24kV干燥空气绝缘环网柜

干燥空气绝缘  24kV  环网柜的设计

固体绝缘辅助  +  干燥空气绝缘是  24kV  环网柜研发的方向，通过平衡绝缘与紧凑之间的关系，采用固体辅助绝缘，可以在少增加相间、对地尺寸的情况下通过绝缘试验，极柱固封可以解决真空灭弧室及其连接导体的绝缘。

24kV 出线端母线相间距在保持  110mm  不变的情况下，通过母线表面硫化，可以降低电场强度，降低电场不均匀系数。表  4  计算不同相间距、母线绝缘厚度下的电场情况，可以看出适当增加相间距到  130mm  ，并对圆棒母线采用  5mm  环氧硫化处理，此时电场强度  2298kV/m  ，与干燥空气能够承受的最大场强  3000kV/m  还有一定裕度。

表  4  不同相间距、母线绝缘厚度下的电场情况

由于干燥空气绝缘强度低，固体绝缘无法解决隔离断口耐压的问题，双隔离断口通过两段气体间隙，有效分压，隔离、接地静触头处等电场集中处设计电场屏蔽均压环降低电场强度，同时有效减少气隙尺寸。如图  3  所示，双断口通过增强尼龙主轴转动，以实现工作状态、隔离状态以及接地状态。静触头处等均压环直径  60mm  ，并采用环氧硫化处理，  100mm  净距可以承受  150kV  雷电冲击耐受电压。

图 3 24kV 环 保气体绝缘环网柜

其它方案如纵向分相式布置，采用高强度单相合金罐体，适当增加充气压力等也可以满足  24kV  耐压要求。但环网柜需要低成本，过高的成本用户无法接受。通过优化设计，适当放大环网柜宽度等，可以实现  24kV  环保气体绝缘环网柜成本低、小型化的目的。

1. 环保气体环网柜接地开关的布置

环网柜主回路有两种方式实现接地功能：出线侧接地开关（下接地开关）或母线侧接地开关（上接地开关），母线侧接地开关可选用  E0  级，接地操作时需要主开关配合使用。国家电网《  12  千伏环网柜  (  箱  )  标准化设计方案》  2022  版在三工位开关描述及布置方案方面，提出三工位开关均采用母线侧布置方案并将其描述改为母线侧组合功能接地开关。

电力安全规程规定，接地线、接地刀闸与检修设备之间不得连有断路器或熔断器，若由于设备原因，接地开关与检修设备之间连有断路器，则在接地开关与断路器合闸后，应有保证断路器具有不会分闸的措施。因此，线路侧接地开关在断路器的下游，接地开关与被接地的出线电缆直接相连，满足接地线、接地开关与检修设备之间没有断路器或熔断器的要求。而母线侧接地开关在断路器的上游，接地开关与被接地的出线电缆之间有真空断路器，并非直接连接接地，接地开关与检修设备之间连有断路器，在接地开关和断路器合闸后，应有保证断路器不会分闸的措施，例如断路器分闸回路采用压板断开，或机械方式阻挡断路器被意外分闸，从而使接地断开。

国网标准化设计方案也对母线侧组合功能接地开关的联闭锁方面提出要求，当组合功能接地开关在母线侧由断路器合闸实现电缆侧接地的功能时，应具有 防止断路器手动和电动分闸的机械闭锁和电气闭锁功能 。

 

国网标准化设计方案采用母线侧隔离接地三工位开关，主要是处于接地关合能力的考虑，  SF ₆  作为绝缘介质的环网柜接地开关，由于  SF ₆  绝缘强度是空气的  3  倍，而且  SF ₆  对弧道的冷却作用比空气强得多，其灭弧能力约为空气的  100  倍，因此接地开关的关合能力有保证。

而环保气体不具备灭弧能力，绝缘能力也差，因此就需要很高的合闸速度，而环网柜操作机构能量小，无法提供足够高的能量用于合闸。因此采用线路侧接地开关需要提高合闸速度，并对触头耐电弧能力及电动力分析，可能导致机构操作力大，成本高等问题，母线侧接地开关通过解决断路器闭锁问题也可以保证接地的可靠性，同时关合能力更强。

通过对  SF ₆  与环保气体的技术、产品分析，可以看出  12kV  环保气体环网柜在尺寸增加不多的情况下，即可以满足绝缘、温升等要求，技术方案成熟。

而  24kV  环保气体绝缘产品还不多，关键是耐压等级高，尺寸增加很多，过大的尺寸、过高的价格都会制约  24kV  环保气体绝缘环网柜的研发，需要平衡考虑绝缘气体、充气压力、气箱体积、辅助绝缘成本等因素，设计出低成本、小型化环网柜，真正实现  SF ₆  替代，不仅可以抢占国内市场，还可以走出国门，销售到世界各地，推广中国的低碳环保产品。