開關研究報告-高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發(fā)展概況分析_投資策略_分析預測_開關市場調研

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中研網(wǎng)訊：

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摘要：由于高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)具有占地面積小、不受外界環(huán)境條件影響、可靠性高等優(yōu)點，在我國電網(wǎng)建設中受到用戶的青睞。該文論述了GIS技術的進步，介紹中國名牌GIS產品和生產量大的126～145kV的GIS的改進情況。

關鍵詞：GIS；三相共筒式；復合化

中圖分類號：TM591文獻標所謂充氣柜（C-GIS），是將高壓元件諸如母線、斷路器、隔離開關、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。充氣柜具有很多優(yōu)勢，其最大的優(yōu)勢是不受外界環(huán)境的影響，如凝露、污穢、小動物及化學物質等。另一個優(yōu)勢是因為使用壓縮氣體絕緣，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，還有一個優(yōu)勢是充氣柜配用性能良好的無油開關，特別是免維護的真空開關，大大減少了維護和維修工作量。

4.1充氣柜的使用場合

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合，如城市電網(wǎng)建設、城市地鐵、輕軌、高層建筑、大型工礦企業(yè)，以及特殊使用場合，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（沿海的鹽霧、工業(yè)粉塵）或化學性腐蝕物質（化工廠、煉油廠）的地方，還有地震區(qū)、有震動的場合、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、自動化、地下化和小型化的發(fā)展趨勢，這就為氣體絕緣開關設備提供了良好的發(fā)展機遇，以上海為例，集成化、緊湊化、模塊化設備在上海將有廣闊的應用前景。上海變電站的220kV和110kV開關設備今后將都以GIS為主；35kV則以金屬鎧裝移開式開關柜和C-GIS共存；10kV除了現(xiàn)有中置式金屬鎧裝移開式開關柜以外，將逐步采用全封閉的SF6充氣環(huán)網(wǎng)柜為主。來源:hvsi.cn

上海電力建設走在前頭，它對中高壓開關設備的選用，對其他城市和地區(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絕緣開關設備更大的發(fā)展。

4.2充氣柜的結構

充氣柜現(xiàn)有的兩種外形上差異很大的結構形式：一種為圓筒形結構，另一種為柜式結構。前者很像高壓GIS，后者卻很像一般金屬封閉開關柜。

圓筒式充氣柜有三相共筒式和分相式兩種結構。柜體材料有鑄鋁合金，也有鋼板卷制。

充氣柜的柜式結構，也有各種形式，其主要區(qū)別在于：第一，氣室的設置，有三氣室、二氣室和單氣室。第二，一次回路中母線、三工位開關和真空斷路器的排布方式，大致可分為三類：上中下布置；下中上布置；后中前布置。以上中下布置居多。關于氣室的設置，現(xiàn)多為單氣室和二氣室。單氣室結構簡單，制造容易，成本低，但氣室內元件在一起，容易相互影響，可靠性差些。多氣室結構復雜，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級和40.5kV級，但40.5kV級最能體現(xiàn)充氣柜的優(yōu)勢，因此國內外制造商的充氣柜并不是都從12kV到40.5kV成系列，多數(shù)廠商開發(fā)充氣柜從40.5kV電壓等級做起，并不延伸到12kV等級產品。對40.5kV充氣柜來說，一般做到額定電流1250/1600/2000/2500A，額定斷路開斷電流25/31.5kA。

40.5kV充氣柜的優(yōu)勢特別表現(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，這對城網(wǎng)建設和改造來說特別適用。

我國城網(wǎng)用電占全國總用電的一半，城網(wǎng)建設的加快，大都市的迅速崛起，都為充氣柜提供了大的發(fā)展空間。幾年前德國對工業(yè)電網(wǎng)使用的開關設備做過調查，當時充氣柜12kV級占5%，24kV級占9%，36kV級占19%。

但充氣柜并不能取代空氣絕緣開關柜。一般來說，充氣柜在同類開關柜中約占20%。對我國來說，充氣柜的制造還剛剛開始，尚缺乏運行經(jīng)驗。充氣柜由于制作難度大，屬于高科技產品，其價格為同類空氣絕緣開關柜的好幾倍，因而也限制了其應用。

