中压充气柜的发展及现状

1、中压充气柜的发展及现状来源: 发表时间:2008-12-11 9:53:041 引言1.1 概念 中压箱式气体绝缘金属封闭开关设备（简称C-GIS）是将一次回路主元件装在密封的金属箱体中，内充稍高于大气压的SF6 气体或其混合气体作为绝缘介质。并以电缆终端作为进出线，整个高压系统处于完全封闭的状态，不受外界环境条件影响。是整体小型化、高可靠性、免维护的气体绝缘开关设备。1.2 C-GIS 的优点 1)小型化。如40.5kV电压等级的C GIS 占地面积、体积与12kV 的空气绝缘柜相当。 2)可靠性高，不受环境影响。 3)免维护或少维护。 4)现场安装方便。1.3 C-GIS 的用途 在环境条

2、件比较恶劣的地区和污染严重的地方，最佳的中压配电设备就是C GIS。 在人口密集的地区、大型工矿企业、高层建筑等场合，因占地面积、空间限制，需要使用这种设备。我国诸多城市正在建设或筹建地铁、轻轨，每条地铁线路需要C GIS 约200 面。2 C-GIS的发展过程及发展趋势2.1 C-GIS 的发展过程 起初开发的GIS 是充0.25MPa 以上额定压力的SF6气体，与此充气压力相适应采用圆筒形外壳。1980 年，日本开发了充气压力为0.2 MPa以下并采用柜形外壳的84kV电压等级的CGIS。1982年西门子公司首先研制出配真空断路器的8DA10/8DB10 型C GIS。其结构布置很像高压G

3、IS，是单相圆筒式结构。以后，各大电气公司纷纷推出自己不同系列的中压CGIS；如ABB 公司的ZX0、ZX1、ZX2 型；三菱公司的20-GX、30-GX型；西门子公司8DH10、NXPLUS 型等C GIS。从国外中压C GIS 发展过程可以看出以下特点。 1)箱体从圆筒型向柜型方向转变。西门子、三菱、AEG 公司早期产品是圆筒形，但其后期研制的产品都改为柜式结构。这是由于柜式结构CGIS具有的体积小、占地面积小、维护性能好、结构简单等特点决定的。 2)对结构进行简化。早期研制的C GIS 分成很多气室：母线、隔离开关、断路器、电流互感器及电缆进出线等气体间隔。但由于C GIS 不受环境的影

4、响，可靠性高、不易维护等的特点。现在国外研制的C GIS只剩下1个或2个气室。 3)元件向组合化发展。几乎所有的中压C GIS 都是把隔离开关和接地开关组合成一体成为三工位隔离接地开关。现在ABB 公司的ZX1、ZX0型C GIS，AEG 公司的EC02 型C GIS 将三工位隔离开关同断路器组合成一体，电压互感器、电流互感器组合成一体。使得元件更加简单，操作调试更为简便。 4)简化主接线方式。目前的开关柜主接线在断路器两侧都有隔离和接地开关。而国外现在中压C GIS 将线路侧的隔离和接地开关取消。这样大大简化开关柜的结构、降低制造成本。 5)实现控制、监测、保护、诊断、显示等智能化。将传统的

5、电磁式电压互感器、电流互感器改为新型的传感器。如ABB 公司的ZX1、ZX0 把电流互感器用Rogowski线圈替代。元器件的体积减小了、动态测量范围大、可靠性高、成本低。2.2 发展趋势 1)研究非SF6气体中的绝缘技术，实现 C-GIS无SF6化。 2)故障诊断系统。 3)智能化，实现状态监测，建立计算机辅助维护系统。 4)通过模块化、小型化设计，降低中压C GIS 的成本。3 开发C-GIS 的技术和制造基础3.1 技术基础 1)真空断路器的可靠性提高为将真空断路器密封在SF6 气体中提供了条件。 2)低压力SF6 气体绝缘技术。对SF6气体的研究得出提高气体压力对不均匀电场耐受电压的提

6、高没有太大作用。由此表明设计C-GIS 时按接近大气压的充气压力设计。这对解决密封壳体的强度、刚度、密封性等问题有很大帮助。 3)低压力气体中的散热。同等压力下SF6气体的分子量大、粘度小，对流传热比一般气体更为有效。同时可采用一些散热措施，解决温升问题。如：降低导体损耗、降低涡流损耗、提高辐射率、增大散热面积、采用冷却技术等。 4)随着计算机技术的发展，数字化技术应用，开关柜的智能化成为现实。3.2 工业制造水平基础 1)壳体焊接工艺。壳体焊接工艺是C GIS 的密封箱体制造的关键工艺。国外先进的高压开关制造业壳体焊接自动化程度高，且普遍采用激光焊接。我国大中型开关制造企业经过近几年的技术改

7、造，大量引进了国外先进的焊接设备及焊接检验设备。使壳体焊接工艺得以解决。 2)机械加工工艺。为保证产品的密封性、电场均匀性、零部件的位置精度和尺寸精度，需要采用先进的数控加工设备。我国近些年加工数控化水平有了长足进步，不仅数控机床拥有量明显增长，而且数控机床利用率也明显提高。激光切割技术得到广泛应用。 3 ) 柜体的钣金工艺。近几年，GZS1开关柜的广泛使用，使组装式开关柜成为中压配电设备的主要设备。GZS1采用敷铝锌板制作。这种钢板具有很高的抗腐蚀、抗氧化性能,因而省去了表面处理工序，避免了环境污染。另外这种材料的成型性、定型性和冲剪性都非常好。为制作高品质的开关柜提供了条件。用敷铝锌板制作

