张雅宁
（西安西开中低压开关有限责任公司 710018）
摘要：进入21世纪，我国电力工业一直处于快速平稳发展之中，从而极大地激发了国内外企业开发生产中压开关设备的积极性，不但产品更新换代速度明显加快，而且有力地推动了行业的技术进步。中压开关设备作为电力系统中使用量最大、应用范围最广的控制保护装置之一，其发展动态对整个电网的安全稳定运行有着十分重要的意义。本文主要对中压开关柜的现状进行探讨，并分析其应用。
关键词：中压开关柜、现状、分析
1、前言
中压开关设备是配电领域中，使用量大、使用范围广的设备之一。随着电网结构的日趋复杂，电力负荷的不断增加以及配电技术的快速发展，电力用户对中压开关产品提出了更高的要求。作为受配电设备主要构成装置的开关柜，不光要具有高可靠性，还要求具有高的安全性、维护/检查省力、与环境协调等。
2、中压开关柜现状
目前中压开关设备按柜体结构主要分为金属铠装式、金属封闭间隔式和金属封闭箱式。
2.1铠装式
铠装式开关设备是按母线、断路器、外部连接（电缆连接）等功能，由接地的金属隔板和绝缘隔板分成不同功能隔室的开关设备。由于主回路贯穿金属隔板时用穿墙套管分隔，因此发生内部故障时能迅速恢复。铠装柜用于保护可靠性要求较高的设备。由于铠装柜的带电部件被接地金属结构包裹，因此安全性得到了提高。
2.2间隔式
间隔式开关设备是按母线、断路器、外部连接（电缆连接）等功能，由接地的金属隔板和绝缘隔板分成不同功能隔室的开关设备。由于主回路贯穿金属隔板时用穿墙套管分隔，因此发生内部故障时能迅速恢复。其可靠性和安全性较高，紧次于铠装型开关设备。
2.3箱式
箱式开关设备是没有按母线、断路器、外部连接（电缆连接）等功能划分金属箱体的开关设备，其安全性较差。
3、中压开关柜分析
据国家电网公司统计，近年来，中压开关设备绝缘事故率占总故障率的50％以上，绝缘事故主要是柜内放电、CT闪络和相间闪络、绝缘尺寸不够（包括爬电距离、空气净距和隔板间距），柜内隔板吸潮等。
现在我国城镇化进程加快，人均土地面积不断缩小，城市土地价格快速上升，高耗电产业快速发展等等，所有这些因素，都对开关设备的防潮、防尘、小型化、少维护和免维护等提出了更高的要求。因此，从目前看，进一步提高中压开关柜的绝缘可靠性和小型化就只有气体绝缘柜（C-GIS）和固体绝缘柜（SIS）这两条路了，这也是中压开关设备今后的发展方向。
3.1气体绝缘柜（C-GIS）
气体绝缘柜目前主要采用SF6气体作为绝缘介质，SF6气体与大气相比，其特点是：绝缘性能是空气的3倍；化学特性稳定；在开关设备工作温度范围内不液化；无毒等。与空气绝缘开关设备相比，气体绝缘开关设备可缩短导体长度，缩小柜体尺寸，降低电能消耗等，但SF6气体作为“联合国气候变化框架公约”公布的六种温室气体之一，受到了限制使用，并逐步减少使用，因此SF6气体绝缘柜的
发展受到了限制。为此，开展了SF6气体的研究、开发，学者们从绝缘方面研讨了N2、CO2、N2/O2混合气体等，明确了空气是最佳绝缘气体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然空气的绝缘强度相比SF6气体要低1/3，但通过采用高气体压力以及气体和固体的混合绝缘结构，就可以大幅度地提高空气的绝缘能力。
空气绝缘金属封闭开关柜的技术进步主要表现在以下几个方面:
3.1.1产品集成化，开关柜体积大大缩小，成本明显下降；
3.1.2小型操动机构能较好地与主开关(特别是真空开关)特性配合，可靠性高，尺寸小；
3.1.3组装式结构取代了老式焊接结构，不仅提高了产品尺寸精度，美化了产品外观，且简化了组装工艺，产品部件易于储存，可缩短生产周期；
