对电力环网柜在绝缘方面的相关问题探讨

对电力环网柜在绝缘方面的相关问题探讨

孔德冰

石家庄科林电气设备有限公司

摘要：在城市供电系统中，10kV供电系统是极为重要的组成部分，它直接关系到城市电网的稳定、安全供电体系，也影响着电力系统的常规化运行状态。就目前发展形势来看，10kV电力环网柜可以实现环网供电，它结构简单体积小，且具有高压开关和间隔式环网供电单元，供电性能非常可观。本文所要探讨的是绝缘因素对环网柜运行的重要性，分析了它在绝缘方面的薄弱环节，并基于机械结构角度为其进行了合理设计。

关键词：10kV电力环网柜；绝缘部分设计；供电模式；电缆头；均压罩

电力环网柜属于电气设备中的重要分支，它主要由钢板金属柜体中的高压开关设备构成，其中还含有负荷开关及熔断器等重要元件。在现如今，电力环网柜具有明显且广泛的应用优势，但在绝缘水平方面依然还存在诸多薄弱环节有待研究。

一、10kV电力环网柜的结构特性与供电模式

（一）结构特性

现今电力系统的电力环网柜与传统环网柜不同，它在自身基本结构特性上已经发生了巨大改变，其所表现出的结构性、安全性与适用性更高。就比如说在负荷开关的体积与性能方面都有较大幅度改进，这些都促进和带动了环网柜技术的全面革新。从结构角度看，环网柜与开关柜之间是紧密相连的，其中开关柜与环网柜共用同一条环形干线，并与环网柜的母线相连，所以也可以将出线柜视为是环网柜。一般来说，供电系统中的环网柜其特点都相当明显，一方面它的额定电流较小，可以选择配置结构简单的断路器作为高压开关主要元件，一方面它所配备对应的带高压熔断器也强化了对电力设备的控制，形成了多项组合模式。这相比传统电力环网柜断路器而言，在性能与实践操作方式方面都更加优越。

（二）供电模式

目前的电力环网柜为了保证输配电的稳定性运作，在设计中都采用了环形设计，这让用电户能够从不同的渠道正常获取并应用电能。另外，电力环网柜的供电设计还考虑到了其所运用场合的规模，例如大型施工现场与大型居民住宅区对环网柜的供电需求就不一样。对居民区来说，负载容较小且由真空接触器控制高压回路的技术运用比较普遍。

如果从供电绝缘特性的角度来看，环网柜可以被划分为SF6绝缘及空气绝缘两大类，但两种环网柜的使用范围是基本相同的，而且他们对变压器空载电流、开断短路电路的运用相对较多。其中空气绝缘负荷开关主要存在真空、压气与产气3种形式，而SF6绝缘则存在分配负荷、接地调控和划分电路等形式。所以这也决定了两种电力环网柜的不同绝缘设计要求。

二、10kV电力环网柜的绝缘性能设计分析

基于不同的电力输配电环境，许多电力企业也对自身的10kV环网柜在绝缘结构设计上进行了多方面改造。它不但实现了对设备内部结构的良好优化，也在运行过程中保证了其绝缘性能的正常有效发挥。就目前的设计研究状况来看，电力设备在绝缘方面非常重视外在条件影响因素，所以这也为设计过程中对绝缘标准的把握提出了更高的要求。本文从绝缘结构角度简单探讨了目前10kV电力环网柜在绝缘性能方面的相关设计。

（一）调档设计

传统电力环网柜由于受到技术、环境等多方面条件的影响限制，在产品选择上多采用IEC12kV档。但就现代眼光来看，这种绝缘设计已经明显无法达到现有电气设备的实际需求。所以在绝缘部分的调档设计环节，主要将原有标准改为IEC17.5kV档，并同时将电力环网柜的冲击耐压调节到38kV以上。总体而言，对电力环网柜的设计应该基于电力系统的早期绝缘效果，并在其技术基础上加以改进完善，这样做也能够长期维持10kV电力环网柜的运行稳定性和绝缘特性优势。

（二）母线设计

10kV电力环网柜的母线设计应该注意两点内容，第一是材料，在设计电力环网柜时一定要充分考虑绝缘部分的材料选择，应该结合环网柜所处的实际环境来进行相应选择考量。通常情况下，会在母线室采用全绝缘母线和特性良好的包裹层材料，以期达到良好的绝缘效果。另外第二点是空间方面，需要确保一次导电体在面向对地时其与空气的净距离始终处于正常状态（>150mm）。最后，要注意材料及空间这两大要素的设计能够有效促进母线在电力环网柜中的正确连接。