4.3充氣柜的制造工藝

充氣柜對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，為了防止箱體變形，需對箱體內外抽真空，達到內外壓力平衡，才不致于箱體變形。對于12kV級充氣柜來說，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。對于40.5kV級來說，要關注絕緣設計，使得電場均勻分布，要講求加工精度，并注意清潔度，盡量少有雜質，特別是導電雜質，這就需要采用先進的數(shù)控加工設備等。

4.4國內外充氣柜的開發(fā)

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

近年來國外企業(yè)加大了充氣柜的開發(fā)力度，一代又一代新產品不斷涌現(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品，韓國現(xiàn)代集團的HMGS-G10型充氣柜及日進電器公司的DXG-40.5型充氣柜等。

充氣柜在國內已興起，國內許多企業(yè)已研制出創(chuàng)新的產品，例如西安高壓電器研究所的XGN46-40.5型充氣柜、天水長城開關廠的XGN69-40.5型充氣柜、西安森源開關研究所的GZX系列12kV/40.5kV充氣柜、上海希提愛斯電氣公司的N2S12kV/24kV/40.5kV充氣柜，上海平開華明高壓開關有限公司最近推出的ZFN413/40.5型充氣柜等。志碼：B文章編號：1003-0867(2007)11-0057-03

1GIS技術的進步

氣體絕緣金屬封閉開關設備（以下簡稱GIS），是由若干相互直接聯(lián)結在一起的單獨元件構成的，將斷路器、隔離開關、接地開關、母線、互感器、避雷器等主要元件裝入密封的金屬容器內，其間充以SF6氣體作為絕緣及滅弧介質，故具有體積小、占地面積小、不受外界環(huán)境影響、運行安全可靠、維護簡單和檢修周期長等優(yōu)點。因此備受用戶歡迎，發(fā)展非常迅速，已被廣泛應用于各類變電站。

GIS的進步表現(xiàn)在以下幾個方面。

首先，斷路器技術的發(fā)展在增大容量的同時減少斷口數(shù)。減少斷口數(shù)是提高斷路器和GIS技術經(jīng)濟指標的最主要措施，減少斷口數(shù)能簡化結構，提高可靠性，同時減少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，日本早已開發(fā)出550kV63kA/50kA單斷口SF6斷路器，我國最新也開發(fā)出550kV4kA/50kA單斷口SF6斷路器。

其次，GIS在殼體結構上從分相式，發(fā)展到三相共筒式，使GIS進一步小型化。目前國際上已經(jīng)做到300kV全三相共筒化，550kV母線三相共筒化。復合化是將多個元件組合在一個充氣筒內，如將斷路器和母線復合為一個充氣筒內，又將隔離開關、接地開關、避雷器和電壓互感器由原來多個氣筒復合為一個氣筒。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，如將隔離開關和接地開關復合成三工位隔離/接地開關，可省略電氣操作連鎖，不存在DS和ES間各種誤操作，顯著提高了運行可靠性。

第四，鋁合金鑄造和加工技術的發(fā)展使外形和體積最小化。GIS殼體有鋼板卷制、鋁板焊接和鑄鋁結構，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維修周期，并避免不必要的工作。GIS智能化技術可對GIS進行在線檢測，及早發(fā)現(xiàn)故障，防患于未然，又可對GIS進行狀態(tài)監(jiān)視，變“定期維護”為“狀態(tài)維護”。這樣做大大提高了運行可靠性，同時大大節(jié)省了維護費用，因而智能化會帶來巨大技術經(jīng)濟效益。

因此，GIS二次控制從傳統(tǒng)的電磁機械式走向智能化，這是電網(wǎng)自動化的需要，也是提高GIS可靠性的需要。請登陸:高壓開關網(wǎng)瀏覽更多信息

