环保气体绝缘开关柜存在哪些问题?

环保气体开关柜
2020-07-18
来源:信阳平高

环保型气体开关柜,包括开关气箱,开关气箱内设置有断路器/负荷开关、三工位隔离接地开关,所述开关气箱内充有氮气。本实用新型环保型气体开关柜,可以防止因绝缘气体泄漏而对环境造成污染,在体积不增加的情况下绝缘性能更好;绝缘侧板、各分段轴、三相静触头座、三相传动轴均由热塑性工程塑料注塑成型,使用后材料可回收,避免造成材料浪费和环境污染。环保气体绝缘开关柜存在哪些问题呢?

(1)绝缘问题

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,在检漏补气以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。

同时要考虑采用环保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。

(2)开断问题

对于环网柜中的负荷开关单元,采用环保气体后,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,需要研究新型的开关结构,使环保气体既可以做绝缘介质 又可以做灭弧介质。

(3) 温升与散热问题

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。

(4)混合气体的回收与选用问题

混合气体一般指SF6与环保气体的混合,但SF6到底占多少才能定义为环保气体没有明确的定义。因此,应对混合气体的比例进行明确界定。应研发不同比例的混合气体回收装置,研究漏气时的比例、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,并 在制度上加以规范。

3.其他讨论议题

(1) 现场对真空灭弧室的真空度检测

现场对真空灭弧室的真空度检测,对于不拆卸灭弧室的测试,一般采用工频耐压法,就是将真空断路器断口保持在额定开距进行工频 电压,若耐受时间能够达到1min,即认为真空度合格,否则判定为不合格。实践表明,采用工频耐压法检测严重劣质的真空灭弧室的真空度是一种简便有效的方法,但对于真空度处于临界状态的灭弧室则无能为力。且对于两个或两个以上串联的真空灭弧室,工频耐压法则 不适用。而使用真空度测试仪,目前仅能测试裸泡,对于真空泡外再 包覆绝缘的真空灭弧室(如固封极柱)则需要进一步研究测试方法; 即便是测试裸泡,也有一定的难度,如工作量(停电时间)问题、测 试技术的掌握问题、测试仪精度问题等,目前应加强这方面的研究和推动工作。

(2) 各种材料的劣化因素评价

对于开关设备环境适应性的考虑,主要体现在不易受环境的影响,包括污秽,湿热,高海拔,盐雾和大气污染等,所以在涉及到如 何确保它们的可靠性及其验证时,有必要考虑所使用的各种材料及其 劣化因素,从多种角度进行探讨。对于中压开关设备来说,首先要确 认其在材料、零部件和组装成品的各个阶段进行的检测试验中,有良好的初始特性。此外,还要根据长期的现场劣化数据,通过对各种能考虑到的劣化因素进行劣化试验,观察维持设备机能所必须的主要特 性的变化,进行综合考察。

(3) 环氧树脂的替代材料的发展和新工艺研究

目前,中压开关设备中的固体绝缘绝大部分使用环氧树脂等热固性材料,由于其在寿命结束时不能降解,会造成对空气和水的污染, 应该引起足够的重视,研发可替代环氧的环保型材料非常必要。热塑 性材料,由于其具有韧性好、可回收、比较环保等优点,已在开关设备中得到了应用。但缺点是,普通的热塑性材料耐爬电低、耐漏电起 痕性能低、附着力低,因此还需对其在寿命周期内的性能进行评估。 同时,寻找高导热的环氧材料也应该值得注意,日本已经有很多研究性的成果,但仍未见在产品中使用,这将为未来突破大电流固体绝缘环网柜的发展提供技术上的解决方案。

(4) 橡胶绝缘材料击穿后的二次污染问题的预防措施

在环保型金属封闭开关设备中,硅橡胶作为真空固封极柱用材料和柜体之间的母线连接器,以及电缆终端头等部件。硅橡胶发生击穿 后将不得不报废,对硅橡胶报废后的处理,涉及到环境的二次污染问题。

国内目前主要是以废料再生橡胶进行硫化橡胶粉的生产和热裂 解。发达国家是将废硅橡胶提供化学裂解回收炭黑和燃料油或制成胶 粒和细胶粉。国外主要以生产废胶粉为主再生硅橡胶为辅。国内90% 再生橡胶是采用动态脱硫工艺,即把废橡胶、水、活化剂和软化油(煤 焦油等)放入带有搅拌装置的高压容器中,温度升至210~250℃, 保压70~150min,排料,然后捏炼、精炼。在整个过程中,需要罐体加热,排气过程中会排出混有煤焦油和橡胶有机低分子的废气,对环境造成严重污染。由于这种工艺能耗高、工艺周期长、高温高压、安全程度低、排放废气等,因而存在“二次污染”。因此,需要改进和调整再生橡胶的工艺、设备及技术等。高低压开关柜底部.jpg


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