40.5kV GIS充气柜浅析

40.5kV GIS充气柜浅析

叶龙

现代重工（中国）电气有限公司

摘要：40.5kV充气柜优势多，广泛应用于城市电网建设、城市轨道交通。随着经济建设快速发展和技术进步，中压C-GIS产品用量将会大大增加，并朝着高可靠性、免维护、智能化、低成本、模块化、现场安装方便、不涉及气体处理和尽可能少用或不用SF6气体的方向发展。

关键词：40.5kV 充气柜；发展现状；优缺点；应用领域；发展趋势

一、GIS充气柜介绍

封闭式气体绝缘开关（C-GIS），将一次部分的高压元件，如母线、断路器、三工位开关、互感器、电缆插座等封闭在充有较低压力（一般0.03Mpa）气体的不锈钢壳体内。充气柜是一种具有全新概念的开关柜，它改变了传统的金属铠装式开关柜占地面积大的缺点，它完全符合开关柜朝小型化和智能化方向发展的潮流，满足轨道交通和其它对开关柜要求较高的场所，提供给客户可靠高，经济性好，友好的用户操作界面以及安全性高的产品。充气柜由接地的金属板隔开，所以当用户打开门操作的时候，不会接触到带电部件。

气体绝缘开关柜现有圆筒式和板式（柜式）两种结构，圆筒式的外型很像高压的GIS，国内现有生产该种柜型的厂家主要有：西门子中压开关技术(无锡)有限公司、青岛特瑞德电气股份有限公司；大部分的充气柜厂家的柜型都是柜式的，主要有：现代重工（中国）电气有限公司、厦门ABB高压开关有限公司、施耐德开关（苏州）有限公司、常州太平洋电力设备（集团）有限公司、江苏大全长江电器股份有限公司等。

二、充气柜的优缺点

中压充气柜电压等级主要有12kV级、27.5kV级和40.5kV级，但40.5kV级最能体现充气柜的优势，因此国内外制造商的充气柜并不是都从12kV到40.5kV成系列，多数厂家开发充气柜从40.5kV电压等级做起，并不延伸到12kV等级产品。对40.5kV充气柜来说，一般做到额定电流1250/1600/2000/2500A，额定短路开断电流25/31.5kA。

充气柜具有很多优势，其最大的优势是不受外界环境的影响，如凝露、污秽、小动物及化学物质等。另一个优势是因为使用SF6气体绝缘，大大缩小了柜体的尺寸，有利于向小型化发展，还有一个优势是充气柜配用性能良好的无油开关，特别是免维护的真空开关，大大减少了维护和维修的工作量。

40.5kV充气柜的优势特别表现在减少占地面积，如现代重工（中国）电气有限公司HMGS-G80型充气柜占地面积仅为2400mm×600mm×1700mm，这对城网和轨道交通变电房的建设和发展来说特别适用。我国城网和轨道交通用电占全国总用电的一半，城网和轨道交通建设的加快，大都市的迅速崛起，都为充气柜提供了大的发展空间。几年前德国对工业电网使用的开关设备做过调查，当时充气柜12kV级占5%，24kV级占9%，40.5kV级占19%。

但充气柜并不能取代空气绝缘开关柜，一般来说，充气柜在同类开关柜中约占20%。在我国充气柜经过了10多年的发展，积累了丰富的运行经验。但充气柜由于制作难度大，属于高科技产品，其价格仍然比同类空气绝缘开关柜高，因而也限制了其应用。

三、充气柜的应用领域

充气柜特别适合用于可靠性要求高且占地面积和空间受限制的场合，如城市电网建设、城市轨道交通、轻轨、高层建筑、大型工矿企业，以及特殊使用场合，如温湿度变化大和高湿环境（如湿热带地区）、高温及低温地区（如沙漠地区和南北两极区）、环境中含有自然物质（沿海的盐雾、工业粉尘）或化学性腐蚀物质（化工厂、炼油厂）的地方，还有地震区、有震动的场合、高原地区及安装受限制的狭窄地方等。

