固体绝缘柜研发中的若干技术问题(行业技术信息)

时间：2025-07-11

固体绝缘环网柜研发中的若干技术问题

王德杉刘梅

（西安森源开关技术研究所有限公司，西安 710077）

1．引言

固体绝缘开关柜（SIS）是用固体绝缘材料将一次回路全部贯通包覆起来的一种中压开关柜，是开关领域一个重大的创新。

由于环氧树脂的材料和制品工艺的技术进步，以及真空开关的普及，为固体绝缘开关柜的发展奠定了技术基础。为少用或不用充SF6气体的环网柜，近些年来固体绝缘环网柜成为国、内外中压开关领域的研发热点，最早起步的应是日本，紧跟的是欧洲和韩国，后来是我国。

日本东芝公司在1999年研发出了高性能环氧树脂材料和浇注技术后，2002年开发出24kV固体绝缘开关柜之后，又进行了系列化，现在又向72kV及84kV高电压等级发展。

荷兰霍力克现在已被伊顿收购。在欧洲，霍力克起步较早，其产品的设计理念和技术都比较先进，同时也倡导环保理念，生产过程中都没有危害环境的产物。霍力克的固体绝缘环网柜最先进入我国，国内许多厂家自行研发的固体绝缘环网柜，都有它的影子。

我国起步较晚但发展较快，具有代表性的厂家有北京双杰、沈阳昊诚、北海银河等公司。西安森源开关技术研究所一直关注国内、外固体绝缘环网柜的技术发展，为适应市场的需求，与国家电网公司平高集团、成都旭光和余姚舜利等厂家进行联合开发，已取得阶段性成果。

2011年8月国家电网公司发文，将固体绝缘环网柜列入重点推广新技术目录，提出在2015年后新建和改造项目中其使用量不低于新增总量的25%的目标。2012年3月，国家电网公司发布了QG/DW 730《12kV 固体绝缘环网柜技术条件》（以下简称《技术条件》）企业标准和相关技术规范。这些政策和技术导向，对固体环网柜在我国的研发和应用具有极大的推动意义。

2．特点和发展

纵观国内、外各种固体绝缘环网柜的设计，它的结构特点和发展动向是：

a 主绝缘介质为环氧树脂和硅橡胶，模块间为硅橡胶界面绝缘，开关的操作件和部分绝缘支持件为空气沿面绝缘；

b 主绝缘由以空气为主的复合绝缘方式向以固体绝缘介质为主的方向发展，以及绝缘材料外表面无屏蔽层向涂敷屏蔽层方向发展；

c 采用高性能的环氧树脂；

d 灭弧断口全采用真空灭弧室，发展空气绝缘隔离断口的同时，也发展真空绝缘的隔离断口，且灭弧、隔离和接地断口通过不同的方式进行组合后并向一体化模块方向发展；

e 开关元件与开关柜柜体多是一体化结构，开关元件离开柜体后其功能将丧失；

f 开关元件、主母线和分支母线等一次回路部件采用模块化结构，模块间为插接式结构；

g 采用了可靠性高、少维护的元件，固定式安装。

3．关键技术

3.1 固体绝缘设计

采用固体绝缘材料包封或固封工艺，将主导电回路和绝缘支撑形成一个有机整体，是固体绝缘环网柜的最大特点。

固体绝缘兼具了导电、散热、绝缘、支撑和连接等多项功能，它的结构和性能决定了产品运行的安全性、可靠性和制造、维护成本。

3.1.1 绝缘材料

东芝在开发固体绝缘开关柜之前，花费了几年的时间，首先进行了各种基础技术的开发。为保证运行的可靠性，防止因与瓷、铜等被包覆体的线形膨胀系数不同引起的间隙和裂纹，提高材料的拉伸强度、弯曲强度、绝缘性和耐电痕性，开发了高性能的环氧树脂材料和高效的制品工艺。新材料是双酚系环氧树脂，填充球状硅石粉和橡胶粒子，与传统材料相比、性能明显提高，且是绿色理念，制造时不污染环境，停用品可回收、可循环利用。高性能环氧树脂材料的主要特性是：

a 膨胀系数，17～19 ppm/K；

b 拉伸强度，102MPa；`

c 弯曲强度，151MPa；

d 玻璃化温度，136℃；

e 导热系数，80～100 (10E‐2W/m.K)；

f 击穿强度，20～24 kV/mm；

g 介质损耗，0.13%。

日立在开发固体绝缘开关柜时也进行了相应的研究。

东芝和日立的高性能环氧树脂能直接用来固封真空开关管，有利于热传导，而不像我们要借助硅橡胶来缓冲。

环氧树脂是一种绝缘遭到损害后不可恢复的有机介质。由于环氧树脂在材料、性能、参数和运行环境等方面的多样性，国际上也无法对如热应力、机械应力、局部放电、寿命周期等相关特性进行规定，所以在环氧树脂材料的选择上要结合应用经验，认真研究，综合评估，谨慎选择。

我国固体绝缘环网柜的研发和生产单位，绝大多数没有绝缘制品生产能力，更没有材料和工艺的研究能力。所以，不但要充分认识到对环氧树脂制品的特殊要求，而且要与有实力的专业厂家合作，避免造成不可挽回的损失。

3.1.2 绝缘设计