机构;
●在线检测技术,智能化程度高;
●屏蔽软母线技术,单元构造,免维护,使用方便;
4.2与SF6气体绝缘环网柜的比拟
比照工程
固体绝缘环网柜
SF6气体绝缘环网柜
绝缘介质
固体绝缘或固体材料+空气
SF6气体
灭弧介质
真空
SF6气体/真空
绝缘构造
●隔离、接地断口采用空气与沿面的并联,存在泄漏电流可能性
●界面绝缘多
●沿面绝缘多
●隔离、接地断口采用纯气体间隙
●绝缘构造简单
主回路的开关元件数量与主回路长短
一样的一次主接线,开关元件数量多或相当,主回路导体直线布置回路长或相当
可使用组合开关,减少元件数量,主回路导体可异型曲线布置、长度短
温升
散热困难
散热好
并柜构造
每个功能单元都需并柜,并柜数量多,材料用量多,工作量大
可共气箱,需并柜数量少或不并柜,材料用量少,工作量小
对环境的影响
绿色环保
对环境有危害
制造工艺
检测元件多、工艺复杂,难控制
工艺成熟、相对好控制
平安性
爆炸发生概率极低
SF6易泄漏,泄漏后会发生爆炸
可靠性
绝缘壳体部空腔有积水、凝露可能性,绝缘壳体外外表局部放电不稳定
可靠性高
机械寿命
10000
5000/10000
维护管理
不需要检查气体泄漏,有环氧壳体空腔为密封构造的产品仍需泄漏监视
需气体泄漏和压力监视
寿命终结可回收性
环氧树脂与金属的剥离困难,环氧树脂回收价值不高
●SF6回收费用大
●其他材料可回收、分类
应用围
对湿度、海拔敏感,现场的可扩展,应用围较大
●高温、高寒地区不适用
●现场可扩展稍差
占地面积
与SF6体积相当或略大
小
本钱
断路器单元与SF6柜相当负荷开关单元本钱大幅增加
本钱低
4.3与不使用SF6气体绝缘的环网柜比拟
绝缘可靠性
零件个数
维护性
平安性
价格
真空和环氧树脂浇注
★
★
★
★
○
枯燥空气+隔板绝缘
▲
▲
▲
○
★
CO₂气体+真空
○
▲
▲
▲
★
★---很好○---良好▲---一般
4.4构造优势
优势工程
与环境协调
主回路固体绝缘
隔离开关采用真空绝缘或空气绝缘后,不使用SF6气体
小型、轻量化
高性能环氧树脂的应用
简化的主回路构造
采用分相式外层屏蔽实现小型、轻量化
提高平安性、可靠性
采用分相式外层屏蔽抑制短路故障、可触摸
省力维护
省去平常的气体压力监视
采用固体绝缘外层屏蔽以减少维护量
操作机构简易化设计及产品模块化构造,零件数量少,免维护
5、存在的缺乏
5.1屏蔽与绝缘外表金属化
固体绝缘环网柜的设计与生产主要需要解决的问题是屏蔽及其连续性、绝缘材料外表金属化、隔离、接地、电场优化等技术。
目的是实现包覆后的绝缘介质外外表涂覆导电半导电屏蔽层并可直接可靠接地,降低、排除使用环境对产品的影响。
目前,国现有产品中很大一局部绝缘件外表均未做屏蔽与金属化处理,局放指标较高;运行中绝缘件受环境空气中灰尘和潮气侵入,绝缘件外表的电场受到破坏,出现泄漏电流和外表放点现象,久而久之会出现绝缘击穿和发生相间短路故障。
同事,因外表未可靠接地在人接触时会出现人生伤亡事故。
5.2构造优化与环境适应设计
固体绝缘环网柜是属于配电系统末端的配电设备,大局部设备安装在户外的金属或非金属箱体,环境非常恶劣,设备的性能和可靠性受环境因素较大。
受潮气、灰尘、温差和空气中化学物质的作用,会出现产品零件的锈蚀、外表氧化、凝露等现象,从而带来环网柜操作机构与传动局部卡涩、绝缘件外表的电场破坏、积水等,使得设备出现拒分、拒和、绝缘件沿面放电、短路、接地等故障。
因此,应注重产品适应户外环境方面的构造研究和工艺改良,解决因锈蚀、潮气、灰尘、凝露等现象带来的拒动、绝缘下降等质量问题。
5.3对于“假断口〞的认识
采用空气绝缘的隔离开关、接地开关,实质上是将断口二端的静触座、动触座安装在同一个绝缘件上,过去常称这种断口为“假断口〞。
当开关处于分闸状态时,动、静触座之间的绝缘性能由动、静触座间的空气、绝缘件的沿面爬电距离共同决定,需要对这种断口进展电厂分析和优化,采用技术措施使电场均匀,降低工作场强。
由于这种断口存在绝缘件的沿面闪络因素,大大增加了断口击穿的几率。
这种构造的隔离断口击穿或闪络将会使主回路的停电线段带电,有可能增加人员伤亡的几率。