8、开关柜，采用多重折弯工艺，使2 mm的板材具有4 mm角钢的强度。用拉铆工艺解决板料的连接。GZS1 的推出，推动了开关柜制造厂生产设备的更新换代。为C GIS 的生产打下坚实的基础。4 国外同类产品的概况 目前国外生产C GIS 的厂家有ABB、西门子、东芝、三菱、AEG、瑞士SE、意大利MG、Alstom。下面介绍ABB 和西门子的代表产品。4.1 西门子公司的NXPLUS 型C-GIS 图1 所示的NXPLUS 型C GIS是西门子公司1998年推出的。它将GIS概念与常规固定式开关柜概念在现代绝缘技术、加工技术、数字技术基础上有机地结合，充分利用了SF6良好的绝缘性能，充分发挥了空气绝

9、缘固定式开关柜的灵活性。采用模块化结构，模块多样化。可拼接成各种主接线方案，是具有高度灵活性的新一代智能化气体绝缘开关柜。适用于单母线，根据主接线方案的需要将气室划分成二气室或三气室。各气室之间用标准的固体绝缘连接器连接。连接器外面根据需要可安装穿心式电流互感器。固体绝缘连接器模块还作为柜与柜之间的母线连接。母线室装有一个转动闸刀式三工位隔离开关。所有充气外壳由不锈钢板焊接。电压等级24 kV、40.5 kV。SF6气体额定压力为0.05 MPa（20表压)，额定电流2 500 A，额定短路开断电流31.5 kA；外形尺寸为宽600mm，高2 450 mm，深1 600 mm。 一体小型化真空

10、断路器水平卧式排列，性能稳定、可靠、免维护。 三工位隔离开关为转动闸刀式，沿柜深方向布置，由绝缘连杆实现三相联动，并实现三个工位。 气室分为母线气室和断路器气室。母线气室装有三工位隔离开关。断路器气室除装有断路器外，还装有外锥式电缆插接件，并带有外锥式电压互感器连接插座，电缆在柜体下方前部出线。母线气室和断路器气室间可安装电流互感器，外锥式电缆插接件处也可安装电流互感器。各气室都是由不锈钢板焊接而成，均装防爆安全膜。 数字式控制器安装于面板上，可编程、显示、控制，用于控制和保护。多条电缆并联，柜体下方出线。4.2 ABB 公司ZX2 型C-GIS 图2 所示的 ZX2 型C GIS 是新一例。

11、各母线气室装有一个直动式三工位隔离开关。所有充气外壳由不锈钢板焊接。各部件、元件标准化，数量少、组合方便。母线气室与断路器气室间用气隔绝缘子连接。柜与柜之间用复合绝缘母线连接器连接。电压等级1236 kV，额定电流2 500 A，额定短路开断电流31.5 kA，充气压力0.2 bar(表压)柜体外形尺寸为宽600 mm，高2 300 mm，深1 710 mm。1 250 A以上柜宽800 mm。 一体小型化真空断路器水平卧式排列，性能稳定、可靠、免维护。配有光纤位置传感器。和密封盖板一起作为一个部件独立装配、调试。 三工位隔离开关为直动式，圆形导电杆，绝缘丝杠转动使导电杆直动实现三个工位，气隔

12、绝缘子即作支持绝缘子又做绝缘套管。零件数量很少，电场分布均匀。配有光纤位置传感器，实现位置信号的传输与切换。 使用现代电流/电压组合式传感器，体积大大缩小，成本降低。可时刻准确地对系统的参数进行监测，并根据状态信息对需要维护时提供必要的信息和提示，减少了维护成本，增强了系统的可靠性。 智能型二次系统，控制和保护单元本身执行所有开关操作和实行任何形式的误操作的联锁。可显示所有设备的状态和测定值。5 GZX 系列C-GIS 概况 GZX 系列C GIS 是以西安森源开关技术研究所为主，联合制造厂家开发的电压等级1240.5 kV,电流等级6302 000 A的产品。该系列产品是在吸收了国外先进产品

13、的技术的基础上，具有自主知识产权的产品。5.1 主要技术参数见表15.2 外形尺寸 GZX 系列C GIS 的外形尺寸如图3、图4 所示。5.3 总体结构 GZX 系列C GIS 采用单气室结构。采用模块化设计，由仪表箱、充气箱、泻压通道、电缆室四部分组成。主要元件为 ：母线联结器、三工位开关和断路器组合单元、避雷器、电流互感器等。柜壳材料为敷铝锌板。控制部分采用自行开发的智能控制单元。 充气箱体由3 mm 不锈钢板焊接而成，通过内部加强筋、加强板保证箱体的强度；断路器以VS1 为蓝本进行改进。三工位开关安装在水平布置的绝缘筒上，与断路器构成一体。三工位开关、断路器及其操作机构安装在同一块铝合

