關(guān)鍵詞：GIS；三相共筒式；復(fù)合化

    中圖分類(lèi)號(hào)：TM591文獻(xiàn)標(biāo)所謂充氣柜（C-GIS），是將高壓元件諸如母線(xiàn)、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、互感器、電力電纜等封閉在充有較低壓力（一般為0.02～0.05MPa）氣體的殼體內(nèi)。充氣柜具有很多優(yōu)勢(shì)，其最大的優(yōu)勢(shì)是不受外界環(huán)境的影響，如凝露、污穢、小動(dòng)物及化學(xué)物質(zhì)等。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是因?yàn)槭褂脡嚎s氣體絕緣，如SF6、N2、SF6／N2混合氣體和干壓空氣，可大大縮小柜體的外形尺寸，有利于向小型化發(fā)展，還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)是充氣柜配用性能良好的無(wú)油開(kāi)關(guān)，特別是免維護(hù)的真空開(kāi)關(guān)，大大減少了維護(hù)和維修工作量。

    4.1充氣柜的使用場(chǎng)合

    充氣柜特別適合用于可靠性要求高且占地面積和空間受限制的場(chǎng)合，如城市電網(wǎng)建設(shè)、城市地鐵、輕軌、高層建筑、大型工礦企業(yè)，以及特殊使用場(chǎng)合，如溫度變化大和高濕環(huán)境(如濕熱帶地區(qū))、高溫及低溫地區(qū)(如沙漠地區(qū)和南北兩極區(qū)）、環(huán)境中含有自然物質(zhì)（沿海的鹽霧、工業(yè)粉塵）或化學(xué)性腐蝕物質(zhì)（化工廠、煉油廠）的地方，還有地震區(qū)、有震動(dòng)的場(chǎng)合、高原地區(qū)及安裝受限的狹窄地方等。

    大都市的供電有集成化、自動(dòng)化、地下化和小型化的發(fā)展趨勢(shì)，這就為氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備提供了良好的發(fā)展機(jī)遇，以上海為例，集成化、緊湊化、模塊化設(shè)備在上海將有廣闊的應(yīng)用前景。上海變電站的220kV和110kV開(kāi)關(guān)設(shè)備今后將都以GIS為主；35kV則以金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜和C-GIS共存；10kV除了現(xiàn)有中置式金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜以外，將逐步采用全封閉的SF6充氣環(huán)網(wǎng)柜為主。來(lái)源:hvsi.cn

    上海電力建設(shè)走在前頭，它對(duì)中高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的選用，對(duì)其他城市和地區(qū)有示范作用。上海大力采用GIS、C-GIS和SF6RMU（環(huán)網(wǎng)柜），必將促使SF6絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備更大的發(fā)展。

    4.2充氣柜的結(jié)構(gòu)

    充氣柜現(xiàn)有的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(kāi)關(guān)柜。

    圓筒式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。

    充氣柜的柜式結(jié)構(gòu)，也有各種形式，其主要區(qū)別在于：第一，氣室的設(shè)置，有三氣室、二氣室和單氣室。第二，一次回路中母線(xiàn)、三工位開(kāi)關(guān)和真空斷路器的排布方式，大致可分為三類(lèi)：上中下布置；下中上布置；后中前布置。以上中下布置居多。關(guān)于氣室的設(shè)置，現(xiàn)多為單氣室和二氣室。單氣室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，但氣室內(nèi)元件在一起，容易相互影響，可靠性差些。多氣室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，成本高，但模塊更換容易，可免除多元件相互影響，安全性高。

    充氣柜有12kV級(jí)和40.5kV級(jí)，但40.5kV級(jí)最能體現(xiàn)充氣柜的優(yōu)勢(shì)，因此國(guó)內(nèi)外制造商的充氣柜并不是都從12kV到40.5kV成系列，多數(shù)廠商開(kāi)發(fā)充氣柜從40.5kV電壓等級(jí)做起，并不延伸到12kV等級(jí)產(chǎn)品。對(duì)40.5kV充氣柜來(lái)說(shuō)，一般做到額定電流1250/1600/2000/2500A，額定斷路開(kāi)斷電流25/31.5kA。

