摘要：隨著我國城網(wǎng)改造工程的不斷推進(jìn)，居民對于供電質(zhì)量要求的越來越高。因此，對于各個中壓節(jié)點用開關(guān)也提出了更高地要求，模塊化、免維護(hù)、智能化、高可靠性、長電壽命等成為了這類開關(guān)的發(fā)展趨勢。C-GIS的出現(xiàn)及飛速發(fā)展，很好的解決了這類問題。本文通過對目前中壓C-GIS現(xiàn)狀及各項技術(shù)條件的淺顯分析，指出了C-GIS今后發(fā)展的趨勢，希望可以給致力于此項事業(yè)的廠家及科研人員提供一些有益的幫助。
　　關(guān)鍵詞：C-GIS，真空滅弧室，絕緣結(jié)構(gòu)
　　
　　1、 引言
　　我國電力事業(yè)的飛速發(fā)展，特別是城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的深入進(jìn)行，對設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性的要求也越來越高。C-GIS，即柜式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的出現(xiàn)，在很大程度上推動了城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的進(jìn)程，提高了供電可靠性，減少了投資，也體現(xiàn)了今后中壓用開關(guān)的發(fā)展趨勢。
　　2、C-GIS的基本結(jié)構(gòu)
　　2.1金屬封閉開關(guān)的分類
　　按照金屬封閉開關(guān)內(nèi)部機(jī)構(gòu)的不同，可以分為以下三種類型【1】。
　　鎧裝式，其主要組成元件斷路器，進(jìn)線母線、饋電線路的電纜接線處、繼電器等都安放在由金屬隔板相互隔開的各自小室中。隔線室的電路聯(lián)結(jié)通過套管或類似方式完成。
　　間隔式金屬封閉開關(guān)，主要部分與鎧裝式大致相同，僅隔板中可具有一個或多個非金屬隔板。
　　箱式金屬封閉開關(guān)的隔室數(shù)量少于鎧裝式和間隔式甚至不分隔室，一般只有金屬封閉的外殼。其可靠性顯然遠(yuǎn)不如前兩種。
　　根據(jù)斷路器能否從金屬封閉開關(guān)設(shè)備的柜體中方便地移出，可分為移開式和固定式。
　　2.2C-GIS的基本構(gòu)成及其分類
　　柜式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，也就是國際上簡稱的C-GIS，是一種用于10~35KV或更高電壓輸配電系統(tǒng)，實現(xiàn)控制、保護(hù)、測量、監(jiān)視、通訊等功能的新型開關(guān)設(shè)備，特別適用于對尺寸及可靠性要求高以及地下、高原、沿海地區(qū)等自然環(huán)境和條件相對惡劣的場合。
　　C-GIS主要以低壓力的SF6氣體或處理過的干燥壓縮空氣作為一次主回路的絕緣介質(zhì)，一般以真空斷路器為主開關(guān)，將真空斷路器、三工位隔離開關(guān)、電壓/電流互感器等高壓元件及其之間的接導(dǎo)線分別裝于各功能充氣室或集裝于箱式的充氣容器內(nèi)【2】。這種開關(guān)柜的操動機(jī)構(gòu)、控制和保護(hù)單元、氣室外的二次回路、電纜室、泄壓通道等仍置于大氣中，便于監(jiān)視和維護(hù)。
　　C-GIS柜按用途可分為進(jìn)線柜、出線柜、母聯(lián)柜、母聯(lián)提升柜、測量柜等不同的柜型。
　　表1給出了不同用途C-GIS柜的主要構(gòu)成等。

                  
　　　　表1不同類型C-GIS柜的構(gòu)成
　　C-GIS的主要組成部分為：斷路器氣室、隔離開關(guān)氣室、電纜隔室、控制及儀表隔室、機(jī)構(gòu)隔室、泄壓隔室、母線聯(lián)接器等。通過將不同功能單元進(jìn)行組合，可以實現(xiàn)單母線、單母線分段；雙母線及雙母線分段等接線方案。
　　此外，按照氣室的多少可分為單氣室、2氣室或多氣室結(jié)構(gòu)。
　　母線的結(jié)構(gòu)有3種類型：充氣母線室+母線連接器；插接式固體絕緣母線；充氣絕緣母線。根據(jù)各類中壓C-GIS的母線、隔離開關(guān)、斷路器所處的位置不同，總體結(jié)構(gòu)可以分為三大類【3】：
　　上中下布置，其可佩用各種母線結(jié)構(gòu)，尤其是插接式固體絕緣母線布置于上方時現(xiàn)場安裝比較方便。
　　西高所開發(fā)的XGN46-40.5（Z）/T1250-25型箱式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)，具有電壽命高，可靠性高，維修工作量小等特點。可任選插接式電壓/電流互感器，現(xiàn)場安裝工作量較小，且不涉及SF6氣體處理，可配置數(shù)字式控制和保護(hù)單元，可滿足多種主接線方案。