大都市的供电有集成化、自动化、地下化和小型化的发展趋势，这就为气体绝缘设备提供了良好的发展机遇，以上海为例，集成化、紧凑化、模块化设备在上海将有广阔的应用前景，上海变电站220kV和110kV开关设备今后都以GIS为主；35kV则以金属铠装移开式开关和C-GIS共存；10kV除了现有的中置式金属铠装移开式开关柜以外，将逐步采用全封闭的SF6充气环网柜为主。

上海市电力建设走在前头，它对中高压开关设备的选用，对其他城市和地区有示范作用。上海大力采用GIS、C-GIS和SF6 RMU（环网柜），必将促使SF6绝缘开关设备更大的发展。

四、充气柜的发展趋势

随着经济建设快速发展和技术进步，中压C-GIS产品用量将会大大增加，并朝着高可靠性、免维护、智能化、低成本、模块化、现场安装方便、不涉及气体处理和尽可能少用或不用SF6气体的方向发展，发展趋势主要体现在：

1. 广阔的市场前景，40.5kV 这个电压等级的产品量大面广，随着配电网建设规模的加大，C-GIS产品必然有广阔的前景。国民经济的快速发展，基础建设投资的规模亦日益扩大，高速铁路、重载货运铁路、输油输气管道、调水泵站、机场、水运码头、海港等设施的建设也必然会带来C-GIS用量的增加，C-GIS在新建地铁项目以及原地铁线路的延长建设中具有广阔的市场空间。
2. 不用SF6或少用SF6，研究N2、混合气体、压缩空气等气体的绝缘特性，并用作绝缘介质，或实现中压C-GIS无SF6化。无SF6气体的C-GIS产品是一个特色产品，目前已有40.5kV充混合气体的C-GIS产品在深圳和厦门地铁运行。
3. 开发新型制造技术、密封箱体焊接工艺是制造C-GIS的关键工艺，需要针对不同的焊接设备、材料解决专用焊接工艺问题。各种传感器、硅橡胶绝缘件、专用绝缘子等应由专业厂有针对性地开发与生产。产品的组装、检验应在专业的流水线上进行，这样可以保证质量、提高可靠性，而且可以行程批量生产、降低成本、
4. 研究新型真空断路器，将新型真空开断技术、传动方式、载流结构、绝缘结构以及简洁的操动机构应用于真空断路器的设计，可以提高C-GIS的性能水平以及可靠性。
5. 使接口尺寸标准化，系列化。高压插接元件（如电缆终端、电压互感器、避雷器）的接口尺寸在国内制定统一的尺寸系列，便于各企业分别进行开发，且具有互换性，行程表准的插接元件。
6. 实现状态监测，建立计算机辅助维护系统和故障诊断系统。对中压C-GIS产品运行中的状态监测，实现重要的一次元件如断路器、隔离开关和操作机构等有关运行参数的归档记录。状态监测期间记录的运行数据可提供防止误动作或才去必要的维护措施方面的信息，有助于防止发生突发故障。对记录的测量数据进行诊断、趋势分析，可为监测系统元件的老化和可能的故障概率提供信息，这些数据也可成为建立计算机辅助维护系统的基础。
7. 降低成本，通过模块化设计以及专业化批量生产，可使中压C-GIS的生产成本大幅降低，最终使产品价格下降。
8. 开发与应用模拟计算软件，不断缩短产品研发周期和降低成本是企业保持竞争力和不断前进的秘诀之一。用CAD/CAE交互反馈设计过程取代传统的设计过程，可使研发周期降低30%到50%。为达到精确设计出目标产品的目的，开发过程中更多地应用模拟工具对电场、温度场、应力场、压力场、运动过程进行计算、分析与优化，包括结构运动和动力学分析，电磁场分析、热分析，多场耦合分析，对何种设计理念的时效进行评估。

五、结束语

研究非SF6气体的绝缘特性，实现气体绝缘开关柜的无SF6化是中压GIS的方形。随着技术的进步，气体绝缘开关柜势必向高可靠性、面维护、智能化、低成本、模块化、环保型趋势发展。

参考文献：

[1]王金刚.中压C-GIS（充气柜）发展方向及技术问题[J].电力设备, 2015,39(2): 49-54.

[2]李建基.中压气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）市场前景分析[J].电力设备, 2016,31(4): 12-19.

[3]王平.中压C-GIS的应用状况及发展趋势[J].电力设备, 2016,12(2): 34-38.