14、金板上。这种结构使安装和调试工作变得简单。 密封技术是CGIS的关键技术，GZX 系列C GIS 的静密封采用氟橡胶密封圈，动密封采用金属波纹管密封，特别是三工位开关的动密封，三工位开关的动作为多圈旋转，专门设计了一种波纹管转动密封结构解决动密封问题。 三工位开关导电部分采用弹簧触指做导电元件。 母线连接采用固体绝缘母线，现场安装时不涉及SF6气体操作。6 结束语 1)综上所述，从技术角度和制造工艺水平来看，我国已经具备生产C GIS 的能力。 2)GZX 系列C GIS 是在吸收和借鉴国外产品的基础上，开发的具有自主知识产权的产品。技术水平达到了国际先进水平。智能化的中压C-GIS作者：佚名

15、转贴自：电力设备点击数： 1666更新时间：2007-4-14摘要： 柜式气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）是正在兴起的一种中压成套电器设备，它具有体积小、可靠性高，可适应多样性及多变环境条件等优点。文章叙述了C -GIS产品的智能化技术问题、保护测控技术、在运行中的状态监测和诊断技术(如SF6气体密度监测、含水量监测、断路器机械故障监测等)，对使用在C -GIS中的传感技术也作了介绍。关键词： 电力系统；柜式气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）；智能化测控；在线监测；SF6密度继电器；供用电中压柜式气体绝缘金属封闭开关设备（Cubicle Type Gas Insulated Swit

16、chgear，C-GIS）是正在兴起的一种中压成套电器设备,它把高压开关设备中充气隔离室产品的设计技术应用到了中压产品中。由于采用了充气隔离室，因此C -GIS具有体积小、可靠性高，可适应多样性及多变性环境条件（如化工、湿热、高寒及船用等）等优点。由于高压电器产品标准GB 7674中已包括了C-GIS的标准，所以中压C -GIS通常也统称在GIS内，只有在强调结构为柜式时才叫C-GIS。C-GIS的特点是：C-GIS的充气隔离室封装后无法再对其内部的元件进行调整和维修，因此在C -GIS产品的装配过程中，对需要装入的零部件必须预先进行更加严格的检查和确认。充气隔离室的密封及漏气。在产品装配过程

17、中要特别重视结构的密封性，并且在装配后还需要进行严格的检漏测试。充气隔离室内主回路布置更精细。在安装主回路时，要注意零部件的外形、表面精度及连接用紧固件的表面形状和表面粗糙度。充气隔离室内要充入0.05MPa左右的SF6气体。1C-GIS产品的保护测控技术智能化测控装置的核心器件是微处理机,它充分利用数字技术和软件,将保护、监视、控制、测量与通信集于一身，在相同的硬件环境下，可实现多种功能：基本保护功能。有方向或无方向的过流和接地故障保护，零序电压、过电压和低电压保护，断路器失灵保护，低周减载及自动重合闸等功能。控制功能。保护跳闸、合闸，远方、就地控制，以及各种信号控制，控制对象的显示等。测量

18、电量功能。可测量相电流、相间和相对地电压、零序电压和电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数和电能等。通信功能。可实现与机就地通信或通过变电站通信系统与远方通信，装置一般可支持Modbus协议和标准通信规约 870-103等，标准接口包括、，通信介质可利用双绞线、光纤等。监视功能。断路器状态监视、跳闸回路监视和本机运行自检。智能化保护测量装置与传统的二次技术相比，其接线更加简洁、紧凑，功能更丰富，且具有更高的可靠性，操作面板上有完整的键盘、液晶显示、信号指示、菜单操作。其典型结构如图1所示。 图1智能化保护测量装置示意图 装置通过采集电压和电流信号，断路器位置和状态信号及开关量输入信号，高速独

19、立完成数据处理，实现保护、监视、控制、显示等功能，并且通过通信接口把这些信息进行上传。2中压充气柜的传感技术 由于现代电网向输配电系统自动化方向发展及高压电器设备发展，传统的电磁式电压、电流互感器产品已不太适应电网发展的需要。他们对电流、电压互感器不仅提出了小型化、高可靠性的要求，而且还要求它具有高低压完全隔离、频带宽及无铁磁饱和等特点。新型电子式电流互感器（罗柯夫斯基电流传感器）及新型电子式电压互感器（电阻式电压分压器）是C-GIS中压充气柜的最重要传感器。2.1罗柯夫斯基电流传感器罗柯夫斯基电流传感器与传统的电磁式互感器相比，它没有铁心饱和问题，具有传输频带宽、抗干扰性能优异、尺寸小、质量

20、轻等优点。罗柯夫斯基线圈是将导线均匀地绕在一个非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。罗柯夫斯基线圈的等效电路如图2所示。 I(t)母线电流；N线圈匝数；RL线圈电阻；L线圈自感；R0信号电阻图2罗柯夫斯基线圈等效电路图 在信号电阻R0上输出的电压为 一次电流为 罗柯夫斯基线圈电流传感器具有如下特点：当L很大时，一次电流I(t)=-Nu2(t)/R0。误差1%（在外补偿情况下可达到0.2% ）。频带宽，从几Hz到几MHz。线性范围大，一直到大于短路电流时才饱和。 2.2电阻式电压分压器电阻式电压分压器电路图如图3所示。由于测量系统的输入阻抗一般为1M以上

21、，因此它对电阻式电压分压器的影响极小。对于12kV或40.5kV系统，完全可利用图3所示的电阻式电压分压器将一次电压变换成510V，分压比；由于测量系统的输入阻抗1M,所以R2一般取10k左右；TV是过电压保护装置,一旦R2被损坏,则可以限制电压U2升高,起到了保护测量系统的作用。德国西门子公司使用的电阻分压器(DUROMER GmbH型GST10)如图4所示,其参数如下:最大操作电压为12kV；分压比为37001；绝缘水平为28/75kV；额定频率为50或60Hz；一次额定电压为；带宽为01000Hz；二次额定电压为；精度为1/3P级。 图3电阻式电压分压器 图4GST10电阻分压器 为了提