　　下中上布置，其配用充氣母線室+母線連接器、充氣絕緣母線比較合適。
　　其典型產(chǎn)品是上海天靈開發(fā)的KGN11-
　　12（Z）型鎧裝固定式交流金屬封閉開關(guān)（N2S型）。其主要采用奇特絕緣，12KV采用氮氣，24KV/40.5KV采用N2和SF6混合氣體絕緣，減少了SF6用量；同時，采用模塊化、2氣室、斷路器氣箱和母線氣箱為鎧裝式結(jié)構(gòu)、可分離；斷路器采用固封極柱真空滅弧室配彈簧操作機(jī)構(gòu)，極大地減少了零部件；3工位隔離開關(guān)便于實現(xiàn)合、分閘及接地；激光焊接的不銹鋼薄板密封箱體，其密封性采用氦檢漏工藝進(jìn)行檢查；根據(jù)需求配置的各種智能控制和保護(hù)單元，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程和無人值班的自動化功能。
　　后中前布置，配用充氣母線室+母線連接器、充氣絕緣母線比較合適。尤其是充氣絕緣母線布置于后面時現(xiàn)場安裝比較方便。其典型產(chǎn)品是AREVA公司W(wǎng)S型12~40.5KV的C-GIS。
　　3、C-GIS中采用的先進(jìn)技術(shù)
　　3.1專用部件及新型插接技術(shù)的使用
　　專用的真空滅弧室，有效地降低了中壓C-GIS外形的尺寸；專用三工位隔離開關(guān)的使用，則在實現(xiàn)其接通、隔離、接地功能的同時，減少了元件數(shù)。
　　新型插接技術(shù)在高壓元件中的使用，形成了諸如插接式電壓互感器、插接式避雷器等，方便了現(xiàn)場的安裝和使用。
　　3.2絕緣結(jié)構(gòu)的革新
　　在吸收了GIS絕緣技術(shù)優(yōu)點的同時，將其革新發(fā)展，采用了以氣體介質(zhì)為主體的復(fù)合絕緣，同時還應(yīng)用了固體絕緣和界面絕緣結(jié)構(gòu)【3】。
　　采用絕緣氣體作為主絕緣介質(zhì)的復(fù)合絕緣，利用固體絕緣隔板的阻止放電特性，將環(huán)氧樹脂等固體絕緣材料以屏障的形式插入或表面包覆。
　　絕緣屏障：用環(huán)氧樹脂絕緣筒、聚碳酸酯板、聚氯乙烯板等在相間、對地間設(shè)置隔板。
　　表面包覆：用環(huán)氧樹脂通過澆注、硫化涂敷等工藝把帶電部位包裹起來，用絕緣氣體和固體絕緣材料統(tǒng)統(tǒng)耐受施加的電壓。
　　3.3密封焊接技術(shù)的大幅度提高
　　由于中壓C-GIS的SF6氣體壓力低，機(jī)械壽命要求高，其所采用的密封結(jié)構(gòu)與高壓GIS有很大區(qū)別。所以，在C-GIS中，使用了新型設(shè)計結(jié)構(gòu)、制造工藝、焊接工藝、檢驗方法等生產(chǎn)尺寸準(zhǔn)確度更高，焊接變形小的耐腐蝕方箱形密封箱體。
　　作為影響C-GIS產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵工序，不銹鋼氣室焊接采用的是激光焊接，配以先進(jìn)的定位系統(tǒng)和自適應(yīng)裝置，有效地解決了氣密性要求，減小焊接形變。此外，氬弧焊小焊接變形的特點，也常被用作箱體的焊接。
　　同步抽真空工藝的采用，減少了生產(chǎn)過程中抽真空、抽氣時的箱體形變。
　　3.4真空滅弧技術(shù)
　　真空斷路器具有開斷時，燃弧時間短，弧壓低、能量少，故其使用壽命長；觸頭行程短，對操作機(jī)構(gòu)的要求就低，同時也降低了體積；滅弧介質(zhì)為真空，無爆炸和火災(zāi)危險【4】。真空滅弧室外部SF6氣體的高絕緣強(qiáng)度，也在一定程度上降低了真空滅弧室的尺寸。
　　作為C-GIS主開關(guān)的真空滅弧室，其也有為了適應(yīng)C-GIS的特點而形成的特殊要求【5】。
　　1>C-GIS在減小了整體體積的同時，其相間和相對地絕緣距離也相應(yīng)的減小了。因此，回路中短路電流所產(chǎn)生的進(jìn)出線和相間的較大的電動力，會對真空滅弧室的開斷過程產(chǎn)生不良影響。這就要求真空滅弧室采用特殊結(jié)構(gòu)和材料屏蔽外磁場對開斷過程的影響。
　　2>實際工況的C-GIS內(nèi)部是一種不均勻電場，對真空滅弧室的外絕緣水平提出了更高要求。這就要求在減少真空滅弧室自身對電場分布的影響以外，還必須從產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝兩個方面提高其絕緣裕度。
　　3>為了消除C-GIS的體積小帶來的單位體積內(nèi)發(fā)熱量高的缺點，通常采取減小回路電阻的手段，來實現(xiàn)減小真空滅弧室在通過額定電流時發(fā)熱的問題。
　　4>真空滅弧室的外形會影響到其周圍電場的強(qiáng)度和均勻性，進(jìn)而影響了SF6氣體的絕緣能力。因此，要求真空滅弧室的外露部件的表面涂層應(yīng)牢固可靠，還應(yīng)提高零部件的表面質(zhì)量和粗糙度水平。
