（1浙江开盛电气有限公司；2国家电网浙江建德市供电公司；3.浙江冠源电气有限公司）
摘要：中压气体绝缘环网开关柜(以下简称环网柜)，操作方便，控制和保护相对简单，成本较低，在二次配电系统中得到广泛应用，受到供电部门和终端用户的欢迎。但目前的环网柜大都采用六氟化硫(SF6)气体作为绝缘和开断介质。而SF6气体虽是一种优良的电工气体，但也是一种被《京都议定书》列为限制排放的温室气体，近年来一些国家甚至对SF6的使用征收碳税。因此，对于开关设备，特别是对于中压等级的开关设备，去SF6化具有重要的环境保护意义，并成为发展方向。基于这一理念, 环网开关柜绝缘气体环保化的研究尤为重要。本文针对环保气体绝缘环网开关柜的研究进行了分析和探讨，对存在的问题进行认定和分析，最终针对相应的问题提出有效的解决方案和解决措施。
关键词：六氟化硫；氮气；绝缘气体；环保；环网柜
1引言
目前的环网柜大都采用六氟化硫(SF6)气体作为绝缘和开断介质。而SF6气体虽是一种优良的电工气体，但也是一种被《京都议定书》列为限制排放的温室气体，近年来一些国家甚至对SF6的使用征收碳税。因此，对于开关设备，特别是对于中压等级的开关设备，去SF6化具有重要的环境保护意义，并成为发展方向。基于这一理念, 环网开关柜绝缘气体环保化的研究尤为重要。
在可供选择的环保型气体中，主要以氮气和干燥压缩空气为主，该类气体易于获取，成本低廉，安全可靠，绿色环保。但考虑到空气中有氧气、水分对电接触位置具有氧化、腐蚀隐患，优选氮气作为环网柜配套的环保气体。但氮气在绝缘性能、热传导性、灭弧性能等方面，与六氟化硫相对，还存在较大的问题。
2设计难点
2.1气箱内的绝缘性
根据氮气和六氟化硫的物理特性比较，可发现氮气的耐电强度是六氟化硫气体的三分之一，绝缘强度是六氟化硫的二分之一。再结合空气中氮气的含量，表面，氮气与空气的特性很类似，因此要实现环保气体绝缘环网开关柜的功能以及类似的外形尺寸，需要重点考虑从以下几方面实现，但同时也要考虑可能出现的不足之处：
2.2气箱的强度
气箱内部的结构因充注氮气，而产生新的设计理念，对气箱整体的强度需要进行分析研究，以免因强度不足，引起气箱严重变形或者漏气。同样采用计算机辅助设计软件、Ansys软件对气箱强度进行分析，分析结果如下：
1）气箱横向加强筋最大变形量1.79mm
2）气箱竖向加强筋最大变形量1.14mm
3）气箱后盖板最大变形量6.36mm
4）气箱前面板最大变形量2.81mm
由以上可知热传导与材料导热系数以及有效导热面积、长度和温差有关系；热对流与热容、有效散热面积、风道和温差有关；热辐射与导体表面涂覆材料、色彩和绝对温度有关。
因此在布局内部发热的导体、核心部件时，应当注意温升点的控制。在具体结构设计时，应有意识的将高温升点的热量向低温升点传递，实现气箱内部热量的风道式散热。下图是按照630A额定电流进行温升试验时，各测量点的温升值，试验数据表明，均在规定范围内。
2.4气箱的焊接
采用氮气作为绝缘气体的环网柜，其内部结构设计与六氟化硫充气柜有较大的区别，在有限的空间内，采用薄钢板焊接，对焊接工艺提出了较高的新要求。主要原因在于焊缝的间隙和饱和程度，对后续压力差检漏和充气有较大影响，因焊接热影响所导致的应力主要集中在焊接位置。长期设备运行过程中，可能会出现焊缝应力分布集中，局部区域疲劳开裂，气箱温差引起变形量等，因此必须要严格选择优异的焊接工艺和焊接参数。针对这一问题，特地引进了冷焊接技术。冷金属过渡焊（CMT)在气箱焊接过程中降低工件热输入量，确保气箱变形量小，确保开关与其操动机构可靠配合，从而解决了气箱焊接存在的隐患。
3型式试验分析
通过优化设计所获得的的环保气体绝缘环网开关柜,完成了样机研制。上海电气输配电试验中心有限公司和机械工业高压输配电设备质量检测中心，按照GB3906标准，对产品进行了包括工频耐压、雷电冲击、局放试验、凝露试验、回路电阻、温升试验、机械特性试验、机械寿命试验、密封试验、压力耐受试验、短时与峰值耐受电流试验、开断和关合试验、内燃弧试验等项目鉴定，所有项目一次性顺利通过了全部型式试验，并在建德市挂网运行。
4结束语
通过合理的布局带电体以及绝缘体，优化带电体以及绝缘体的形状和配合，结合严格的加工工艺和装配工艺，采用氮气绝缘，可以研制出环保气体绝缘环网开关柜，不但可以满足电网运行要求，还可以实现绿色环保的方针和思路。
用经济合理可行的方式来降低气箱内部载流回路的电阻，通过计算分析和试验摸索，综合采用各种经济合理安全的方式，不但可以解决温升的问题，也可以实现合理的散热通道，该项技术已经达到了国际领先水平。
气体绝缘环网开关柜不采用六氟化硫，采用氮气作为绝缘气体，在设计上和生产上都是可行的，可以逐步批量的推向市场，通过这种低碳环保绿色的方式，更好的服务于社会。
参考文献
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论文作者:杨健标1,汪兴旺1,刘宪明1,洪亮2,汪开龙3,陈
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
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