（海洋石油工程股份有限公司天津300452)
摘要：为适应海洋油气田新建或改造采项目对中高压开关柜环保、小型化、安装快捷、免维护的技术需求，本课题通过对陆地电网现有固体绝缘中压开关柜进行技术调研，结合海上油气田高压开关柜技术的现状及特点，对固体绝缘中高压开关柜的结构、集成组装进行优化设计，研制出一套适用于海洋油气田项目的移开式固体绝缘柜中压开关柜，并完成各项功能试验、型式认证及第三方认证。该产品拥有占地面积小（接近传统产品一半）、绿色环保、绝缘性更强、安全等级更高及后期免维护等优势，特别是适合海洋油气田新建项目、扩容项目、改造项目的推广应用；目前已经在中海油某项目中进行试用。
关键词：海洋油气田；固体绝缘；移开式；环保；推广应用
0引言
目前海洋油气田中高压配电系统主要分为35kV、22kV、10kV、6.3kV等电压等级，10kV以下开关柜基本为国产金属铠装式空气绝缘开关柜，10kV以上为进口SF6气体绝缘柜。空气绝缘开关柜占地面积过大，绝缘性能不高，尤其是后期维护成本较高；气体绝缘开关柜价格昂贵，且SF6气体是《京都议定书》中被禁止排放的6种温室气体之一，另外，SF6气体经电弧高温分解后会产生高腐蚀性有毒气体，严重威胁设备和人身安全。因此急需研发一种占地面积小、绝缘性能优良、绿色环保适用于海洋石油工程项目的中高压开关柜。
通过调研，目前陆地电网已经开始采用固体绝缘开关柜，该系列开关柜具有占地面积小，安全等级高及免维护等优点，在寸土寸金的海上石油平台上，其经济效益更显得尤为突出，在海油工程领域应用前景十分广阔。目前为止尚没有海油工程应用案例。
目前现有的固体绝缘开关柜均为固定式结构，断路器出现故障或损坏时，需要整柜更换，对于陆地项目，交通运输比较方便，整柜更换比较方便，但是由于海洋油气田项目，不能及时完成更换，会延迟项目复产，造成较大的经济损失，因此必须开发出移开式结构，当断路器出现故障时，可迅速完成更换，进一步节约维修时间，保障油气田生产。
1移开式固体绝缘开关柜总体设计方案
通过研究国内外知名厂家固体绝缘中高压开关柜制造验收标准及规范，确定移开式总体设计方案，对手车式断路器进行研发，并进行温度场和电磁场分析，通过型式试验，保证断路器技术指标符合要求；根据断路器尺寸，进行电流互感器、触头盒、接地开关等一次部件密封设计及器件研发及选型；同时进行二次控制设计，最后整柜完成型式试验及船级社认证。其中关键技术主要包括以下几点：
①断路器设计选型；②固封极柱设计；③上下触头盒设计；④电流互感器设计选型；⑤接地开关设计；⑥柜体外壳设计。
总体设计方案主要包括：
1：熄弧方式采用真空灭弧，绝缘方式以固体绝缘为主；
2：断路器采用固封极柱，外表面金属化结构形式；
3：操动机构采用弹簧操动机构；
4：手车机构与底盘车采用一体化设计；
5：上触头盒与出线套管采用一体化设计，下触头盒采用功能集成式设计，实现与固封极柱的密封连接，与互感器的插拔式连接，与接地刀动触头密封连接；
6：母线采用可触摸、全密封绝缘母线；
7：电流互感器采用三线圈设计，实现保护、计量、测量或测量+双保护功能；
8接地开关采用直动式，常带电体全密封结构形式。
通过技术攻关，成功制造出国内首台12kV移开式固体绝缘开关柜，样机已完成各项功能试验、型式认证及第三方认证。
开关柜采用标准模块结构设计，根据需要每一回路可以进行调换处理，加强了运行灵活性，避免了单一回路故障直接造成整台装置报废的影响。独特的全绝缘全密封单元可拆换设计使任何单元根据实际运行情况，可单独进行更换结构设计，真正达到可实用型设计。此外，每种型号的单元柜的体积相同，从外观上做到标准化。
基本结构与及核心部件组成见图2.1
开关柜由接地的金属隔板分隔成四个不同的功能小室：高压室、母线室、电缆室及低压室。金属隔板具有足够的机械强度，可保证每个室内的元件在发生故障时不影响相邻设备。同时母线室、电缆室、断路器室设置独立的泄压通道，从而满足正常使用条件和限制隔室内部电弧影响的要求，并能防止因本身缺陷、异常使用条件或误操作导致的电弧伤及工作人员，限制电弧的燃烧范围。
图2.1基本结构及一次核心部件组成
固体绝缘移开式开关设备采用真空断路器手车方式，开关设备的一次部件全密封在环氧内，并采用固封极柱技术，将真空灭弧室、主导电回路、绝缘支撑等有机结合为一整体，实现全绝缘、全密封、免维护结构，同时也实现单元可拆换结构。
2移开式固体绝缘开关柜在海洋油气田应用及前景
目前12kV移开式固体绝缘开关柜，已经在中海油某项目中成功试用，规格为额定电流1250A，开断电流为31.5kA，这是世界首台移开式固体绝缘开关柜的应用，各项参数及功能均满足项目要求，本次固体柜在项目上的成功应用为后续工程推广奠定了坚实基础。
近年来，随着我国海上石油平台向大型化和自动化发展，电气设备的容量急剧增加，高压电气设备的要求也逐渐增加。用移开式固体绝缘开关柜替代传统的空气/真空绝缘开关柜，解决了过去空气/真空开关设备体积较大、占地面积大，受环境影响显著，维修及更换成本高等问题，在寸土寸金的海上石油平台应用中，其经济效益更显得尤为突出
结论语
移开式固体绝缘开关柜在设计上采用特殊结构的固封极柱及高压屏蔽等措施，提高了该类产品的电气绝缘性能，并可减少空气绝缘开关柜体积大、占地面积多的不足，同时具有绿色环保效应。将推动固体绝缘新技术在海上石油平台的应用，使得以高负荷、大容量、高电压等级为特征的固体绝缘开关柜成为新型海洋石油工程装备代表，以满足海上石油平台电力系统的供电需求，并解决目前海上平台，特别是深水浮式平台和边际油田开发紧凑空间条件下的设备选型问题。
参考文献：
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