    40.5kV充氣柜的優(yōu)勢(shì)特別表現(xiàn)在減少占地面積方面，如ABB公司ZX2型40.5kV充氣柜占地面積僅為2300mm×600mm×1710mm，這對(duì)城網(wǎng)建設(shè)和改造來(lái)說(shuō)特別適用。

    我國(guó)城網(wǎng)用電占全國(guó)總用電的一半，城網(wǎng)建設(shè)的加快，大都市的迅速崛起，都為充氣柜提供了大的發(fā)展空間。幾年前德國(guó)對(duì)工業(yè)電網(wǎng)使用的開(kāi)關(guān)設(shè)備做過(guò)調(diào)查，當(dāng)時(shí)充氣柜12kV級(jí)占5%，24kV級(jí)占9%，36kV級(jí)占19%。

    但充氣柜并不能取代空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜。一般來(lái)說(shuō)，充氣柜在同類(lèi)開(kāi)關(guān)柜中約占20%。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，充氣柜的制造還剛剛開(kāi)始，尚缺乏運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。充氣柜由于制作難度大，屬于高科技產(chǎn)品，其價(jià)格為同類(lèi)空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜的好幾倍，因而也限制了其應(yīng)用。

    4.3充氣柜的制造工藝

    充氣柜對(duì)制造工藝提出了很高的要求。充氣柜的箱體有用厚的也有用薄的不銹鋼板，為了保證箱體不漏氣和不變形，需采用激光切割，激光焊接，并要用氦檢漏。在抽真空時(shí)，為了防止箱體變形，需對(duì)箱體內(nèi)外抽真空，達(dá)到內(nèi)外壓力平衡，才不致于箱體變形。對(duì)于12kV級(jí)充氣柜來(lái)說(shuō)，由于散熱的緣故，額定電流受到限制，現(xiàn)一般做到12kV630～1250A，高者可到2500A。對(duì)于40.5kV級(jí)來(lái)說(shuō)，要關(guān)注絕緣設(shè)計(jì)，使得電場(chǎng)均勻分布，要講求加工精度，并注意清潔度，盡量少有雜質(zhì)，特別是導(dǎo)電雜質(zhì)，這就需要采用先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備等。

    4.4國(guó)內(nèi)外充氣柜的開(kāi)發(fā)

    充氣柜由西門(mén)子公司于1982年率先推出，以后各公司紛紛效仿，都有自己的充氣柜產(chǎn)品。

    近年來(lái)國(guó)外企業(yè)加大了充氣柜的開(kāi)發(fā)力度，一代又一代新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如ABB公司BE型—EML型—ZV型—ZX型，ALSTOM公司W(wǎng)IA/WIB型—ECO—GMA型，三菱、東芝和富士都有自己的充氣柜產(chǎn)品，韓國(guó)現(xiàn)代集團(tuán)的HMGS-G10型充氣柜及日進(jìn)電器公司的DXG-40.5型充氣柜等。

    充氣柜在國(guó)內(nèi)已興起，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)已研制出創(chuàng)新的產(chǎn)品，例如西安高壓電器研究所的XGN46-40.5型充氣柜、天水長(zhǎng)城開(kāi)關(guān)廠的XGN69-40.5型充氣柜、西安森源開(kāi)關(guān)研究所的GZX系列12kV/40.5kV充氣柜、上海希提愛(ài)斯電氣公司的N2S12kV/24kV/40.5kV充氣柜，上海平開(kāi)華明高壓開(kāi)關(guān)有限公司最近推出的ZFN413/40.5型充氣柜等。志碼：B文章編號(hào)：1003-0867(2007)11-0057-03

    1GIS技術(shù)的進(jìn)步

    氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱(chēng)GIS），是由若干相互直接聯(lián)結(jié)在一起的單獨(dú)元件構(gòu)成的，將斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)、互感器、避雷器等主要元件裝入密封的金屬容器內(nèi)，其間充以SF6氣體作為絕緣及滅弧介質(zhì)，故具有體積小、占地面積小、不受外界環(huán)境影響、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單和檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此備受用戶(hù)歡迎，發(fā)展非常迅速，已被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)變電站。

