摘要：該文對40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜特點、結(jié)構(gòu)做了簡單介紹，敘述了40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜在變電站的實際應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜；變電站
近年來，隨著社會、經(jīng)濟和開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)的復(fù)雜程度加大，開關(guān)設(shè)備的小型化、免維護、智能化的產(chǎn)品越來越受到青睞。國內(nèi)外各開關(guān)制造公司紛紛大力發(fā)展中壓充氣柜（C-GIS），C-GIS是GIS技術(shù)與開關(guān)柜（AIS）技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也稱為氣體絕緣開關(guān)柜。所謂氣體絕緣開關(guān)柜，是將高壓元件如母線、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電力電纜等密封在充有較低氣體壓力的殼體內(nèi)。氣體絕緣開關(guān)柜不受外界環(huán)境條件變化的影響，可運行在環(huán)境惡劣的場所。由于該柜使用性能優(yōu)異的SF6、N2等氣體作為絕緣介質(zhì)，大大縮小了柜體的外型尺寸，還有一個優(yōu)勢是氣體絕緣開關(guān)柜配用性能良好的免維護真空斷路器，可大大減小維護和檢修的工作量。另外氣體絕緣開關(guān)柜采用低壓力氣體絕緣，在工廠整體組裝后運達現(xiàn)場，可明顯地減少現(xiàn)場安裝的工作量，同時運行維護成本低，從該柜整個生命周期分析，具有較高的性價比和可靠性。
氣體絕緣開關(guān)柜的電壓等級一般為12kV和40.5kV，但40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜更能顯示其技術(shù)經(jīng)濟上的優(yōu)勢，因此國內(nèi)外多數(shù)生產(chǎn)商開發(fā)氣體絕緣開關(guān)柜時直接從40.5kV做起，并不延伸到12kV等級產(chǎn)品。
1開關(guān)柜的特點和結(jié)構(gòu)特征
氣體絕緣開關(guān)柜與其它類型的開關(guān)設(shè)備相比，具有以下特點：一是小型化，是將空氣絕緣的金屬封閉開關(guān)設(shè)備充入SF6和N2替代空氣絕緣，各單元設(shè)置在柜體內(nèi)，再充入低壓力（0.03~0.16MPa）SF6等氣體。二是提高了可靠性和安全性，主回路的導(dǎo)電部分密封于SF6等氣體中，以及高壓帶電導(dǎo)體封閉，不受外界環(huán)境條件變化的影響，可使用在環(huán)境惡劣的場所，使設(shè)備長期安全運行，具有高可靠性并且無觸電和火災(zāi)危險。因氣體壓力低，密封問題已不，氣密性好，可達30年不用補氣。三是維護簡單，各高壓元件或用氣體密封或以金屬封閉，零部件無銹蝕、生銹現(xiàn)象，需維修的工作量很少；采用電壽命長、性能穩(wěn)定的真空斷路器可實現(xiàn)免維護或少維護。四是應(yīng)用、布置方便，氣體絕緣開關(guān)柜將高壓元件組成若干標準模塊，通過組合可以滿足各種主接線的要求，滿足各種不同使用場合的需要。該柜在制造廠整體裝配、調(diào)試，整體運輸，到現(xiàn)場后成套吊裝到位，現(xiàn)場安裝時可不涉及SF6等氣體的處理；可根據(jù)需要很方便地通過預(yù)留的電纜插座來增加進出線的數(shù)量進行擴容；三相高壓元件設(shè)置在氣體絕緣開關(guān)柜的充氣殼體內(nèi)，易于采用電纜作為電源的引入、引出，該柜與主變壓器的連接、布置方便；采用氣體絕緣開關(guān)柜，外型尺寸大大縮小，便于布置和減少占地面積。
氣體絕緣開關(guān)柜現(xiàn)有圓筒式和板式（柜式）兩種結(jié)構(gòu)型式。前者外型很像高壓GIS，后者卻很像一般的金屬封閉開關(guān)柜。
圓筒式氣體絕緣開關(guān)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。
板式（柜式）氣體絕緣開關(guān)柜結(jié)構(gòu)有多種形式：氣室的設(shè)置有三氣室、兩氣室和單氣室；一次回路中母線、三工位隔離開關(guān)和真空斷路器的不同排列方式。其排列方式大致可分為“上中下”布置、“下中上”布置和“后中前”布置三類，其中以“上中下”布置居多。
關(guān)于板式氣體絕緣開關(guān)柜氣室的設(shè)置，現(xiàn)多為兩氣室。單氣室結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低，但氣室元件在一起，容易相互影響，可靠性差一些；多氣室結(jié)構(gòu)模塊更換容易，避免多元件相互影響，安全性高，但多氣室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，成本高。
2開關(guān)柜的應(yīng)用
中壓氣體絕緣開關(guān)柜由西門子公司于1982年率先推出，以后各公司紛紛效仿。近年來，國內(nèi)外企業(yè)加大了中壓氣體絕緣開關(guān)柜的開發(fā)力度，一代又一代的新品不斷涌現(xiàn)。中壓氣體絕緣開關(guān)柜近年在國內(nèi)也在興起，國內(nèi)許多企業(yè)也研制出創(chuàng)新的產(chǎn)品。
