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发展中的环保型气体绝缘环网柜


发展中的环保型气体绝缘环网柜
发布日期:2016-03-25 15:31:37 信息来源:中国设计师网 作者:

任何新生事物都是无法阻挡的,它总会冲破阻力向前发展。 无论经历多少挫折, 它终究会成长为巨人,成长为一种推动行业前进的力量。 随着我国电力行业转型升级步伐的加快及节能减排的迫切需要,调节大气湿 度,治理大气污染已经成为一项刻不容缓的任务。

针对快速发展的电力行业,研 制环保型气体绝缘环网柜是大势所趋,未来的输配电设备必将围绕安全性、可靠 性、小型化、环保型等需求不断展开。 话题 1: 绝缘优化 采用新型环保气体后,如干燥空气或 N2,由于绝缘性能低于 SF6,特别是 N2,其绝缘性能为 SF6 气体的 1/3,需要对开关设备的绝缘进行重新研究。 骆虎:开关设备和成套设备的绝缘性能依赖其选用的绝缘介质及电极、电位 分布。绝缘介质变化后,设备的绝缘性能都必须进行重新设计和验证,对环保型 气体绝缘环网单元或其他使用新绝缘介质的产品是等同的。 针对新型环保型气体绝缘环网单元的优化而言,其新绝缘介质最具意义的内 容是环保。 (1)首先应在能确保绝缘性能的基础上,将环保优势发挥至最大,包括产品使 用过程和生产过程; (2)其次是不过分追求产品小型化,在确保绝缘安全的前提下进行产品设计;

(3)最后是可考虑新的产品布局结构尝试绝缘优化设计。 黄佳宁:我认为环保型气体绝缘环网柜是 SF6 环网柜产品的提升和替代,在 推广过程中建议规避原来 SF6 柜的不足。 建议:取消组合电气柜方案,因为其熔断器密闭在绝缘筒内,散热性差,熔 断器需要降容使用,而且熔断器存在安秒特性和分散性大等因素,对组合电器固 体柜的使用具有一定的影响,所以可用断路器柜替代;同时,由于造价基本相当, 鼓励采用断路器替代负荷开关,这样方便回路改造时由环网回路调整为分支回路, 并投入保护,不仅可以大大简化产品分类,而且比较灵活。 相晓鹏:采用新型环保气体后,如干燥空气或 N2,由于绝缘性能低于 SF6, 特别是 N2,其绝缘性能仅为 SF6 气体的 1/3,因此需要对开关设备的绝缘进行重 新研究。为确保绝缘强度,在检漏补气及焊接工艺等方面应加强研究,如采用自 动检漏及充气设备以及机器人焊接设备等。此外,还应进行电场的优化设计,使 场强尽量均匀,并采用降低电场的元器件,如金属屏蔽等。 裴继东:目前,环保型气体绝缘环网柜在行业内还属于新生事物,其发展具 有一定的前瞻性;现阶段没有得到广泛应用,仍处于研究阶段。首先,从设计上、 材料上以及制造工艺上都要重新考虑,既要有一定的理论论证,还要有一定的实 验依据;其次, 维护方面要有一整套的导则及相关规程支持;最后, 综合考虑体积、 结构、维护性、安全性和环境适应性。 崔海:除了确保绝缘强度,电场的优化设计等问题之外,还要考虑采用无/ 低 SF6 气体作为开关设备的绝缘介质后, 如何使之与 SF6 气体绝缘产品的外形尺 寸和制造成本基本保持不变、用户界面和操作方式基本类同等问题。

