△不同型號環(huán)網(wǎng)箱需求數量

|現狀分析
固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜（固體柜）目前主要以12kV電壓等級產(chǎn)品為主，是國網(wǎng)固化的標準化產(chǎn)品，市場(chǎng)主要以國網(wǎng)系統、南網(wǎng)系統的招投標平臺和用戶(hù)工程為主，在石油、石化、鐵路等系統的用量逐步提高。固體柜在兩大電網(wǎng)系統的環(huán)網(wǎng)柜中占有量大約在10%-15%之間，每年全國的需求量約在4萬(wàn)單元左右。

近幾年來(lái)固體環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)發(fā)展緩慢，技術(shù)及工藝創(chuàng )新有限，生產(chǎn)企業(yè)也在市場(chǎng)變化的同時(shí)進(jìn)行了洗牌，保存下了一批創(chuàng )新能力強、技術(shù)水平高、生產(chǎn)條件先進(jìn)及管理規范的企業(yè)，使得產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性、環(huán)境適用性、便捷的運行與維護性得到了較大的提高，市場(chǎng)占有量也逐年在提升。

近幾年固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)發(fā)展緩慢，技術(shù)及工藝創(chuàng )新有限，在國家電網(wǎng)公司層面主要進(jìn)行了以下工作：

1.固體柜國網(wǎng)標準化定制方案

標準化定制主要從典型結構方案（斷路器、負荷開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、PT）、一次設備接口、主母線(xiàn)擴展方式、三工位隔離/接地開(kāi)關(guān)的配置等做了詳細規定，同時(shí)對外露絕緣件接地方式、出線(xiàn)電纜的固定等做作了要求。

2.環(huán)網(wǎng)柜一二次融合技術(shù)方案

電流互感器配置：每間隔3只，600A/1A；零序電流互感器配置：每間隔1只，20A/1A。

電壓互感器配置：三相五柱式電磁式1臺，滿(mǎn)足 供電、相、零序電壓信號的采集。

電源輸出要求：工作電源滿(mǎn)足同時(shí)為終端核心單元、通信設備、線(xiàn)損模塊、開(kāi)關(guān)分合閘提供正常工作電源。

后備電源要求：后備電源應采用免維護閥控鉛酸蓄電池或超級電容；電池壽命不少于3年， 應保證完成分-合-分操作并維持配電終端及通信模塊至少運行4小時(shí)；超級電容壽命不少于6年；應保證分閘操作并維持配電終端及通信模塊至少運行15分鐘。

|創(chuàng )新設計理念與工藝

1.為適應物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一二次深度融合固體柜方案設計：

通過(guò)深度融合智能取電技術(shù)、電力信號及狀態(tài)傳感技術(shù)，實(shí)現環(huán)網(wǎng)柜自動(dòng)化數據和狀態(tài)感知數據本地集成和融合，達到物理設備和信息系統的有機集成；這里面包含：固體環(huán)網(wǎng)柜本體部分、狀態(tài)感知部分和深度融合為一體部分。

設備本體部分：

智能電源的設計及設備取電方式的選擇

絕緣結構設計與免維護結構工藝設計

插接式結構工藝設計

特性參數優(yōu)化設計等

A. 本體部分的電源設計：

上述幾種取電方式的配置都是目前使用的電源配置，滿(mǎn)足不了智能配電設備的要求，需尋求一種全新技術(shù)的電源配置及新型取電技術(shù)，將它應用到固體柜中。

B.狀態(tài)感知部分：

電氣量與狀態(tài)量的信號采集與處理系統；

電氣量傳感器的應用：電流、電壓、零序等；

狀態(tài)量傳感器的應用：特性參數、分合閘、儲能等；

在線(xiàn)監測傳感器的應用：溫度、局放、分合閘線(xiàn)圈動(dòng)作電流、電機工作電流、儲能簧參量等。

C.深度融合一體化設計部分：

怎樣將本體部分和狀態(tài)感知部分進(jìn)行深度的融合，實(shí)現一體化結構，需要解決抗干擾問(wèn)題、穩定性問(wèn)題、傳感器精度問(wèn)題、絕緣問(wèn)題等等。

2.綠色設計

材料設計；應盡量減少所用材料的種類(lèi)，優(yōu)先使用可回收、易分解、可循環(huán)利用、低污染的材料；

模塊化、標準化設計；設計出一系列的功能模塊，通過(guò)模塊的插接構成不同的產(chǎn)品，達到快速高效以滿(mǎn)足市場(chǎng)的不同需要；

面向制造和裝配的工藝設計；采用合理的新型加工方法，提高零配件的標準化程度，形成專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)；