22、高电阻分压器的精度,必须采用合理结构及参数。一般在分压器的高电压端加设高压屏蔽罩,增加高压引线对分压器本体的杂散电容,这样可以抵消分压器本体对地杂散电容CG的影响。在低压侧加设低压屏蔽罩，则可起到控制分压器本体对地杂散电容值的作用。要合理地选择R1的大小。如果R1选得太小，分压器就会流过更多电流，致使热损耗太大，不利于阻值稳定；如果R1太大，则负荷回路会影响分压器的分压比。2.3感应式接近传感器断路器分、合位置的检测，如果采用传统的有触点辅助开关，则会由于污染（包括霜）现象、触头氧化现象，而经常使辅助开关触头接触不良，甚至失效。ABB集团公司所属Calor-Emag公司早已使用感应式传感器取代

23、了传统的有触点辅助开关。感应式传感器原理图如图5所示。1操作面；2动作范围；3LC振荡回路；4脉冲形成；5输出(带LED)；6壳体(外部有M12螺纹)图5感应式位置传感器 感应式传感器的基本工作原理是根据导电材料中涡流损耗会引起谐振回路品质因数Q值下降,导致振荡衰减这一原理。由LC振荡回路产生的高频交变电场，在传感器的操作面处呈现较强，此时如果有一导电材料（被运动体）接近操作面，由于高频交变电场会在导电材料内产生涡流，消耗了振荡回路中的能量，结果使振荡幅值减小，此变化信号送入后面的脉冲形成级，并根据振荡幅值变化的大小，产生一上升沿很陡的脉冲，输入晶体管驱动级并产生1个1030V的信号。装在传感

24、器内的发光二极管显示受控状态，在另一端面，利用一根三芯聚氟脂绝缘导线提供工作电压，并获得被测信号。通过适当选择操作面位置, 感应式传感器就能很精确地检测操作位置。由于这种传感器密封在壳体内，因此重污秽、腐蚀、高温、外磁场等环境变化不会影响传感器的性能；由于无触头，因而不会出现因表面腐蚀、烧损所致的接触不良现象。另外，由于其体积小，且带外螺纹，所以安装极为方便。增加安置感应式传感器数目，可以增加观察物理量。这种感应式传感器无接触、无触点、无烧损，可使用在操作频繁的场合。使用这种电子感应式传感器，可达到免维护，可保证高可靠性和长寿命。3状态监测和诊断技术 3.1SF6气体密度监测当高压设备的气室充

25、有SF6气体后，要判定其是否已满足绝缘或灭弧的要求时，常常用SF6气体密度这个概念来衡量，因为SF6气室内的绝缘强度取决于SF6气体密度值的大小，即单位体积内SF6气体的分子数，它与温度无关。而密度值的大小是通过20时充气压力来体现的。为了保证C-GIS高压电器设备安全可靠运行，必须对SF6气体的密度、含水量等参数进行严格监测，如果这些设备发生泄漏，SF6气体密度降低，就会产生开关设备耐压强度降低、断路器开断容量下降等严重后果。对SF6气体密度的在线监测原理及方法见文献3。3.2SF6气体含水量测量SF6气体微水含量测量多为离线测量，其方法有镜面冷凝法和电容法2种。镜面冷凝法测量准确度较高，但

26、需要强迫使被测气体流动，无法用作SF6气体微水含量在线检测。电容法不需要被测气体流动，但测量的精确度较差即湿敏电容传感器长期稳定性较差，如Al2O3介质传感器存在永久性漂移缺陷。文献1显示，高分子薄膜介质的湿敏电容长期稳定性好、精确度高、响应快，可用来在线测量GIS/CGB封闭成套电器中SF6气体的微水含量。3.2.1湿敏传感器传感器选用法国Humirel公司的湿敏传感器HM1520，它适用于低湿环境测量，且长期稳定性好、抗化学腐蚀能力强、响应速度快，其湿敏电容介质是高分子薄膜材料，介电常数为1，水的介电常数为2,高分子材料在吸收水分后的介电常数为。式中，2为高分子薄膜中吸收的水的体积分数,随

27、环境中水蒸气的气压而变化。在低湿条件下，RH，电容量C正比于，因此测试C值就可求出RH值。HM1520集成化湿度探头有Us、Uout、地 3个引线端子,把2个谐振回路的电容量转化为频率，获得差频信号，再经过F-V转换、滤波及放大则可得到反映RH的电压信号。这2个谐振回路中，一个谐振回路的电容量随环境的相对湿度的变化而变化，另一个谐振回路的电容量是不随环境湿度变化的参考电容。3.2.2传感器的安装可以将湿度传感器安置在设备内，使它处于SF6气体循环回路中，对SF6气体的湿度变化进行实时监测。为了装卸方便，可以将湿度传感探头装于设备取气口外接的在线监测的测量腔体中，这样通过取气腔体与被测气体自扩散

