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隨著開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，小型化、智能化開關(guān)越來越受到用戶的青睞。近年來，各開關(guān)制造廠也紛紛把小型化、智能化開關(guān)作為發(fā)展方向。在這種發(fā)展方向的指引下，一種新的開關(guān)設(shè)備C-GIS問世了。本文主要探討高壓充氣柜發(fā)展。
1.數(shù)年前，上海電力部門在人口稠密的靜安寺附近建一座252/126/40.5kV降壓站，經(jīng)拆遷征地50m×60m。但開關(guān)設(shè)備需要35面，若用常規(guī)開關(guān)設(shè)備根本無法排布，最后采用西門子8DA10/8DB10型高壓充氣柜，才建成一座降壓容量為540MV·A的變電站。上海集裝箱海港、貨物吞吐量很大，使用西門子高壓充氣柜，從未斷過電，確保了供電安全。
2.高壓充氣柜的結(jié)構(gòu)
高壓充氣柜現(xiàn)有兩種外形上差異很大的結(jié)構(gòu)形式。一種為圓筒形結(jié)構(gòu)，另一種為柜式結(jié)構(gòu)，前者很像高壓GIS，后者卻很像一般金屬封閉開關(guān)柜。
圓簡(jiǎn)形高壓充氣柜有三相共筒式和分相式兩種結(jié)構(gòu)。柜體材料有鑄鋁合金，也有鋼板卷制，西門子8DA10/8DB10型為鋁簡(jiǎn)分相式，Areva的W1型為鋼板三相共筒式。平高公司40.5kV高壓充氣柜為鋁簡(jiǎn)分相式，平開華明公司的40.5kV高壓充氣柜也為金屬筒分相式。
高壓充氣柜式結(jié)構(gòu)有各種形式，其主要區(qū)別在于:①氣室的設(shè)置，有3氣室、兩氣室和單氣室。②一次回路中母線、3工位開關(guān)和真空斷路器的排布方式，大致可分為3類:一類上中下布置，二類下中上布置，三類后中前布置。以第一類布置居多。
3.結(jié)構(gòu)及工藝特點(diǎn)
與空氣絕緣開關(guān)設(shè)備不同，氣體絕緣開關(guān)設(shè)備的帶電元件不是裝在抽屜里，而是裝在防腐蝕的焊接密封殼體內(nèi)。斷路器或母線和三工位開關(guān)也可裝在兩個(gè)分開的隔室內(nèi)。而操動(dòng)機(jī)構(gòu)及所帶脫扣器、輔助開關(guān)及電流、電壓互感器和低壓控制箱裝在氣室之外。
開斷功能在真空開關(guān)管內(nèi)進(jìn)行。真空中的開距僅有十幾毫米。由于電弧電壓極低且電弧旋轉(zhuǎn)，故觸頭熔焊極微小。固定在殼體壁上的焊接波紋管使之可從外部操動(dòng)開關(guān)。三工位開關(guān)擺動(dòng)操作，而斷路器軸向操動(dòng)。操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)能的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。所儲(chǔ)能量足夠二次重合閘之用。
除殼體的后壁外，殼體的所有外壁，包括加強(qiáng)橫檔、緊固件和套管均用激光全自動(dòng)焊接，向內(nèi)呈拱形的防爆模盒與殼體壁焊在一起。氣體絕緣開關(guān)設(shè)備為確保產(chǎn)品性能和增加競(jìng)爭(zhēng)能力，如西門子形成4大核心工藝，即鈑金工藝、激光焊接工藝、澆注樹脂工藝及銅件加工工藝。
4.高壓充氣柜的技術(shù)進(jìn)步
高壓充氣柜C一GS技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)外主要表現(xiàn)在減少產(chǎn)品中SF6氣體用量和研發(fā)非充SF6氣體高壓充氣柜。如在歐洲，主要是減少新產(chǎn)品中SF6氣體的用量。而在日本，一方面減少新產(chǎn)品中SF6氣體的用量，另一方面，開發(fā)非SF6高壓充氣柜，如用于干壓空氣絕緣或用固體絕緣。SF6氣體具有最優(yōu)異的滅弧和絕緣性能，但被列為溫室效應(yīng)氣體之一，因而被限制使用。為此要減少或不用SF6氣體。
4.1減少新品中SF6氣體的用量為尋找SF6的替代產(chǎn)品，科學(xué)家已研發(fā)了40多年。直到如今，所有檢驗(yàn)過的可替代氣體的性能遠(yuǎn)不如SF6氣體的絕緣和滅弧性能。類似于SF6特性的可替代氣體，如氯化物、氟化物或各種鹵化碳混合物的缺點(diǎn)很多:①GWP系數(shù)（全球變暖系數(shù)〉很高。②CO2對(duì)臭氧層有害。③C一F混合物在分解時(shí)（電弧、局部放電>生成導(dǎo)電的積炭層。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的CF3I氣體，其絕緣性能很好，在均勻電場(chǎng)中的絕緣水平是SF6氣體的1.2倍，SLF的開斷性能均為SF6氣體的0.9倍，但價(jià)格昂貴，是SF6氣體的100倍，因此進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用還很不現(xiàn)實(shí)。