均衡的長(cháng)壽命設計、可拆卸性和可回收性設計；

高電壓、大電流產(chǎn)品的絕緣材料配方研究及合理散熱結構與絕緣結構的工藝設計。

|發(fā)展趨勢

運行狀態(tài)的監測、分析與診斷技術(shù)的應用

1.適應智能電網(wǎng)的發(fā)展要求。

2.可以及早發(fā)現事故隱患，增加開(kāi)關(guān)設備運行可靠性，并實(shí)現“狀態(tài)維修”。更重要的是能判斷其工作是否正常，給出壽命預測及失效率評估，及對其進(jìn)行最佳運行調控，這樣才能全面、有效地提高電網(wǎng)可靠性。

3.引入智能化意味著(zhù)新的狀態(tài)監測和診斷功能加入到傳統的控制監測功能之中，這些功能的集成不僅使整個(gè)系統經(jīng)濟效益提高，而且可以提高設備的可靠性。

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主講人：郭宏

EPTC開(kāi)關(guān)專(zhuān)委會(huì )固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜工作組專(zhuān)家成員、現任中海油研究總院電氣首席工程師,擔任全國石油和化工自動(dòng)化協(xié)會(huì )專(zhuān)家委員會(huì )委員, 多次作為該協(xié)會(huì )優(yōu)秀論文評選專(zhuān)家為參評論文把關(guān)，多次參加電氣專(zhuān)業(yè)及設備的技術(shù)交流并做主題發(fā)言。

演講主題

《固體絕緣開(kāi)關(guān)柜在海上平臺的技術(shù)研究及應用》

內容亮點(diǎn)解讀

|發(fā)展現狀

目前，海洋油氣田項目10.5kV系統普遍采用傳統空氣絕緣氣體柜，占地面積較大，22kV以上基本采用進(jìn)口SF6氣體柜，不利于環(huán)境保護，同時(shí)后期維護成本較大。隨著(zhù)海洋油氣田建造規模不斷擴大，電力系統也日趨龐大，同時(shí)未來(lái)海上平臺將逐步由從傳統管理模式向現代化、數字化、智能化跨越，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉型，建設“智慧海油”。

固體絕緣開(kāi)關(guān)柜具有占地面積小、性?xún)r(jià)比高、絕緣、安全及防護等級高、綠色、環(huán)保，可用于高海拔、高潮濕環(huán)境等優(yōu)勢。2016-2018年，中海油研究總院、北京雙杰、海油工程共同完成了國內首套12kV移開(kāi)式及35kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜研制，其12kV開(kāi)關(guān)柜已在海上平臺安全投運1年時(shí)間。

|面臨的技術(shù)挑戰

1.絕緣材料開(kāi)發(fā)：必須開(kāi)發(fā)出完全超過(guò)已有環(huán)氧樹(shù)脂特性的高性能可降解的環(huán)氧樹(shù)脂，進(jìn)一步提高絕緣材料機械強度及絕緣性能，具備耐熱性、韌性、流動(dòng)性高，線(xiàn)性膨脹率低等特點(diǎn)，實(shí)現直接澆注陶瓷真空滅弧室，也不會(huì )開(kāi)裂的澆注件，提升固體絕緣開(kāi)關(guān)柜電壓等級及適用范圍。

2.屏蔽及接地連續性技術(shù)：國內現有產(chǎn)品中很大一部分絕緣件表面均未做屏蔽與金屬化處理，局放指標較高；運行中絕緣件受環(huán)境空氣中灰塵和潮氣侵入，絕緣件表面的電場(chǎng)受到破壞，出現泄露電流和表面放電現象，長(cháng)時(shí)間運行會(huì )出現絕緣擊穿和發(fā)生相間短路故障。同時(shí)，因表面未可靠接地在人觸摸時(shí)會(huì )出現人身傷亡事故。

3.關(guān)鍵部件設計：主要包括固封極柱、真空斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)等部件固封絕緣設計，要充分利用計算機輔助設計技術(shù)，如三維建模、有限元分析等，解決人工無(wú)法解決的一系列電場(chǎng)、溫度場(chǎng)、機械強度分析問(wèn)題，掌握關(guān)鍵部件設計制造的核心技術(shù)，才能使固體絕緣開(kāi)關(guān)柜在更加環(huán)保、緊湊、安全、可靠。

|關(guān)鍵技術(shù)與框架設計

1. 12kV移開(kāi)式固體絕緣開(kāi)關(guān)柜

（1）基本參數

（2）手車(chē)式真空斷路器技術(shù)：設計底盤(pán)車(chē)與斷路器機構一體化設計，省去二者之間連接的螺栓，取消二者之間的插接件，既節省了裝配時(shí)間，又減少了中間環(huán)節，增加了機構的可靠性、安全性。手車(chē)觸臂外面與活門(mén)之間在試驗、工作位置與柜體有動(dòng)態(tài)密封，等級達到IP67，極大減小了外界環(huán)境對整體一次部件的影響。

