24kV環境に優しいRMUのバスバー側接地：なぜ必要か、どのように実施するか

固体绝缘辅助与干燥空气绝缘相结合是24 kV环网柜的发展方向。通过平衡绝缘性能和紧凑性，使用固体辅助绝缘可以在不显著增加相间或相对地尺寸的情况下通过绝缘测试。极柱的封装可以解决真空断路器及其连接导体的绝缘问题。

对于24 kV出线母线，在保持相间距为110 mm的情况下，对母线表面进行硫化处理可以降低电场强度和电场不均匀系数。表4计算了不同相间距和母线绝缘厚度下的电场。可以看出，通过适当增加相间距至130 mm并对圆母线进行5 mm环氧硫化处理，电场强度达到2298 kV/m，这相比于干燥空气能够承受的最大电场强度3000 kV/m仍有一定的余量。

表1 不同相间距和母线绝缘厚度下的电场条件

由于干燥空气的介电强度较低，固体绝缘无法解决隔离断口处的耐压问题。双断口隔离开关采用两个串联的气体间隙来有效分压。在静触头、接地开关等电场集中部位设计电场屏蔽和均压环，以降低电场强度并有效减小空气间隙。如图1所示，通过增强尼龙主轴的旋转，双断口机构实现了工作、隔离和接地三种状态。静触头处的均压环直径为60 mm，并经过环氧硫化处理；100 mm的间隙可以承受150 kV的雷电冲击电压。

其他解决方案，例如使用高强度合金外壳对每相进行纵向单相排列，或者适度提高气体压力，也可以满足24 kV的绝缘要求。然而，环网柜需要低成本，过高的成本用户难以接受。通过优化设计和适度加宽环网柜，可以实现低成本且紧凑的24 kV环保气体绝缘环网柜。

环保气体环网柜中的接地开关配置

在环网柜中，有以下两种方法实现主电路的接地功能：

• 出线侧接地开关（下接地开关）

• 母线侧接地开关（上接地开关）

母线侧接地开关可以选择E0级，操作时需要与主开关配合。根据国家电网2022年发布的《12 kV环网柜（箱）标准化设计方案》，关于三工位开关，方案规定应采用母线侧布置，并重新定义为“母线侧组合功能接地开关”。

电力安全规程规定，接地线、接地开关与检修设备之间不得连接断路器或熔断器。如果因设备限制，接地开关与检修设备之间存在断路器，则必须采取措施确保在接地开关和断路器都闭合后，断路器不能打开。

因此，出线侧接地开关位于断路器下游，直接连接到被接地的出线电缆，满足接地点、接地开关与检修设备之间无断路器或熔断器的要求。相比之下，母线侧接地开关位于断路器上游，接地开关与被接地的出线电缆之间有一个真空断路器，不直接连接。由于接地开关与检修设备之间存在断路器，必须采取措施防止断路器在接地开关和断路器都闭合后打开。例如，可以通过连板断开断路器的跳闸回路，或采用机械手段防止误跳闸，从而避免接地路径意外断开。

国家电网标准化设计方案还规定了母线侧组合功能接地开关的联锁要求。当母线侧组合功能接地开关通过闭合断路器实现电缆侧接地时，必须包括机械和电气联锁，以防止手动或电动打开断路器。

国家电网采用母线侧三工位隔离/接地开关主要考虑到短路合闸能力。在SF6绝缘环网柜中，接地开关得益于SF6的介电强度约为空气的三倍，灭弧能力约为空气的100倍，具有优越的灭弧冷却性能，因此接地开关的合闸能力得到了可靠保证。

相比之下，环保气体缺乏灭弧能力且绝缘性能较低，因此需要非常高的合闸速度。然而，环网柜的操作机构能量有限，无法提供足够的力来进行高速合闸。使用出线侧接地开关将需要增加合闸速度，并改进触头的灭弧能力和电动力分析，可能导致更大的操作力和更高的成本。母线侧接地开关通过解决断路器联锁问题，仍然可以确保可靠的接地，同时具备更强的合闸能力。

通过对SF6与环保气体的技术和产品分析可以看出，12 kV环保气体绝缘环网柜只需略微增加尺寸即可满足绝缘和温升要求，表明技术解决方案已经成熟。

然而，24 kV环保气体绝缘产品较少。关键挑战在于较高的电压等级导致尺寸显著增加。过大的尺寸和高价格将限制24 kV环保气体绝缘环网柜的发展。需要综合考虑绝缘气体类型、充气压力、外壳体积和辅助绝缘成本，设计低成本、紧凑的环网柜。只有这样，才能真正替代SF6，不仅在国内市场占据主导地位，还能在全球范围内出口，推动中国低碳环保电气设备的发展。