    GIS的進(jìn)步表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

    首先，斷路器技術(shù)的發(fā)展在增大容量的同時(shí)減少斷口數(shù)。減少斷口數(shù)是提高斷路器和GIS技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最主要措施，減少斷口數(shù)能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高可靠性，同時(shí)減少SF6氣體用量和排放量。目前550kVSF6斷路器已由雙斷口發(fā)展到單斷口，日本早已開(kāi)發(fā)出550kV63kA/50kA單斷口SF6斷路器，我國(guó)最新也開(kāi)發(fā)出550kV4kA/50kA單斷口SF6斷路器。

    其次，GIS在殼體結(jié)構(gòu)上從分相式，發(fā)展到三相共筒式，使GIS進(jìn)一步小型化。目前國(guó)際上已經(jīng)做到300kV全三相共筒化，550kV母線(xiàn)三相共筒化。復(fù)合化是將多個(gè)元件組合在一個(gè)充氣筒內(nèi)，如將斷路器和母線(xiàn)復(fù)合為一個(gè)充氣筒內(nèi)，又將隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、避雷器和電壓互感器由原來(lái)多個(gè)氣筒復(fù)合為一個(gè)氣筒。這樣做可使GIS小型化、輕量化。126～145kVGIS大多為三相共筒式。

    第三，元件的多功能化，如將隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)復(fù)合成三工位隔離/接地開(kāi)關(guān)，可省略電氣操作連鎖，不存在DS和ES間各種誤操作，顯著提高了運(yùn)行可靠性。

    第四，鋁合金鑄造和加工技術(shù)的發(fā)展使外形和體積最小化。GIS殼體有鋼板卷制、鋁板焊接和鑄鋁結(jié)構(gòu)，以鋁合金鑄造氣密性最好，且能按絕緣要求優(yōu)化鋁殼形狀。

    第五，使用智能化監(jiān)控和診斷工具以延長(zhǎng)維修周期，并避免不必要的工作。GIS智能化技術(shù)可對(duì)GIS進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)故障，防患于未然，又可對(duì)GIS進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，變“定期維護(hù)”為“狀態(tài)維護(hù)”。這樣做大大提高了運(yùn)行可靠性，同時(shí)大大節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，因而智能化會(huì)帶來(lái)巨大技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

    因此，GIS二次控制從傳統(tǒng)的電磁機(jī)械式走向智能化，這是電網(wǎng)自動(dòng)化的需要，也是提高GIS可靠性的需要。請(qǐng)登陸:高壓開(kāi)關(guān)網(wǎng)瀏覽更多信息

    從世界范圍看，GIS以它的緊湊型設(shè)計(jì)和模塊系統(tǒng)可滿(mǎn)足用戶(hù)的不同要求，GIS經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，取得了很大成效。

    2GIS在我國(guó)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁

    GIS在我國(guó)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，產(chǎn)量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年550kVGIS的產(chǎn)量為107間隔，而2004年僅為8間隔，增長(zhǎng)13.38倍。252kVGIS的產(chǎn)量為2899間隔，2004年僅為2280間隔，同比增長(zhǎng)27.15%。GIS生產(chǎn)廠家猛增，包括國(guó)企、合資企業(yè)、民企。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)生產(chǎn)和研制GIS廠家約有20多家，在這20多家生產(chǎn)廠家中，都生產(chǎn)126kVGIS，也有生產(chǎn)252kVGIS，在生產(chǎn)550kVGIS廠家中，外企（合資）主要有ABB、Siemens、GE等企業(yè)。國(guó)企主要有西開(kāi)高壓電氣和新東北電氣（沈陽(yáng)）高壓開(kāi)關(guān)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新沈高）。在2006年中國(guó)名牌產(chǎn)品中，西開(kāi)高壓電氣和新沈高的72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備被稱(chēng)為“中國(guó)名牌產(chǎn)品”。目前合資企業(yè)占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相當(dāng)大的份額，如占550kV斷路器和GIS市場(chǎng)的80%，占252kVGIS市場(chǎng)的50%，占126kVGIS市場(chǎng)的30%。但隨著國(guó)企實(shí)力的增強(qiáng)和民企的崛起，這種局面將會(huì)得到扭轉(zhuǎn)。