崔凯: 因为环保气体的绝缘能力不同, 绝缘的效果也不同, 导体的电场分布、 安全距离等有变化,所以对开关设备的绝缘应重新进行优化。提高环保气体的绝 缘性能是从根本上解决的问题,而新的绝缘气体的研究也是一方面,同时还可在 固体绝缘与环保气体联合绝缘等问题上进行优化研究。 话题 2: 开断能力的保证 针对“环保型气体绝缘环网柜开断能力保证”的问题,业内人士认为采用真空 灭弧室来增强开断能力是一个成熟的替代方案,但用真空灭弧室作为隔离断口目 前还很难被接受。 崔凯:原来的真空灭弧室主要是用来作断路器,现阶段还可以做隔离开关、 接地开关等。个人反对利用真空灭弧室作为隔离断口,由于真空端口是不可视的 断口,其存在潜在的威胁,一旦用作隔离断口的真空灭弧室漏气,安全距离得不 到保障,将会带来巨大的安全隐患,从而也就无法实现真正的隔离断口的目的和 意义。 黄佳宁:由于环保气体的灭弧能力与 SF6 相差甚远,必须采用真空泡灭弧。 同时,串联一个隔离端口作为检修时用。可以接受真空隔离端断口的方案,但应 从经济性方面考虑再做选择。相对而言,固体柜采用真空断口应给予鼓励,而气 体柜用空气作隔离断口还是比较可行的。 骆虎:第一,开断能力(熄弧能力)不同于绝缘能力,完全可以分别考虑和设 计;第二,新型环保气体如不具备熄弧能力,其他熄弧方式必须被选择,真空灭弧

室是优选方案;第三,截至目前为止,真空隔离在技术上仍未成熟,个人意见也是 不能将真空隔离断口在产品中使用,必须配套其他隔离方式实现回路隔离功能。 崔海:对于环网柜中的负荷开关单元,如采用无/低 SF6 气体,其开断能力 会受到影响。采用真空灭弧室来增强开断能力是一个成熟的替代方案。但是用真 空灭弧室作为隔离断口目前还很难被接受,因为真空断口在高电压作用下存在 NSDD 的可能,真空触头的冷焊现象也容易导致冲击水平的下降,直接威胁人身 安全。 所以, 现有的真空负荷开关需要与三工位隔离/接地开关相匹配, 但成本高, 产品尺寸大。因此,研究新型的开关结构,使无/低 SF6 气体既可以做绝缘介质 又可以做灭弧介质。 裴继东:用真空灭弧室作为隔离断口,我个人持积极态度。真空灭弧室作为 断路器断口隔离带电体已经使用多年,技术水平是较为成熟的。持反对意见的是 从安全方面考虑,担心出现人身和设备安全问题。我认为,在设计制造上多加 1 个~2 个隔离断口,并配以配套的安全操作规程,安全问题可以得到保障。 话题 3: 温升与散热的研究 由于气体绝缘产品气箱内的密闭环境不会受到周围环境影响因素的干扰,接 触电阻稳定,将额定电流提高以保证负载温升水平的措施直接影响到产品材料成 本上升。采用哪些措施可有效避免以上问题,又能够很好的进行气体柜的温升与 散热。 骆虎:密封箱体内气体流动受限制导致发热导体的对流散热困难是气体封闭 开关设备的普遍技术难题。使用复合材料增加辐射吸热,以及外加散热片加强对

外热交换是目前已采用的技术,有单位也正在研究和尝试采用热管散热的方式, 用液态金属等新材料来降低导体搭接面,接触电阻增强热传导能力的方式是比较 新颖的技术方案,且被行业给予较大的的期望。 崔凯:在绝缘距离满足的条件下,可以增加自然散热通道,管道之类的换热 装置,对于大电流且发热量大的现状,直接使用制冷设备控制温升。 黄佳宁:气体柜散热不如固体柜,这是其结构原理决定的。 裴继东:气体绝缘产品气箱内的密闭环境确实会导致气体柜内的温升,柜内 电气设备由于摆放位置不同使得温升也不均匀。为了达到良好的散热和除湿效果, 可以在柜体内安装换气扇、多电加热贴片等。若有条件可加装空气调节器。这些 要求设计单位应根据需求加以考虑。 崔海:气体绝缘金属封闭开关设备的特点就是将高压元件密封于不锈钢气箱 内,密闭的气箱对于负载电流产生的热量只能通过有限的对流、传导和辐射方式 进行散热,因此它的设计电流密度相对于传统式(或敞开式)空气绝缘需要适当降 低。不同气体相同的设计,其温升裕度有很大的差别,同样条件下 SF6 与 N2 或 干燥空气相差 10K 以上。因此,温升控制在紧凑的环保气体绝缘开关柜设计中是 一个挑战。 话题 4: 混合气体的选用与回收 环保型气体绝缘环网柜设计时,不同比例的混合气体回收装置的研发也有所 不同。当漏气发生时采取如何补气措施,如何进行产品维护措施制定,业内处于 研究状态。