3.1.4广泛采用微机技术，断路器、隔离开关、接地开关实现电动操作，使用电子式电压、电流互感器代替传统的电压/电流互感器，实现数字化传输，使开关柜实现智能化；
3.1.5将光电传感技术应用于内部电弧灭弧装置，该装置通过光传感器感知内部电弧，并自动将母线接地，这样，电弧故障转变成一般的短路，以一般方式开断。可以避免事故的扩大。
3.2固体绝缘开关设备（SIS）
固体绝缘柜主回路主要采用环氧树脂或合成橡胶浇注，并在表面形成接地层，由于环氧树脂具有比空气高5～6倍的绝缘强度，不仅一次回路与外部环境隔离，而且柜体尺寸缩小了，提高了设备的可靠性和安全性。
3.2.1固体绝缘柜的结构特点。
真空灭弧室和一次回路导体用环氧树脂分相浇注，其表面包裹了一层屏蔽层并作接地保护。因此，一次回路不外露，可以防潮湿、防烟雾、防灰尘等污染引起的老化。
在经济性方面，由于环氧树脂的绝缘性能较高，因此可实现柜体的小型化，有助于降低产品的运输、安装成本。在安全性方面，由于环氧树脂表面有作为接地保护的外屏蔽层，而且通过分相设置，所以不会发生一次回路接地而引起短路故障，可有效防止触电等事故，提高了设备维护时的安全性。在操作省力化方面，由于采用永磁操动机构，从而大幅减少了零部件的数量。另外，由于不使用SF6气体，因此无需气体检漏装置和密封容器，所以设备的可靠性和维护性都得到了提高，并简化了设备结构。
3.2.2固体绝缘柜的环保性
近年来，作为分析和评价产品从资源利用、制造、使用、回收、报废的整个寿命周期内对环境影响的方法，LCA成为人们关注的焦点。在节能方面，LCA评价也是开关设备评价的有效方法。
LCA是的以地球温室效应影响因素作为指标，将设备在制造、使用、报废过程中使用的材料及能量换算为CO2的排放量进行比较。由于SIS不使用SF6气体，因此不存在SF6气体的影响。另外柜体尺寸缩小后缩短了导体长度，使一次回路电阻变小，因此设备在运行中的电能损耗降低了。而且柜体的小型化使柜体材料使用量减少，降低了温室效应。
3.3绝缘介质
空气绝缘是绝缘介质的最佳选择，虽然空气绝缘的强度一般，但是由于空气具备取之不尽的优势，所以仍在中压领域中得以广泛应用。当前，在中压开关设备中多数采用的是固体绝缘与空气绝缘组合的复合绝缘方式。总体来讲，复合绝缘方式较之空气绝缘相比，其具有绝缘性能高、绝缘尺寸小的优势。固封绝缘是指用环氧树脂等固体绝缘浇注在一起的绝缘方式，可全部或部分替代空气绝缘，极大地缩减了中压开关柜柜体的绝缘尺寸，使开关柜达到了小型化的要求。
但是仍须注意的是，固封绝缘对于浇注技术的要求十分高，同时也具备成本高、散热困难的缺点。SF6及其混合气体绝缘，虽然能使中压开关柜达到小型化的标准，且具有可靠性高、抗严酷环境等优点，但是由于SF6能产生温室效应，已经成为要求限制使用的气体之一，所以势必会被新型的绝缘方式所取代。
4、结语
总之，作为供用电系统控制保护的中压开关柜，其可靠性直接关联着电力系统的安全和可靠运行，因此，中压开关柜行业发展的重点仍然是产品运行的可靠性，随着SF6气体逐步被其他气体的替代及固封技术的不断完善，中压开关柜必将成为一个高可靠性、高安全性、高环保性、免维护、检查省力、与环境协调的绿色产品
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论文作者:张雅宁
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/29
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