    我國(guó)已啟動(dòng)1100kV特高壓交流輸電工程，目前國(guó)內(nèi)三大企業(yè)（西開(kāi)高壓電氣、平高集團(tuán)和新沈高）正在積極研制1100kVGIS和H-GIS。

    3中國(guó)名牌產(chǎn)品GIS

    在2006年的中國(guó)名牌產(chǎn)品中，有兩家企業(yè)的產(chǎn)品被稱(chēng)為“中國(guó)名牌產(chǎn)品”，它們是西開(kāi)高壓電氣的“XD”牌GIS和新沈高的“NHVS”牌的GIS。作為全國(guó)高壓開(kāi)關(guān)行業(yè)的大型企業(yè)，西開(kāi)電氣和新沈高GIS都達(dá)到了550kV水平，作為典型產(chǎn)品，這里介紹這兩家的550kVGIS。

    ZF15-550(L)/4000-63型GIS是新沈高根據(jù)三峽工程對(duì)550kVGIS的需要，從ABB引進(jìn)先進(jìn)的GIS制造技術(shù)，經(jīng)消化吸收而研制成功的具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品。主要參數(shù)為550kV/4000A/63kA。SF6氣體年漏氣率小于0.5%。

    其主要特點(diǎn)為：滅弧能力強(qiáng)，開(kāi)斷電流大。斷路器采用小型化單壓式滅弧室和特殊噴口結(jié)構(gòu)；噴口耐弧能力強(qiáng)，噴口采用專(zhuān)有技術(shù)制成，可連續(xù)開(kāi)斷額定斷路電流20次，無(wú)需檢修；絕緣水平高，通過(guò)優(yōu)化電場(chǎng)和元件的結(jié)構(gòu)尺寸及采用合理的屏蔽技術(shù)；鋁外筒無(wú)渦流損耗；絕緣拉桿強(qiáng)度高，通過(guò)10000次機(jī)械壽命試驗(yàn)仍完好無(wú)損；流通能力強(qiáng)，斷路器采用螺旋彈簧滑動(dòng)觸指和自立型觸頭，導(dǎo)電性好，熱穩(wěn)定性好；采用ABB公司HMB-8型彈簧儲(chǔ)能液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)；積木式設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)；可靠的密封結(jié)構(gòu)。

    GIS法蘭連接采用單道多重靜密封，斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)密封采用雙密封系統(tǒng)。

    ZF8-550型550kVGIS是西開(kāi)高壓電氣消化吸收日本三菱電機(jī)株式會(huì)社550kVGIS技術(shù)而生產(chǎn)的產(chǎn)品。產(chǎn)品主要特點(diǎn)為：開(kāi)斷能力強(qiáng)，最大開(kāi)斷能力為67～70kA，滅弧室利用電弧電能增壓，利用湍流增強(qiáng)噴嘴氣吹能力，弧觸頭采用整體燒結(jié)的銅鎢觸頭；斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)分閘、彈簧合閘機(jī)構(gòu)；GIS中盆式絕緣子、絕緣筒、絕緣拉桿、絕緣臺(tái)等環(huán)氧樹(shù)脂絕緣件具有高度絕緣可靠性；GIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)成若干運(yùn)輸包裝單元，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，又可減少現(xiàn)場(chǎng)工作量；GIS的SF6氣體系統(tǒng)采用分散監(jiān)控方式，取消了SF6閥門(mén)和SF6管路系統(tǒng)，采用新型自封接頭和SF6密度計(jì)。

    4中壓氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（C-GIS）

    隨著城市電網(wǎng)建設(shè)和改造以及大型工礦企業(yè)對(duì)開(kāi)關(guān)柜的要求不斷提高，如智能化、小型化、免維護(hù)、全工況等，一種叫C-GIS（CubicleGasInsulatedSwitchgear）全稱(chēng)為柜式氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備，俗稱(chēng)充氣柜的開(kāi)關(guān)柜近年來(lái)在國(guó)外迅速發(fā)展，在國(guó)內(nèi)也已興起。

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