骆虎:采用混合气体的成套开关设备在运维策略和实施细节中,受混合气体 的影响显著。解决这一问题,首先要求供应商有明确的基于性能和长期运行可靠 性的验证基础,基于这两类验证才能制定产品的运维策略,进而形成气体评估、 补充、更换、回收等实施要求。其次,应在在产品设计过程中考虑使用和运维成 本,以及产品性能定位,综合多方面因素选择绝缘介质。 崔海:设计时不同比例的混合气体回收装置的研发,漏气发生时如何补气措 施, 产品维护维修措施, 产品废弃后的有害物质的处理等都应在理论上加强研究, 制度上加以规范。 无/低 SF6 气体已有研究单位研究, 绝缘性能与 SF6 基本相当, 对环境没有污染,其研究成果需要工业化。能够工业化提供这种气体后,开关设 备制造企业可研制使用无/低 SF6 气体的开关设备。 崔凯:做补气试验,以试验结果确定补气方法、要求及注意事项。补充气过 程需要注意的是:充入的气体要进行检验合格;环境温度高低对补气影响不大,温 度高的情况下可用电热吹风对接口处进行干燥;充气前最好调节充气压力与设备 内气体压力基本一致。 黄佳宁:既然要用环保气体柜,就坚决不用 SF6,哪怕是少量混合,那是一 种过渡手段。 通过电场分析, 增加绝缘措施, 可以不用混合气体。 如果没有办法, 还不如就用 SF6 绝缘。 裴继东:环保型气体绝缘环网柜设计时,不同比例的混合气体回收装置处于 研发阶段,具有一定的针对性。不同研发单位在漏气补气或者日常维护,都有自 身的一套办法。目前仍处于发展研究阶段,涉及到知识产权问题,厂家之间存在 一定的技术壁垒,还处于各自为战时期,很难做到意见一致,标准统一。

话题 5: 发展前景分析 为了顺应并落实国家对电网节能环保的要求,环保型气体绝缘环网柜被列入 推广应用类的新技术。您认为环保型气体绝缘环网柜未来的发展趋势是怎样的? 相晓鹏: 环保型气体绝缘环网柜与固体绝缘环网柜相比,在制造过程中的生产工艺更 简单成熟,使过程中局放影响小,绝缘可恢复,材料损耗较少、额定电流较大、 可回收利用;不受大气条件限制,也特别适合于污秽和潮湿环境,是免维护产品。 经过近十年的发展历程,从产品的设计制造到运行经验的积累,都取得了长足的 进步,得到了用户和市场的初步认可。 设备厂家也应紧随政策,抓住机遇,不断加强市场拓展,一方面是智能电网 建设需求为开关智能化提供了新机遇,另一方面是生态环保与节能减排为高耗能 用户对开关设备提出了更高要求。未来环网柜行业的发展方向就是智能化和环保 型,企业要在市场竞争中发展,必须采取技术创新来实现自己的市场份额,而环 保型开关设备无疑将成为科技创新的焦点,所以目前开关设备创新和技术进步主 要应围绕安全性、可靠性、小型化、环保性等市场的终端需求来发展。 崔凯 目前,环保型气体绝缘环网柜除了在缘优化、开断能力的保证等方面存在一 定的技术难点, 同时环网柜产品的高可靠性、 耐用性和免维护也是发展方向之一。 此外,输配电设备企业应从可持续发展的角度考虑,创新技术,创新发展,避免

盲目扩建及低水平发展,以便提高企业自身水平的基础上能够保证市场的和谐和 有序发展。 未来,环保型气体绝缘环网柜在智能化技术领域的发展道路也是非常光明的。


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