SF_6气体绝缘开关柜的特点及设计注意事项

SF_6气体绝缘开关柜的特点及设计注意事项

卢晓雨 刘爽

许继电气制造中心 河南许昌 461000

摘要：该文对40.5kV气体绝缘开关柜极其特点、结构做了简单介绍，叙述了40.5kV气体绝缘开关柜在设计的注意事项。希望给相关从业者提供一定的参考。

关键词：设计；气体绝缘开关柜；注意事项

一、气体绝缘开关柜的特点

气体绝缘开关柜采用金属封闭和金属铠装结构，母线、断路器、隔离/接地开关等元器件均密封在SF6气室内，使在相同绝缘净距下绝缘强度达到空气绝缘介质强度的3倍，从而有效减少相间及带电部分与接地部分间的绝缘距离，缩小了开关柜的体积。开关柜的出线采用全密封电缆插头，因而整套开关柜不受腐蚀性气体、盐雾、尘埃和潮湿环境的影响，并且适于高海拔地区。目前因其结构紧凑、占地面积小，适应环境性强，操作安全性高，维护工作量小，使用年限长(可达30年)等优点，已经在地铁、石化、冶金、煤矿、变电站等项目和沿海地区得到越来越广泛的运用。下面以36台40.5kV空气绝缘开关柜和气体绝缘开关柜12年的运行维护所需费用为例进行比较，如表1所示，从表1中可以明确地看出，气体绝缘开关柜的运行维护费用远远少于空气绝缘开关柜的运行费用。

气体绝缘开关柜现有圆筒式和板式（柜式）两种结构型式。前者外型很像高压GIS，后者却很像一般的金属封闭开关柜。圆筒式气体绝缘开关柜有三相共筒式和分相式两种结构。柜体材料有铸铝合金，也有钢板。板式（柜式）气体绝缘开关柜结构有多种形式：气室的设置有三气室、两气室和单气室；一次回路中母线、三工位隔离开关和真空断路器的不同排列方式。其排列方式大致可分为“上中下”布置、“下中上”布置和“后中前”布置三类，其中以“上中下”布置居多。关于板式气体绝缘开关柜气室的设置，现多为两气室。单气室结构简单，制造容易，成本低，但气室元件在一起，容易相互影响，可靠性差一些；多气室结构模块更换容易，避免多元件相互影响，安全性高，但多气室结构复杂，制造难度大，成本高。

二、气体绝缘开关柜的设计注意事项

气体绝缘开关柜结构紧凑，体积小，空间有限，在加装元件和元器件的参数选择方面受到一些限制。下面以35kVSF6气体绝缘的单母线开关柜为例进行说明。

2.1电压互感器（PT）和避雷器回路不能加装熔断器

40.5kVSF6气体绝缘开关柜的宽度一般在600～800（大电流）mm，深度在1700mm左右。为便于检修和维护，PT、避雷器一般安装在气室外面，通过隔离开关直接插接在母线或进出线的PT模块、避雷器模块上，紧凑的空间无法满足安装熔断器的要求。另PT采用三变比时，0.2/0.5级的容量不宜过大，一般不应超过45VA。

2.2电流互感器（CT）线圈数量、变比、容量和准确级的选择

SF6气体绝缘开关柜通常采用电磁穿芯式CT，安装在气体开关柜出线套管上，由于受安装空间的限制，设计所需几个CT的最大重叠安装高度不能超过某一极限值。因此，CT的选择除了需要考虑变比、准确级和容量外，还要计算其安装高度。穿芯式CT的高度与变比、准确级和容量均有关，变比越小，容量越大，准确级越高，CT高度越高；反之，高度越低。所以，在确定计量、测量和保护所需的CT线圈数量后，应适当选择变比、准确级和容量，过高的准确级和容量都会加大CT的高度，超出CT的安装位置极限。电流互感器的变比二次侧为5A或1A，在线路较长的情况下，尽量采用二次侧电流为1A的CT，降低线路的容量损失，从而可缩小CT的容量，减小了CT的高度。对于用来计量、准确级为0.2S的小变比CT，即使选择的容量较小如2.5VA，制造工艺也非常困难或者是制造出的
CT高度很高。我们知道，准确级为0.2S的CT，其误差百分比在额定电流为20%～120%的范围内时为0.2%，根据此特性，在不影响计量误差的前提下，我们可以适当提高CT的变比。以德国雷兹IRK185穿芯式电流互感器为例（内径185mm，外径275mm），变比、准确级、容量及高度关系如表2。