28、相连通。3.3断路器机械故障的监测3.3.1断路器合、分闸线圈电流的监测如果高压断路器的操作机构是电磁操动机构，其合、分闸线圈的电流一般由直流电源供电。经验表明：合、分闸线圈的电流可以作为诊断机械故障的信息，合、分闸线圈的电流信号可由补偿式霍尔电流传感器给出。给出的合、分闸线圈的电流信号如图6所示。 图6合、分闸电磁铁及的合、分闸线圈的电流波形 图6中,t0是起始时刻，是合、分过程计时的起点；t1为线圈中电流引起的磁通上升到足以驱动铁心运动的时刻，即铁心开始移动的时刻；t2为铁心已触动（开始）操作机构负荷的时刻，也是开关触头开始运动的时刻；t3为开关辅助接点切断电源的时刻，即电磁线圈回路断开的

29、时刻。利用比较电流波形的变化或差异，可以诊断出操作机构的故障程度。3.3.2行程、速度的监测断路器触头的刚分速度对灭弧性能影响很大。适当提高刚分速度对减少电弧能量、减少零部件的烧损有很大作用。但过分增大刚分速度不一定能提高灭弧性能，反而会加重操动机构的负担。同样，断路器触头的合闸速度对灭弧性能也有很大影响。因此，对断路器触头的行程、速度特性的测量及在线监测是很重要的。为了实现正确测量，必须选取合适的位移传感器，如线性梯度磁场传感器、旋转光编码传感器。3.3.3机构操动时振动信号监测断路器在实现合、分闸的过程中，操动机构、连动机构及触头的运动和撞击会产生一系列振动信号。在断路器体内，采用频率响应

30、为几十kHz的加速度传感器可以对振动信号进行采集，再经信号处理单元可以得到一系列可反映断路器振动参数的量，即可判断路器的机械特性。如果振动事件的出现时间和事件强度相对于正常状态下的参数发生明显变化时，则说明机构已出现了问题。3.4封闭箱内母线联接处异常温升的在线监测ABB公司开发的母线联接处温升在线检测装置原理图如图7所示。1高压电流母线；2变压器矽钢片；3温度变换、发射装置（高电位处）(a.温度传感器；b.电源；c.红外发射器)；4红外光；5红外光接收器；6温度接收装置（低电位处）图7温度测量装置原理图 该温度检测装置使用了石英传感器，每一个传感器有一个电流源，电流通过母线时交变电磁场提供了

31、温度传感器探头所需的电源才进行温度测量。母线电流40A（50Hz）时探头能正常工作，短路故障所产生的短路电流不会损坏传感器。因为在测量点有强的电磁场，所以通过数字信号传递方案更为适合，输出的数字信号（频率）与温度有关。传感器特点是体积小、准确度高、耐老化性好，且价格便宜；它由石英晶体、辅助电源及信号输出回路组成，可以方便地安装在母线联结处；采用红外调制发射技术，一个红外发光二极管把高电位处温度值发送到低电位处的红外接收器上，可以把许多传感器的测量值送到同一接收器上。1992年5月，ABB提供的新型温度监视系统，在一面中压开关柜12个接点处（母线接触处）的暴露部分安装上这种尺寸极小的温度电子传感

32、器。一般情况下仅需使用9个传感器，因为开关下面接线与电缆终端的距离很近。其中，3个传感器装在母线联接处；3个装在开关连接线的上端，另3个在电缆终端。3.5通电性能监测异常温升的监测方法一般采用将开关设备停止运行的监测方法,即将开关设备停止运行，然后测定其主回路的电阻值；还有一种是参考文献2中提到的测温方法。这里介绍另一种监测方法SF6气体成分监测法。由于接触电阻增加、涡流损耗等因素，将导致局部过热，产生气体分解。如温度达到200，则金属会成为SF6气体分解的催化剂，SF6气体开始分解 这样可利用对气体成分敏感的由固体电介质晶体制成的传感器检测出SF6气体的成分。专家认为:的过程要经历1年半以上

33、的时间，而该传感器可以在半年时间内连续检测，以此判断SF6气体的分解趋势，并作为发生事故的依据。4几点看法 （1） C-GIS充气柜是中压开关制造、成套及工艺等技术综合提高的体现，充气柜最大特点是柜内元件不受外界环境影响，同时由于使用了SF6绝缘气体，大大缩小了柜体尺寸，从而减少了占地面积。（2） 为了做到开关柜的小型化，除使用SF6绝缘气体外，还要采用及开发先进的断路器，如日本三菱公司开发的多功能真空灭弧室，有2对触头：对用于开断和隔离，另一对用于接地；1根绝缘拉杆及真空管中的软连接。据报道，使用它制成的24kV、630A、25kA开关柜尺寸宽高深仅有1100mm1500mm4500mm。其

34、中采用了先进的电子式互感器。（3） 在开发C-GIS充气柜的同时，应对环保型成套开关装置给予一定重视。虽然SF6气体是用于高压开关设备的性能优良的绝缘与灭弧介质，但它属于温室效应气体，因此对SF6气体的使用及排放应加以有力控制。国外公司已取得一些进展，如2002年7月日本富士公司开发出压缩干燥空气绝缘柜C -GIS 2100，充气压力为0.05 MPa,额定电压为24kV，额定电流为600/630A、1200/1250A。（4） 为了提高供电可靠性，减少设备故障率，配电网必须实现自动化；为了减少C-GIS充气柜运行期间的成本，设备的维护方式将由定期维护转变到状态维护，这意味着在开发C -GIS