從世界范圍看，GIS以它的緊湊型設計和模塊系統(tǒng)可滿足用戶的不同要求，GIS經(jīng)過幾十年的發(fā)展，取得了很大成效。

2GIS在我國發(fā)展勢頭強勁

GIS在我國發(fā)展勢頭強勁，產量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計2005年550kVGIS的產量為107間隔，而2004年僅為8間隔，增長13.38倍。252kVGIS的產量為2899間隔，2004年僅為2280間隔，同比增長27.15%。GIS生產廠家猛增，包括國企、合資企業(yè)、民企。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計，現(xiàn)生產和研制GIS廠家約有20多家，在這20多家生產廠家中，都生產126kVGIS，也有生產252kVGIS，在生產550kVGIS廠家中，外企（合資）主要有ABB、Siemens、GE等企業(yè)。國企主要有西開高壓電氣和新東北電氣（沈陽）高壓開關有限公司（以下簡稱新沈高）。在2006年中國名牌產品中，西開高壓電氣和新沈高的72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備被稱為“中國名牌產品”。目前合資企業(yè)占國內市場相當大的份額，如占550kV斷路器和GIS市場的80%，占252kVGIS市場的50%，占126kVGIS市場的30%。但隨著國企實力的增強和民企的崛起，這種局面將會得到扭轉。

我國已啟動1100kV特高壓交流輸電工程，目前國內三大企業(yè)（西開高壓電氣、平高集團和新沈高）正在積極研制1100kVGIS和H-GIS。

3中國名牌產品GIS

在2006年的中國名牌產品中，有兩家企業(yè)的產品被稱為“中國名牌產品”，它們是西開高壓電氣的“XD”牌GIS和新沈高的“NHVS”牌的GIS。作為全國高壓開關行業(yè)的大型企業(yè)，西開電氣和新沈高GIS都達到了550kV水平，作為典型產品，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550kVGIS的需要，從ABB引進先進的GIS制造技術，經(jīng)消化吸收而研制成功的具有國際先進水平的產品。主要參數(shù)為550kV/4000A/63kA。SF6氣體年漏氣率小于0.5%。

其主要特點為：滅弧能力強，開斷電流大。斷路器采用小型化單壓式滅弧室和特殊噴口結構；噴口耐弧能力強，噴口采用專有技術制成，可連續(xù)開斷額定斷路電流20次，無需檢修；絕緣水平高，通過優(yōu)化電場和元件的結構尺寸及采用合理的屏蔽技術；鋁外筒無渦流損耗；絕緣拉桿強度高，通過10000次機械壽命試驗仍完好無損；流通能力強，斷路器采用螺旋彈簧滑動觸指和自立型觸頭，導電性好，熱穩(wěn)定性好；采用ABB公司HMB-8型彈簧儲能液壓操動機構；積木式設計，通用性強；可靠的密封結構。

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

ZF8-550型550kVGIS是西開高壓電氣消化吸收日本三菱電機株式會社550kVGIS技術而生產的產品。產品主要特點為：開斷能力強，最大開斷能力為67～70kA，滅弧室利用電弧電能增壓，利用湍流增強噴嘴氣吹能力，弧觸頭采用整體燒結的銅鎢觸頭；斷路器操動機構為氣動分閘、彈簧合閘機構；GIS中盆式絕緣子、絕緣筒、絕緣拉桿、絕緣臺等環(huán)氧樹脂絕緣件具有高度絕緣可靠性；GIS產品設計成若干運輸包裝單元，便于現(xiàn)場安裝，又可減少現(xiàn)場工作量；GIS的SF6氣體系統(tǒng)采用分散監(jiān)控方式，取消了SF6閥門和SF6管路系統(tǒng)，采用新型自封接頭和SF6密度計。

4中壓氣體絕緣金屬封閉開關設備（C-GIS）

隨著城市電網(wǎng)建設和改造以及大型工礦企業(yè)對開關柜的要求不斷提高，如智能化、小型化、免維護、全工況等，一種叫C-GIS（CubicleGasInsulatedSwitchgear）全稱為柜式氣體絕緣開關設備，俗稱充氣柜的開關柜近年來在國外迅速發(fā)展，在國內也已興起。

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高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發(fā)展概況分析