随环境的影响,绝缘材料的老化,该沿面的泄漏电流会增加、绝缘性能会下降,对产品可靠性产生多大的影响需要有充分的认识和验证。
5.4运行、维护经历缺乏
固体绝缘环网柜是今年推出的新技术产品,由于前期没有对挂网试运行进展科学合理的布局设计,使母线挂网运行的数量还不是很多,运行累计时间也比拟短,特别是挂网运行的区域不够全面。
如:
高温地区、高寒地区、高海拔地区、沿海地区、多雨和温差变化大的地区等,要积累不同地区的运行经历,根据运行中出现的问题,有针对性对固体绝缘环网柜进展改良,才能实现产品平安、稳定的可靠性。
5.5规模化生产工艺与本钱
对于用户来说,尽管非常看重固体绝缘环网柜的紧凑尺寸、良好平安性能、免维护等,但是较高的价格使其放弃固体绝缘环网柜而采用SF6气体绝缘环网柜,因此,构造优化、标准化、批量化、工业化生产是降低制造本钱的前提条件,这样可能实现大规模的应用。
5.6标准的宣贯和统一
电网运行平安是第一位,新的产品用户需要一个认识和熟练的过程,需要做大量的对运行技术人员的培训工作。
行业标准需要加快推进,在产品本身的标准化上还需要做更多的工作,如接地的问题。
、隔离开关的位置问题等都需要统一的标准。
6、亟待解决的问题
6.1需从固体绝缘技术的原理入手,对绝缘件的电场、磁场、温度场、屏蔽及外表的接地进展科学计算和优化设计;
6.2高性能环氧树脂的开发,实现可回收再利用,实现真正意义的环保;
6.3采用真空绝缘的隔离/接地开关的技术优化;
6.4真空断路器/负荷开关、隔离/接地开关用操作机构整体构造设计及优化;
6.5运行中密封腔体密封性能的简易监测技术。
7、开展前景分析
7.1宏观环境分析
“十二五〞期间将是深化改革开放、加快转变经济开展方式的攻坚时期,我国经济有望继续实现平稳较快增长,进入新一轮上升周期。
虽然中国经济增长速度放缓,但电力作为先行行业,开展速度略高于整体经济增长速度,“十二五〞期间电力投资依然强劲,开展态势良好。
一是开展环境日趋完善,我国目前重点开展高科技产业,经济增长正逐步从粗放式的经济管理模式转变成为有保有压的格局,各行业正处于由固定投资拉动经济增长转变为消费拉动经济增长,从数量上的增长转变到质量上的增长、从传统加工型企业转变为科技型企业的转型机遇期;二是国市场需求潜力巨大,随着我国工业化、信息化、城镇化、市场化的深入开展,经济构造转型升级和经济社会各领域建立的加快,所涉及的城网、农网改造对智能化电气设备业务开展起到了很大的推动作用,相关需求将保持持续增长,为智能化、环保型、节能型的电气设备产业开展提供了广阔的市场空间;三是一次设备智能化带来新的技术机遇,智能化电气设备标准尚未定性,目前产品界定处于模糊阶段,使得一次和二次节设备的成品认定标准、质检验收依据没有明显的界限。
行业规、标准的制定,是筹划和引导市场的起点,是完毕开展的龙头环节,制定者可能成为行业的组织者,把握市场先机,从而深化出巨大的体量。
7.2行业产品需求总量持续上升
根据有关资料统计,近年来,全国输配电设备市场需求总量呈上升趋势,需求增长最快的是开展中国家,我国又属于其中增长最快的市场之一,现在成为国际第二大市场,我国电力市场开展在某种程度上代表着当今国际高压开关市场的开展。
2021年,我国电力市场增长趋势,总体平衡宽松,全年全国社会用电量4.96万亿千瓦时,同比增长5.5%,增速比上年回落6.5个百分点,各季度增速分别为6.8%、4.3%、3.6%和7.3%,与同期GDP增速变化趋势相吻合。
根据2021年高压开关行业年鉴统计,2021年,高压开关行业增长平稳,全年实现工业总产值1652.28亿元,较上年增长4.72%。
增长速度较上年有所提升。
自主创新步伐进一步加快,全年科技活动经费使用44.54亿元,全年完成新产品产值549.36亿元,较上年增长9.52%。
教育之通病是教用脑的人不用手,不教用手的人用脑,所以一无所能。
教育革命的对策是手脑联盟,结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。
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