　　5>C-GIS的免維護(hù)在帶來的方便的同時，也對密封在氣體中的元件的可靠性和壽命提出了更高的要求。
　　3.5傳感技術(shù)、新型數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù)的
　　應(yīng)用
　　將現(xiàn)代傳感技術(shù)應(yīng)用到C-GIS中，實現(xiàn)了傳感元件的數(shù)字化，同時利用數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)方便地實現(xiàn)了產(chǎn)品的就地或遠(yuǎn)程控制、保護(hù)、測量、通訊等功能。
　　4、C-GIS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
　　4.1國內(nèi)外C-GIS的發(fā)展現(xiàn)狀
　　國外C-GIS發(fā)展的經(jīng)歷了以下階段：
　　80年代的C-GIS主要采用真空或SF6斷路器；主接線與常規(guī)GIS基本一致；絕緣技術(shù)主要是充氣壓力為0.2MPa以下的SF6氣體絕緣。
　　90年代的C-GIS主要采用真空斷路器；一次主接線的下隔離已逐漸開始取消；絕緣技術(shù)除了采用0.07MPaSF6氣體絕緣外，固體的界面絕緣技術(shù)也開始應(yīng)用在高壓元件的插件上。
　　2000年左右，C-GIS的各項技術(shù)都有了一個飛躍。計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的應(yīng)用，推動了C-GIS產(chǎn)品的智能化發(fā)展；新型的固體界面絕緣插接技術(shù)和絕緣母線的使用，極大地簡化了產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝過程；密封箱體的激光焊接技術(shù)，也提高了產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。
　　國外的產(chǎn)品主要包括東芝公司72、84kv和富士電機(jī)126kv的C-GIS；ABB的ZX系列；Siemens的8DA10、8DB10、8DC11系列；Alstom的WS、W1系列等等。這些產(chǎn)品都是C-GIS產(chǎn)品領(lǐng)域的佼佼者。
　　國內(nèi)最早的C-GIS是西高所組織研發(fā)的40.5kv產(chǎn)品，目前的產(chǎn)品多種多樣，技術(shù)來源渠道也各不相同。由自行開發(fā)的，又分別引進(jìn)歐洲、日本、韓國的，也有技術(shù)合作的，許多產(chǎn)品的技術(shù)水平都代表著世界先進(jìn)水平【2】。
　　國內(nèi)C-GIS產(chǎn)品主要有天水長城的XGN
　　69-40.5；西高所、山東泰開、北京北開的XGN46-40.5等等。
　　4.2C-GIS的發(fā)展趨勢
　　由于計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，各項焊接技術(shù)的不斷更新，所以，中壓C-GIS將向著高可靠性、免維護(hù)、低成本、智能化的方向發(fā)展；同時，由于SF6氣體在高溫下會分解成有毒氣體，一旦泄露將污染環(huán)境并可能造成人身傷害，所以非SF6絕緣氣體的研究工作也事在必行。另外，產(chǎn)品組件的模塊化、小型化設(shè)計，裝配元件的無損探傷技術(shù)等，也都是C-GIS今后發(fā)展的方向。
　　5、結(jié)語
　　C-GIS的模塊化、小型化、高可靠性、免維護(hù)等特點，使得其在中壓開關(guān)領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，但其本身固有的一些技術(shù)缺陷，也在一定程度上制約了它的發(fā)展。通過本文淺顯的分析，希冀對有志于發(fā)展C-GIS產(chǎn)品的廠家等，能夠提供一些有效的幫助，進(jìn)而推動C-GIS產(chǎn)品更好更快的發(fā)展。
　　
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　　【2】高壓開關(guān)設(shè)備國內(nèi)外產(chǎn)品水平.西安：西安高壓電器研究所
　　【3】王平.中壓C-GIS的技術(shù)特點.國內(nèi)外中壓開關(guān)柜的技術(shù)發(fā)展動態(tài).西安高壓電器研究所。
　　【4】尚振球，郭文元《高壓電器》.西安：西安交通大學(xué)出版社
　　【5】陳軍平，劉繼軍C-GIS用真空滅弧室的研制.國內(nèi)外中壓開關(guān)柜的技術(shù)發(fā)展動態(tài).西安高壓電器研究所