2.3进线及母线额定电流

目前40.5kV的SF6气体绝缘开关柜进线和母线的最大额定电流最大为2500A，开断能力31.5kA，热稳定电流31.5kA/4S（IEC标准3S），动稳定电流80kA，更高参数的开关柜还在研发之中。

三、开关柜的应用

中压气体绝缘开关柜由西门子公司于1982年率先推出，以后各公司纷纷效仿。近年来，国内外企业加大了中压气体绝缘开关柜的开发力度，一代又一代的新品不断涌现。中压气体绝缘开关柜近年在国内也在兴起，国内许多企业也研制出创新的产品。2006年春季在衡水市开发区新投运一座110kV降压变电站，两台主变容量均为50MVA，三个电压等级（110/37.5/10.5kV），110kV、35kV、10kV全部户内布置，主变户外布置；35kV出线8回；10kV出线24回。110kV采用GIS，35kV采用了气体绝缘开关柜，10kV采用中置柜。该变电站110kV、35kV配电装置均采用了气体绝缘设备，尤其是35kV配电装置采用了气体绝缘开关柜，有效地控制了35kV配电室的面积，从而大大减小了配电房的建筑面积和变电站的占地面积。采用的40.5kV气体绝缘开关柜型号为西高所开发的XGN46-40.5型。该产品为板式气体绝缘开关柜结构，上下两气室设置，上气室有三工位隔离开关，下气室有真空断路器。母线、三工位隔离开关和真空断路器“上中下”布置。内充SF6气体，压力为0.04MPa。其参数为40.5kV/1250A/25kA。板式气体绝缘开关柜密封箱体采用不锈钢板焊接而成。外型尺寸（宽×高×深）为800mm×2300mm×1570mm。该气体绝缘开关柜采用插入式单相固体绝缘母线，母线带外屏蔽层，母线连接采用硅橡胶绝缘的十字连接套和端头T形连接套，当母线需要扩展或调整时，不会涉及有关SF6气体的任何操作。断路器采用具有高开断性能、寿命长、维护少的小型化真空断路器，真空灭弧室水平布置方式，使得气室内部导体布置方便。三工位隔离开关放置于密封的SF6气体壳体内，使隔离-接地组合成一体。母线绝缘子和电缆联接绝缘子均配有高压带电显示装置用的传感器。柜内配用环氧树脂浇注穿芯式电磁型电流互感器、插接式电磁型电压互感器。电缆用T形外锥电缆终端或直型电缆终端连接，可满足每相1～3根电缆的进出线。采用内锥插接式避雷器直接与分支母线连接，柜内配置了控制和保护单元。

四、结束语

气体绝缘开关柜特别适用于可靠性要求高，且占地面积和空间受到限制的场合。气体绝缘开关柜的出现，引领了中压开关设备的一个发展方向，在相关的领域得到了广泛的应用。在日益关注环保的今天，气体绝缘开关柜在结构设计上需进一步采取减少SF6气体的泄露措施，减少SF6气体的排放量。研究非SF6气体的绝缘特性，用N2、压缩空气等做为气体绝缘开关柜的绝缘介质，实现气体绝缘开关柜的无SF6化。随着知识的更新和技术的进步，气体绝缘开关柜势必向高可靠性、免维护、智能化、低成本、模块化、环保型趋势发展。

参考文献

[1]40.5kV气体绝缘开关柜及其应用[J]. 何雪,祝恩江. 中国科技投资. 2012(21)

[2]气体绝缘开关柜漏气问题的分析及处理[J]. 张新中. 高压电器. 2010(04)

[3]40.5kV气体绝缘开关柜及其应用[J]. 徐贵友. 农村电气化. 2007(10)

[4]全封闭气体绝缘开关柜安装工艺[J]. 郝卫国,谭青坡. 城市轨道交通研究. 2010(04)