2006年春季在衡水市開發(fā)區(qū)新投運一座110kV降壓變電站，兩臺主變?nèi)萘烤鶠?0MVA，三個電壓等級（110/37.5/10.5kV），110kV、35kV、10kV全部戶內(nèi)布置，主變戶外布置；35kV出線8回；10kV出線24回。110kV采用GIS，35kV采用了氣體絕緣開關(guān)柜，10kV采用中置柜。
該變電站110kV、35kV配電裝置均采用了氣體絕緣設(shè)備，尤其是35kV配電裝置采用了氣體絕緣開關(guān)柜，有效地控制了35kV配電室的面積，從而大大減小了配電房的建筑面積和變電站的占地面積。
采用的40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜型號為西高所開發(fā)的XGN46-40.5型。該產(chǎn)品為板式氣體絕緣開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，上下兩氣室設(shè)置，上氣室有三工位隔離開關(guān)，下氣室有真空斷路器。母線、三工位隔離開關(guān)和真空斷路器“上中下”布置。內(nèi)充SF6氣體，壓力為0.04MPa。其參數(shù)為40.5kV/1250A/25kA。板式氣體絕緣開關(guān)柜密封箱體采用不銹鋼板焊接而成。外型尺寸（寬×高×深）為800mm×2300mm×1570mm。該氣體絕緣開關(guān)柜采用插入式單相固體絕緣母線，母線帶外屏蔽層，母線連接采用硅橡膠絕緣的十字連接套和端頭T形連接套，當(dāng)母線需要擴展或調(diào)整時，不會涉及有關(guān)SF6氣體的任何操作。斷路器采用具有高開斷性能、壽命長、維護少的小型化真空斷路器，真空滅弧室水平布置方式，使得氣室內(nèi)部導(dǎo)體布置方便。三工位隔離開關(guān)放置于密封的SF6氣體殼體內(nèi)，使隔離—接地組合成一體。母線絕緣子和電纜聯(lián)接絕緣子均配有高壓帶電顯示裝置用的傳感器。柜內(nèi)配用環(huán)氧樹脂澆注穿芯式電磁型電流互感器、插接式電磁型電壓互感器。電纜用T形外錐電纜終端或直型電纜終端連接，可滿足每相1～3根電纜的進出線。采用內(nèi)錐插接式避雷器直接與分支母線連接，柜內(nèi)配置了控制和保護單元。
以下從幾個方面介紹氣體絕緣開關(guān)柜在該變電站應(yīng)用情況。
一是該變電站I期工程40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜（XGN46-40.5型）的設(shè)計采用方案有：進線柜、出線柜、母線分段柜、母線提升柜、站變柜等方案。結(jié)合變電站的整體布置，40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜采用室內(nèi)雙列布置，柜下為一次電纜地下室，以便于一次進出線電纜的敷設(shè)。氣體絕緣開關(guān)柜對基礎(chǔ)的平整度要求很高，雖然氣室在柜體的保護下單獨密封，但要求較高的基礎(chǔ)平整度是為了避免柜體受力變形過大，進而影響氣室的密封性能。
二是氣體絕緣開關(guān)柜采用的是低壓力氣體絕緣，實現(xiàn)了在制造廠整體裝配、調(diào)試，整體運輸?shù)浆F(xiàn)場。在制造廠派到現(xiàn)場服務(wù)人員的指導(dǎo)下，安裝工作進展順利。每一面氣體絕緣開關(guān)柜在現(xiàn)場安裝時沒有涉及SF6氣體的操作，插入式單相固體絕緣母線安裝方便，現(xiàn)場安裝精度要求不高，在母線連接擴展安裝時，也不涉及SF6氣體的任何操作，明顯地減少了現(xiàn)場安裝的工作量。
三是氣體絕緣開關(guān)柜日常的維護簡單。各高壓元件或用氣體密封或以金屬封閉，零部件無銹蝕、生銹現(xiàn)象，需維修的工作量很少，可靠性大為提高，采用了電壽命長、高開斷性能的真空斷路器，實現(xiàn)了免維護或少維護。
四是氣體絕緣開關(guān)柜投運后加強設(shè)備的巡視和管理工作。在運行初期增加了巡視次數(shù)，密切關(guān)注氣室SF6氣體的壓力變化和各高壓元件、帶電顯示傳感器的位置指示狀態(tài)等是否異常，安全運行。由于氣體絕緣開關(guān)柜在國內(nèi)近年來才興起，缺少運行經(jīng)驗，特別是衡水供電公司首次使用，更需要做好氣體絕緣開關(guān)柜的運行管理工作，不斷地積累運行管理經(jīng)驗。
3結(jié)束語
到現(xiàn)在為止該變電站已經(jīng)投運了一年多時間，35kV配電裝置采用的40.5kV氣體絕緣開關(guān)柜運行情況良好，運行單位也積累了一定的運行經(jīng)驗。
氣體絕緣開關(guān)柜特別適用于可靠性要求高，且占地面積和空間受到限制的場合。氣體絕緣開關(guān)柜的出現(xiàn)，引領(lǐng)了中壓開關(guān)設(shè)備的一個發(fā)展方向，在相關(guān)的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在日益關(guān)注環(huán)保的今天，氣體絕緣開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)設(shè)計上需進一步采取減少SF6氣體的泄露措施，減少SF6氣體的排放量。研究非SF6氣體的絕緣特性，用N2、壓縮空氣等做為氣體絕緣開關(guān)柜的絕緣介質(zhì)，實現(xiàn)氣體絕緣開關(guān)柜的無SF6化。隨著知識的更新和技術(shù)的進步，氣體絕緣開關(guān)柜勢必向高可靠性、免維護、智能化、低成本、模塊化、環(huán)保型趨勢發(fā)展。
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