35、充气柜产品时，必须高度重视C -GIS充气柜的智能化技术，即智能化测控技术及以信息技术为基础的在线监测技术。5结束语 目前，我国40.5kV电压等级空气柜体积大、强度差，因此开发出40.5kV等级的C-GIS较为迫切。应同步开发具有智能化功能的C -GIS产品，以适应配电自动化的要求。近几年来，我国40.5kV电压等级SF6断路器、真空断路器的技术水平已有很大提高，中压智能化水平也有很大提高，因此有理由相信，我国完全可以开发出先进的C-GIS产品。1997年举行的防止地球转暖的京都会议上指定SF6是温室气体，需要规定排放，京都议定书已于2005年2月6日正式生效。在减少6种温室气体使用方面，我

36、们面临严峻挑战。SF6气体是C-GIS电器设备使用的关键气体，现在必须使用，但要慎重。因此目前除了防止SF6气体泄漏外，还要积极开发不使用SF6气体的高压电器设备及寻求其他绝缘性能优异的介质。6参考文献1李明芸,江秀臣,赵子玉,等.组合电器中微水含量在线监测实验研究.高电压技术,2004(3).2DLAUS D W. The evolution of transmission and distribution network operating practice and its effects on switchgear requirements. CIGRE SC-13,1998.3陈振生.

37、气体绝缘金属封闭开关设备的状态维护技术.电力设备，2005，6（9）：4043.中高压开关设备的发展及其在工业企业的应用 时间：2008年11月12日 来源：中国水泥网我国大型工业企业电源进线主要有35kV，66kV（东北地区），110kV和220kV（如特大型钢铁企业）四种电压等级。我国大型工业企业电源进线主要有35kV，66kV（东北地区），110kV和220kV（如特大型钢铁企业）四种电压等级。企业总降压变电站按一次设备可分为两种，一种是由分立器件如SF6断路器、隔离开关、互感器、避雷器等组成的传统变电站，其缺点是占地面积大，气候适应性差，故障率高

38、；另一种是近几年随着技术的不断进步和产品价格的下降，出现了由金属封闭组合电器（GIS、PASS、C-GIS）或敞开式组合电器等组合电器组成的新型变电站。而真空断路器作为主流中压开关设备也早已大量应用于工业企业。本文根据作者使用的经验，对几种中高压开关设备及选用注意事项进行介绍，供同行参考。1、组合电器1.1 GIS1.1.1 GIS的特点六氟化硫绝缘金属封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgeer），简称GIS。它是将一座变电站除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等元器件组合封闭在接地的

39、金属壳体内（仅把进出线套管或电缆终端裸露在外部）充以一定压力的SF6气体作为绝缘介质组成的成套开关设备。它有以下优点：1小型化，如国产ZF126系列三相共箱紧凑型GIS，最小间隔宽度为0.8m，标准间隔占地仅有2.9m2。一般220kV GIS设备的占地面积为常规设备的37%；110 kV GIS设备占地面积为常规设备的46%左右。2可靠性高。3安全性好，带电部分封闭在接地的金属壳体内，因而没有触电危险；SF6气体为不燃气体，所以无火灾危险。4环境适应性强，适用于环境条件恶劣（如严重污秽、冰雹、多风雪、多水露、高海拔、多地震等）地区。5灵活性强，可任意组合（即将一部分设备组合在GIS内部，另一

40、部分仍采用传统分立器件置于GIS外部）；可根据要求组成多种接线方式；既可室内也可户外安装。6安装周期短，GIS设备的各个元件通用性强，采用积木式结构，组装在一个运输单元中，运到施工现场就位固定。现场安装的工作量比常规设备减少了80%左右。7几乎免维护，更易于变电所无人值守。1.1.2 GIS的结构GIS一般由实现各种不同功能的单元组成，称间隔，主要有进（出）线间隔、母联间隔、母线计量保护间隔等七种间隔，并根据用户的不同要求可实现线变组、单母线、单母线分段、桥型接线、双母线等不同的接线方式。下图是企业中常用的接线形式线变组接线一次主接线图。GIS的气体系统可以分为若干气室，各气室分别由相应的密度

41、控制器检测气体压力。GIS一般每个间隔设有一个就地控制柜，各元件控制、状态信号，各气室密度检测信号，以及电压电流互感器二次出线全部引到就地控制柜（汇控屏LCP），并通过就地控制柜与主控制室相连。1.1.3 国内GIS的主要生产厂家GIS从上世纪60年代问世以来，一直处于发展之中，在保持高可靠性的同时减少材料用量和降低成本。从世界范围看，GIS以它的紧凑设计和模块系统可满足用户的不同要求。我国GIS生产始于“三大开”，1979年平高引进法国M.G制造技术，1985年西高引进日本三菱、沈高引进日本日立制造技术。目前产量较大的除“三大开”外，还有山东泰开、北京北开、如皋高压、上海华通等十几家。合资品

42、牌有平高东芝、厦门华电、上海西门子、北京北开日新等。1.2 PASS目前高压开关设备在国际上从绝缘介质分共有三种类型：一种为空气绝缘开关设备（AIS），另一种为气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），第三种为新出现的混合技术开关设备（MTS）。MTS是将多种电气设备组合在一起的单相组合电器，不带母线，利用出线套管通过软导线与敞开式母线连接。且由于出线套管为空气绝缘，因此它与AIS电气设备相间距离相同（如550kV为8m），不能缩小设备的间隔（横向）尺寸。这是它与带SF6气体绝缘母线、相间距离较小的GIS的主要区别。PASS就属于典型的MTS。1.2.1 PASS与GIS的比较PASS是ABB基于多