為此，SF6開關(guān)設(shè)備制造廠家可行的辦法是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡量減少SF6氣體用量、泄漏量和排放量。采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和焊接工藝及高性能密封材料，在減少SF6氣體用量方面取得明顯成效。例如世界三大輸配電制造商之一的Areva(阿海法)公司SF6高壓充氣柜一代又一代從WI一WS—GWA發(fā)展中SF6充氣量從100%(WI型)—90%(WS型)—40%(GWA型)。又如富士新開發(fā)的C—GIS2000型24kV高壓充氣柜的用氣量從12kg減少為4.4kg(減少63%)，還有新開發(fā)的72/84kV高壓充氣柜，將SF6用量從老產(chǎn)品的100%減少為36%（減少64%)。
4.2混合氣體C—GIs
1)綠色環(huán)保。12~24kV產(chǎn)品可用氮?dú)夂陀?/span>N2+SF6混合氣體絕緣，以技術(shù)創(chuàng)新和精確設(shè)計(jì)確保在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)，減少產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的危害。
2)體積更小。N2X—24kV單氣箱柜在采用氮?dú)饣?/span>N2+SF6混合氣體絕緣后，并沒有因?yàn)闅怏w絕緣強(qiáng)度的降低而增加尺寸，而是更小。N2X—24kV單氣柜柜體尺寸為500mm×1050mm×2250mm，柜寬僅為空氣柜的一半，大大縮小了電站的占地面積。
3）維護(hù)量小。高壓帶電體全被密封，高壓絕緣不受大氣環(huán)境影響，不易老化。絕緣和載流可靠性高，高壓部分終生免維護(hù)。可降低設(shè)備的全壽命周期成本。
4)能耗更低。開關(guān)柜主回路電阻低，載流能力高，長(zhǎng)期運(yùn)行節(jié)約能耗。5）高模塊化。靈活組合，拼接方便。用戶現(xiàn)場(chǎng)不需處理氣體。
4.3干式空氣高壓充氣柜
在C-GIS中，雖然多數(shù)仍使用具有優(yōu)異滅弧和絕緣性能的SF6氣體，但也出現(xiàn)了非充SF6高壓充氣柜。如用氮?dú)饣蚋蓧嚎s空氣取代SF6，現(xiàn)還出現(xiàn)固體絕緣柜及復(fù)合絕緣柜。如富士于2004年4月開發(fā)出C—GIS2100型24kV干縮壓空氣高壓充氣柜。該產(chǎn)品采用0.05MPa(表壓)的壓縮空氣絕緣。該公司減少SF6充氣量的C-GIS2000型和充干壓空氣高壓充氣柜的結(jié)構(gòu)及外形尺寸。
4.4復(fù)合絕緣開關(guān)柜
高壓等級(jí)開關(guān)柜是以絕緣介質(zhì)使用SF6氣體的箱型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(C—GIS）為主流產(chǎn)品，但SF6氣體作為溫室效應(yīng)氣體（全球變暖系數(shù)為23900）而被指定為限制排放氣體，因此在削減SF6氣體排放量的同時(shí)，期望使用無SF6氣體的開關(guān)柜。在這一背景下，2000年以后，在24~36kV等級(jí)實(shí)現(xiàn)了無SF6氣體開關(guān)柜的商品化。4.5固體絕緣柜
日本東芝公司于1999研發(fā)出高性能環(huán)氧樹脂及高效的環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)，于2002年開發(fā)出24kV固體絕緣開關(guān)柜（SIS)。之后又進(jìn)行了系列化，于2005年開發(fā)出36kVSIS，現(xiàn)又進(jìn)行更高電壓等級(jí)72kV及84kVSIS的開發(fā).24kVSIS的主要參數(shù)為24kV/630—1250A/25kA。
固體絕緣柜帶來一系列優(yōu)勢(shì)。這里將24kVSF6高壓充氣柜(C—GIS）和固體絕緣柜（SIS加以比較:C—GISSF6氣體用量5kg，而SIS為零，有利于環(huán)保;C—GIS體積為2.7m3而SIS為1.7m3，僅為其63%。C—GIS零件數(shù)為2500個(gè)，而SIS為1200個(gè)，為其48%.一面固體絕緣柜（SIS）省下5kgSF6氣體，相當(dāng)于120tCO溫室效果。
結(jié)束語
綜上所訴，高壓充氣柜在我國(guó)發(fā)展方興未艾。當(dāng)前主要使用SF6氣體絕緣，為了減少SF6氣體使用量，出現(xiàn)了干壓縮空氣絕緣高壓充氣柜、復(fù)合絕緣高壓充氣柜以及固體絕緣高壓充氣柜等。這些代表了高壓充氣柜發(fā)展方向，值得關(guān)注。