真空滅弧室導電部件形狀優(yōu)化，外設高壓屏蔽網(wǎng)，使電場(chǎng)均勻。應用ANSYS熱電耦合分析，額定電流為1250A 的手車(chē)式斷路器穩態(tài)溫度場(chǎng)仿真。

（3）一體式電流互感器技術(shù)：為保證一次帶電部件的全密封，電流互感器需要和斷路器、觸頭實(shí)現一體化設計，帶電部分用環(huán)氧樹(shù)脂澆筑，采用定制方案，并通過(guò)嚴格的出廠(chǎng)檢驗，包括觸頭盒尺寸檢驗、互感器尺寸檢驗、絕緣缺陷X射線(xiàn)檢測、直流電阻測量、伏安特性試驗等，各項指標滿(mǎn)足設計要求。

（4）直動(dòng)式接地開(kāi)關(guān)技術(shù)：首次突破直動(dòng)式接地開(kāi)關(guān)技術(shù)，采用分相絕緣，降低相間短路的概率；一次帶電部分密封在絕緣筒內，絕緣筒外表面涂覆導電層，提高接地開(kāi)關(guān)安全性。

（5）全絕緣活門(mén)機構設計：材料采用阻燃聚碳酸酯，絕緣性能更加 ，同時(shí)利用絕緣觸臂與活門(mén)組成地動(dòng)態(tài)密封，保證手車(chē)在試驗、工作位置，柜內一次導電部分的防護等級都能達到IP67。

（6）移開(kāi)式固體絕緣開(kāi)關(guān)柜典型方案設計：

2. 40.5kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜

（1）基本參數

（2）柜體特點(diǎn)

四室設計：開(kāi)關(guān)室（隔離開(kāi)關(guān)、斷路器）、電纜室、低壓室、母線(xiàn)室。

機械及電氣聯(lián)鎖設計：防止帶負荷分合隔離開(kāi)關(guān)，防止誤入帶電間隔，防止一次帶電時(shí)合接地開(kāi)關(guān)，防止接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，合隔離開(kāi)關(guān)，防止誤分、誤合斷路器。

（3）一次回路設計

整柜絕緣模塊和一次導電部件采用立式設計，主要考慮整柜煙筒作用，可以明顯降低設備溫升；整柜有隔離+斷路器組成。

一次電流流動(dòng)方式：

進(jìn)線(xiàn)柜：下部進(jìn)線(xiàn)電纜斷路器隔離頂部母線(xiàn)。

出線(xiàn)柜：頂部母線(xiàn)斷路器隔離下部進(jìn)線(xiàn)電纜。

（4）真空斷路器技術(shù)

◆ 動(dòng)觸頭連接改為軟連接：

有利于提高合、分閘速度；

對絕緣拉桿的同軸度要求降低，降低了制作難度；

軟連接對大電流柜具有更好的適應能力。

◆ 絕緣筒端口設置了絕緣密封套，防止爬電和保證筒內清潔。

◆ 整柜所有絕緣模塊均采用圓柱型設計，隔離開(kāi)關(guān)采用了直動(dòng)式方案，直動(dòng)式隔離方案可以做到電場(chǎng)均勻分布。

◆隔離接地開(kāi)關(guān)本體是由五部分組成，各段間的聯(lián)接處加硅橡膠絕緣套。連接處的硅膠套壓縮量要嚴格控制。

◆下部絕緣筒端口設置了絕緣密封套，保證筒內清潔。

◆隔離刀用銅管制作而成，通過(guò)導電桿的上下運動(dòng)實(shí)現隔離開(kāi)關(guān)的三個(gè)狀態(tài)。

◆作為下進(jìn)線(xiàn)柜時(shí)接地出線(xiàn)取消改為絕緣件。

|實(shí)際應用

2017年3月31日，國內首臺12kV移開(kāi)式固體絕緣開(kāi)關(guān)柜在文昌項目中心平臺主開(kāi)關(guān)間成功上電測試，標志著(zhù)固體絕緣開(kāi)關(guān)柜首次在海油工程項目中成功試用，為后續項目推廣提供了應用基礎與實(shí)踐經(jīng)驗。本次成功試用具有及其重要的意義，將直接推動(dòng)固體絕緣開(kāi)關(guān)柜在海洋石油領(lǐng)域發(fā)展，為油氣田開(kāi)發(fā)提供新的開(kāi)關(guān)柜解決方案。

|發(fā)展展望

相比現有傳統空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜，固體柜占地面積最大可節省40%，重量減輕30%，同時(shí)在安全可靠性、油氣田環(huán)境適用性等方面具有明顯優(yōu)勢，可節約配電室面積及開(kāi)關(guān)柜重量，降低生產(chǎn)建設投資及維護成本，同時(shí)實(shí)現快速復產(chǎn)。固體絕緣開(kāi)關(guān)柜系列產(chǎn)品主要技術(shù)指標達到國際領(lǐng)先水平。