43、年GIS制造、运行经验而生产出的一种新型产品插接式开关系统（Plug And Switch System，简称PASS），它和GIS一样，采用SF6气体绝缘，但它是将断路器、隔离开关、接地开关、互感器组合安装在一个封闭接地的金属壳体内的单相组合电器，是 GIS的简化和改进。 简化之处：1省去供设备检修用的线路侧隔离开关一台和接地开关一台。2 两台隔离开关和一台接地开关共用一个气室，三工位设计共用一个操作机构。3采用可控操作技术（CAT控制器），取消了断路器合闸线圈。改进之处：1、以先进的组合式电流/电压传感器，取代传统的电流互感器、电压互感器，不仅使体积大大减少，同时测量精度大为提高，另外该传

44、感器还具有对自身SF6气体密度进行测量的密度传感器和储存传感器参数的可读写储存器的功能。2、断路器采用液压弹簧操动机构，可靠性高，含油量少（小于2L），无油压表和油管，与传统液压、气动、弹簧操动机构相比，体积大为减少。3、采用复合套管，具有以下优点内层使用由环氧树脂和玻纤浇铸成的管状支柱，保证机械和绝缘强度。外层包以硅橡胶，保证爬电距离。表面憎水性，防止形成潮气膜和固体沉淀，免除清洗工作。外部或内部闪络不会引起套管爆裂，套管重量减少40%。4、采用智能间隔和就地控制单元，每一PASS间隔配置1台就地控制柜，内设控制及保护单元，即将二次技术集成化。整个PASS的测量、保护、控制等功能就地完成，并

45、通过总线接口及光纤与变电站综合自动化系统相连，与传统变电站相比，一个间隔连接线从200500条减少至3060条，降低80%。5、采用了预安装技术，整套设备在出厂前安装、调试完毕。设备运抵现场后，一个PASS间隔在数小时之内即可安装完毕，实现了“即插即用”功能。1.2.2 PASS变电站与其它变电站投资比较（仅供参考）1.2.3 PASS选用1、PASS共有三种型号。PASSM0：工作电压145kV，额定电流2500A，额定断开电流31.5kA、40kA；PASSM1工作电压300kV，额定电流3150A，额定断开电流40kA、50kA；PASSM2：工作电压550kV，额定电流4000A，额定

46、断开电流60kA。2、所有的PASS都是单相设备，即其标准间隔都是单相的，三相线路是由三个独立间隔组成的，相间绝缘（间隔之间）与常规变电站一样是空气绝缘，而GIS大部分是三相共箱的，即在一个封闭的金属壳体内，相间绝缘是SF6。3、目前国内几家较大的代理商有云开电气，江苏华源，北京国电博纳，珠海泰坦科技等，正常均有成品库存，并且都承诺：如果PASS内部出现故障，则会提供一台新的成品供用户使用，然后把有故障的返回ABB在国外的工厂解体维修。1.3 C-GIS柜式气体绝缘金属封闭开关设备，国际上简称C-GIS或有称GIS，它是高压GIS产品向中压开关设备领域拓展而形成的新技术产品，是一种用于635k

47、V或更高电压输配电系统以接受或分配电能并能对电力系统正常运行和故障情况下实行控制、保护、测量、监视、通讯等功能的新型开关设备。把GIS的SF6的绝缘技术、密封技术与空气绝缘的金属封闭开关设备制造技术有机地相结合，将各高压元件设置在箱形密封容器内，使之充入较低压力的绝缘气体，利用现代加工手段而制成的成套系列化产品称之为柜式气体绝缘金属封闭开关设备，简称C-GIS（Cubicle type Gas Insulated Switchgear），俗称的充气柜往往指的是C-GIS 与充气环网柜的统称。1.3.1 C-GIS的发展高压GIS 于上世纪60 年代走向实用化，而C-GIS在上世纪80年代初开始

48、研制，90年代中期，在 2436kV电压等级出现了以配真空断路器为主和方形密封箱体为主的产品，到了2000年左右，中压C-GIS的发展有了一个飞跃，一是采用计算机技术、传感技术使产品进入智能化时代；二是采用新型的固体界面绝缘插接技术，现场安装已开始不需要抽真空、充气；三是密封箱体采用薄不锈钢板焊接结构，并开始采用激光焊接技术。采用压缩空气作绝缘介质的24kVC-GIS问世，并在电网上运行。我国于1996年下半年由西高所组织六厂一所开始研制40.5kV C-GIS，2001年样机通过了全部型式试验。C-GIS近几年在国际上发展速度很快，形成了系列化、信息化的高新技术产品，逐渐成为金属封闭开关设备

49、的一个重要分支。ABB、西门子、Alstom、日立、三菱等各大电气公司都有7.240.5kVC-GIS系列产品。1.3.1 C-GIS的结构特点1、尺寸小，节省安装空间。如国产40.5kV C-GIS，柜体结构为箱式单母线一或二气体隔室，柜宽800mm，深1500mm，高2300mm。2、气体压力低，经济。现在国外7.224kV C-GIS主要采用压缩空气，氮气绝缘，在40.5kV产品中仍然采用SF6气体绝缘。国产40.5kV C-GIS气体额定压力为0.04MPa（20时表压），相当于高压GIS的十五分之一到十分之一。3、免维护，有利于无人值守。由于压力低且采用激光或氩弧焊，气箱密闭性很好，

