国网标准固体柜与国家电网共同发展分析

薛昌繁

摘要：环境友好型经济发展模式得到全球各国的重视为新型固体绝缘环网柜的应用提供了更广阔的市场空间。区别于传统利用SF6气体作为高压、超高压到特高压开关设备的熄弧和绝缘介质的方式，国网标准固体柜能够使用环保高效的固体绝缘材料对各类环境快速适应并完成完成模块化组合电力配置工作，具有体积小，绝缘好，结构紧凑，故障率低等显著优势。但是近年来国内相关技术发展较为缓慢，国家电网作为产品的主要应用方应该积极作为，引导市场多元竞争和技术高效发展，尽快与国际领先水平接轨。

关键词：固体绝缘环网柜;国家电网;现状分析;设计优化

一、引言

新型固体绝缘环网柜作为一种环境友好的新型配电重要设施已经在国家电网和南方电网中有较为广泛的应用。目前这一配电产品主要面向12kv电压等级的产品提供服务，核心市场为招投标平台和用户工程等石油、石化、铁路相关场景。[1-2]国家从战略层面重视固体绝缘环网柜的规划化、市场化和创新化应用，2012年发布的《12k V固体绝缘环网柜技术条件》为固体绝缘环网柜在国家电网和南方电网系统中应用标准统一提供了可靠的参考依据。[3]此后2015年发布的《国家电网公司重点推广新产品目录》对固体绝缘环网柜的标准化配置与应用升级指明了发展方向，引导面向应用市场的国内外企业加快研发并设计适合规模化应用并逐渐取代传统环境污染严重的SF6气体绝缘环网柜，实现电力行业配电环节环保、高效发展。[4-5]2016年正式投入使用的《12k V固体绝缘金属封闭开关设备和控制设备》进一步支持新型固体绝缘环网柜规模化应用与市场化发展。

二、国网标准固体柜的定义

固体绝缘环网柜是采用固体绝缘材料作为主绝缘介质，将真空灭弧室及其导电连接、隔离开关、接地开关、主 母线、分支母线等主导电回路单一或者组合 后用固体绝缘介质包覆封装的一体化集约环网柜。[6]固体绝缘环网柜在设计上重视结构紧凑和功能分区，能够根据实际配电需求部分激活功能、扩展式组合资源等方式在全密封的状态下实现功能发挥，并能够利用多层固体柜表面的导电或者半导电屏蔽层实现多层人体安全保障，以便于非专业人事快速上手使用并购避免严重安全事故的发生，极大地提高了电力行业与其他行业融合发展的可能性，实现配电为主的电力工作提质增效。

固体绝缘环网柜区别与传统利用空气或者SF6气体部分直至全部使用经营绝缘进而开展配电工作的环网柜设计思路，实现了固体柜从空气绝缘、空气混合SF6气体绝缘、全部SF6气体绝缘发展到固体绝缘的演变路径，使得环网柜的环境适应性极大提升，绝缘性能显著优化、可配电区间显著扩大、空间结构设计科学性和紧凑性显著提升，以及故障率显著下降，最重要的是实现了电力行业发展与环境保护相协调的发展模式，提升了配电工作的运行效率与可持续发展效能。

三、国内标准固体柜在国家电网中的发展与应用分析

从目前市场应用情况来看，固体绝缘环网柜主要服务于国家电网和南方电网两大系统中招投标平台和用户工程相关的石油、石化、铁路等相关业务场景。固体柜作为配电的重要设施之一，市场上以空气、SF6气体及二者混合作为介质的固体柜仍然占据主要份额，统计数据显示固体柜的市场占有率约为1/7，汇总计算每年国内固体柜的需求量约为4万单元。

国外固体柜生产优势企业为瑞士的ABB、法国的施耐德、美国的吉唯达、日本的东芝、韩国的现代等。近年来国内企业在固体柜研发与市场拓展方面取得优异成绩，在柜体、开关等关键领域实现了国产化，优势企业为中能电气、沈阳昊诚、广西银河等。[7]