（三）分布设计

有机绝缘材料设计也是10kV电力环网柜中的重点，其设计操作难度也相对最大。如今的技术让有机绝缘材料的分布设计要求更加多样化，例如电压互感器出线套管、母线支持绝缘子、静态隔离插头支持套管、灭弧室动触头拉杆绝缘子等等都是比较常见的设计对象。考虑到绝缘子所分布的规律，应该参照标准设计操作来把握绝缘子的具体位置，从而达到优化分布设计的目的。

三、10kV电力环网柜的绝缘性能设计方面所存在的问题

电力环网柜无论是在产品种类、运用场合、技术参数还是结构形式上都有较大差别，所以在绝缘设计过程中应该做到对设计内容方案的综合性考虑，以确保电力环网柜的绝缘效果达到最佳水平。考虑到电力设备在机构设计上需要顾及整个供电系统的运行状态，所以应该对10kV电力环网柜中相对较薄弱的位置进行关注与技术强化。根据供电企业的10kV电力环网柜的工作实践经验，本文总结了几点在绝缘设计方面所存在的问题。

（一）10kV电力环网柜绝缘设计水平的基本要求

首先，应该选择IEC17.5kV档，且现场验收试验需要按照38kV电压取值。

其次，要求母线使用带有PVC材料包裹层的全绝缘母线，而且环网柜的一次导电体对地相间隔空气净距离保持在130mm以上。

第三，有机绝缘材料的爬距应该至少达到220mm以上，而瓷件部分也应该达到210mm左右。在绝缘设计过程中，应该明确提出符合设计要求的位置，诸如电压互感器出线套管、灭弧室动触头拉杆绝缘子、静隔离插头支持套管、接地刀静触头支座绝缘子等的设计位置需要特别关注。（二）10kV电力环网柜所存在的绝缘问题

一般情况下，供电企业的10kV电力环网柜在环网开关方面都是按照24kV电压等级标准来进行绝缘设计的，所以正常来说它在绝缘方面的裕度应该相对较大，但它依然还是存在一些绝缘薄弱环节的。

1、电缆头连接部位的爬距问题

电缆头连接结构属于供电设备中的小型构造，主要分为“烟斗型”和“通用型”两种电缆头。按照实践经验和数据分析，通用型电缆头是容易在热缩头运行后出现立刻放电现象的，其原因主要是因为出现套管圆锥缺少烟斗自身控制所导致的。如果选择烟斗型则可以较大程度缓解电缆头立刻放电问题。由此可见，电力设备具有相当复杂的结构形式，所以在设计过程中有必要考虑它的每个细节部分，注意对诸如电缆头这样小型结构形式的及时调整和改进，以期达到较为满意的整体设备绝缘效果。

2、故障指示器感知TA的绝缘问题

考虑到目前全球尤其是欧洲地区使用单芯电缆较多，所以在故障指示器感知TA部分设计就主要附于电缆护皮外，与缆芯之间设置了完整的电缆绝缘层。整体来看，TA的绝缘部分设计是相当单薄的。而在我国国内则多用三芯电缆，其故障指示器感知TA是随意套放于电缆绝缘层上的，其目的也是为了达到热缩绝缘套分隔效果，但是在如此设计状况下会存在以下3个问题。

第一，在热缩绝缘套上存在游离电荷的积聚现象。当这种积聚达到一定程度时，它就会对TA进行铁芯放电。

第二，当长时间运行以后，铁芯的锐利边缘会出现热缩绝缘套或主绝缘层的割破现象，最终导致高压对地电路的短路现象。

第三，当计算机实现了配电网自动化场合后，对设备及人身安全会存在一定威胁。所以可以改用外皮接地可触摸式电缆头，配合绝缘支架对TA实施固定。而在实施配网自动化场合时，也可以将感知TA改造到套装在柜的出线套管上。

3、均压罩问题

利用均压罩可以解决电缆头的连接处相间距离不足问题，并按照它所提供的计算机模拟电场分布状况来实施设计。但如果出现电力环网柜的烧爆故障问题，则会造成两相表面严重的放电现象。从安全角度来看，对诸如SF6这样类型的环网柜来说，应该采用负荷开关配合熔断器的组合来取代断路器作为配电变压器的基本保护设施。在这里，负荷开关即为开断负荷电流，它能够开断相比于交接电流更小的故障电流。因此，SF6开关电器在零表压状态下其性能直接会影响到设备的安全运行状态，绝对要加以重视。

结语

综上所述，10kV电力环网柜目前在城市电网建设中已经越来越重要，所以为了确保它能够有效发挥性能，应该在其绝缘性设计方面予以高度重视，针对环网柜的内部实际结构特性及运行需求来做好相关的绝缘设计工作，从而达到最基本的绝缘设计需求，确保电力设备的长期稳定运行。