50、气体年泄漏率一般小于0.1%，使用年限在于20年以上，能适应各种恶劣环境。4、安全性好。C-GIS解决了传统开关柜由于绝缘下降、接触不良及小动物入侵引起的三大类事故，同时由于电气和电缆的模块化插接技术可以防止接触带电导线，避免了由于误操作导致的危险。1.4 ZCW系列 敞开式组合电器由于GIS和PASS价格较贵，有些厂家（如山东泰开）又研制出以空气做外绝缘SF6气体作为灭弧介质的成套组合电器，用于三相交流输配电系统的控制与保护，亦可用于联络断路器及开合电容器组的场合。它的价格在GIS和传统器件之间，35kV，66kV，110 kV电压等级均有相应产品。其特点如下：将断路器、隔离开关、接地开关、

51、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等元器件组合有机地组合在接地的钢支架上，结构紧凑。其所占空间只有分体式的30%50%，具有节约用地，减少工程造价等显著特点。整个间隔工厂预制，在出厂前完成装配及所有的调试并整体运输到安装现场，极大地缩短安装周期。断路器可整体下降检修或置换，本体故障停电时间最少可缩短至3小时以内。布置灵活，可靠性高。国际上ABB瑞典工厂HPL型245-550kV组合电器、LTB型145-170kV组合电器(COMPACT)和意大利工厂LCW型145-170kV组合电器(COMPASS)，阿尔斯通AIMS型组合电器属于空气绝缘敞开式组合电器系列；西门子HIS型组合电器，三菱MI

52、TS型组合电器，东芝的GID型组合电器，阿尔斯通GIM型组合电器，ABB瑞士工厂PASS型组合电器均属于SF6气体绝缘金属封闭式组合电器系列。2、中压真空断路器2.1.1真空断路器的发展历程真空断路器是指触头在真空中关合、开断的断路器，它最初由英、美研究，随后发展到日本、德国和原苏联。利用真空介质来熄灭电弧的设想在19世纪末就已提出，20世纪20年代制造出了最早的真空灭弧室，但由于真空工艺、材料等技术水平限制当时并未实现实用化。50年代中期美国通用电气（GE）批量生产了额定断开电流为12 kA的真空断路器，才进入了实用化阶段；50年代末，由于发展了具有横向磁场触头的真空灭弧室，使额定断开电流提

53、高到30 kA，为真空断路器广泛使用铺平了道路；70年代后，日本东芝研制成功了具有纵向磁场触头的真空灭弧室，使额定断开电流又进一步提高到50 kA，标志着真空断路器技术的成熟和完善。国外中压真空断路器到90年代中期占主导地位，现在在美国、日本、德国以及中国已占绝对优势地位，如日本90%以上，德国95%以上。我国70年代初已能正式生产真空断路器，现在是世界上中压真空断路器最大的生产国和使用国。据统计，我国2005年12kV电压等级中真空断路器产量为台，比上年增长23.64%，占总产量的97.32%，SF6断路器产量为8100台，与上年持平，占总产量的2.68%；在40.5kV电压等级中真空断路器

54、产量为23817台，比上年增长71.4%，占总产量的73.26%，SF6断路器产量为8694台，比上年增长4%，占总产量的26.74%。2.1.2真空断路器的发展动向中压真空断路器趋向专用化和多功能化。今后将会在以下方面做出努力：高电压型，如72kV/84kV和126kV。大电流型，如发电机保护用真空断路器，额定电流高大6300A12000A，断开电流80160kA。频繁操作型，如电路炼钢用真空断路器，操作次数需要10万次甚至15万次。小型化。德国Calor-Emag公司新研制成的VC2型真空断路器，其12kV、20kA的真空灭弧室的触头直径仅为40mm，12kV、50kA真空灭弧室的触头直径

55、为80mm。低电压型。目前国内已研制出了380V1140V、额定电流1600A3200A、额定短路开断电流30kA80kA的低压真空断路器及其真空灭弧室。二次技术智能化。多功能化。如西门子新推出的NXAct型模块式真空断路器，即开断、隔离、接地、联锁等功能于一体；日立公司1998年就开发出具有四工位（合-分 -隔离-接地） 的24kV真空断路器。2.2真空断路器的型号分类我国行业标准规定，真空断路器的基本型号户内用ZN表示，户外用ZW表示，型号证书统一由西安高压电器研究所（西高所）颁发。目前，国内12kV真空断路器行业型号已达100多种，企业自定的型号也很多，生产厂家达几百家，所以评价、选用比较困难。下面从结构、相柱绝缘结构、操动结构、技术渊源、市场占有率五个方面进行分类介绍。2.2.1从结构演变看，可分为分体式和整体式分体式：悬挂布置或综合布置，断路器的灭弧室部分和操动机构为分体式，自身不带操动机构，在成套产品中与CD17B直流电磁操动机构及CT19B弹簧操动机构配合使用，主要用于固定式开关柜。典型产品如ZN28A系列 。整体式：断路器的灭弧室部分和操动机构设置在一个框架上，可靠性较高，典型产品如ZN12系列2.2.2从相柱绝缘结构看，可分为以下三种：有专家称“真空断路器的相柱绝缘结构经历了空气绝缘复合绝缘固封绝缘，这就形成了三代断路器”空气绝缘断路器：产品的相间绝缘、对