近年來固体柜技术创新发展节奏有所减缓，国内企业重点发挥与国家电网深度对接的基础信息和适配性优势，通过技术研究也设计优化不断缩小与国外技术领先企业的竞争实力差距，重点提升了其产品的质量可靠性、多元环境适应性、运行维护便捷性和生产管理规范性。与此同时，国家电网规范化定制和技术融合创新方面提出了指导建议与底线要求，对于固体柜市场规范经营、高效发展提供了良好条件。

四、保障国内标准固体柜在国家电网共同发展的策略分析

未来固体绝缘环网柜发展是电力行业提质增效并实现可持续发展的必然路径，也是国内国内技术创新的重要突破方向。为提升国内企业竞争优势，立足国家电网等实际应用需求开展定向专业设计、扩大固体绝缘环网柜的应用场景与范围，国家电网需要和企业、市场用户等主体高效合作。

其一是要多方合理开发新型高性能绝缘材料。目前固体柜的广泛使用的绝缘材料为环氧树脂，其优势在于原料来源广泛、成本可控且性能相对稳定，但是对陶瓷真空灭弧室进行浇注后容易出现破碎开裂情况，气体作为绝缘材料不存在毁损更换问题，但是固体绝缘材料的断裂会导致固体柜工作性能下降甚至丧失，严重影响固体柜使用的稳定性、连贯性和有效性。目前市场上可能的替代品为“聚六氢三嗪”，国家电网和相关企业必须高度重视，加快研发具绝缘性、高耐受力、成本可控、性质稳定的绝缘材料，为实现固体柜广泛应用提供可靠材料保障。

其二是要优化浇注技术设计与操作规范。目前固体柜主要使用的固体绝缘材料为环氧树脂，这一材料的性质决定了其浇注成型至可以用作固体柜部件的水平需要较为严格的浇注工艺作为支撑，原料成本不高但是制作部件工艺成本高昂导致固体柜绝缘材料的供应受限。为了解决浇注存在的高失误率、高成本等问题，固体柜生产企业可以使用催化剂稳定形态同时控制模具温度，保障按照注入顺序依此固化并运用压力补充塑性，提升现有技术条件下的浇注成型效率。

五、总结

总结来看，固体柜的应用符合电力行业向环境友好发展方向转型升级的需求，具有良好的市场基础和广泛应用空间。但是目前固体柜的实际应用比率较高、绝缘介质有待优化、成本控制水平有待提升，为此国家电网和固体柜供应企业需要加强信息共享与创新合作，通过优化设计、提升技术、发掘材料等方式寻求更广阔的发展空间。

参考文献

[1]张冶文，潘佳萍，郑飞虎，安振连，杨黎明，朱智恩，俞恩科，张磊.固体绝缘介质中空间电荷分布测量技术及其在电气工业中的应用[J].高电压技术，2019，45（08）：2603-2618.

[2]刘玉春，董雪生，郎福成.固体绝缘环网柜开关模块局部放电原因分析及解决方案[J].高压电器，2018，54（08）：246-251.

[3]顾蕴洁. 固体绝缘件绝缘寿命特性及其复合绝缘可靠性试验研究[D].郑州大学，2018.

[4]吴良云，韩云，陈友强.12kV固体绝缘环网柜的研究与发展现状[J].电气技术，2017（06）：8-12.

[5]潘臻，温定筠，彭鹏，范迪铭，王津.SF_6气体分解产物检测技术在开关类设备状态诊断中的应用[J].高压电器，2016，52（07）：196-201.

[6]邓虎. 12kV环保型环网柜与中置柜关键部件绝缘特性的研究[D].厦门理工学院，2016.

[7]张尔剑.浅谈固体绝缘环网柜的发展状况及关键技术[J].信息系统工程，2015（06）：65-66+68.