摘要：通過對中壓C-GIS產品的發展現狀和應用前景簡單介紹，總結我國目前C-GIS國產化過程中的存在的一些問題，并提出可能的解決方案。

關鍵詞：35kV 氣體絕緣開關設備 國產化 解決方案

一、引言

隨著社會、經濟的不斷發展，工程建設的復雜程度的加大，用戶對開關設備小型化、免維護、智能化的要求越來越高。中壓領域尤其是在35kV電壓等級，常規的以空氣為絕緣介質的開關柜普遍體積較大(柜寬不小于1200mm，體積一般不小于7m)，重量較重(一般不小于2t)，操作困難，尤其不能滿足在高海拔、潮濕、污穢等惡劣環境條件下使用要求。在這種背景下，C-GIS越來越被引起廣泛關注。

柜式氣體絕緣金屬封閉開關設備(Cubicle Gas-Insulated Switchgear)簡稱為C-GIS，是高壓GIS產品在中壓領域的拓展。它是采用低氣壓的SF6氣體、N2氣體或混合氣體作為開關設備的絕緣介質，用真空或SF6為滅弧介質，將母線、斷路器、隔離開關等中壓元件集中密閉在箱體中，綜合運用現代絕緣技術、開斷技術、制造技術、傳感技術、數字技術生產的集智能控制、保護、監視、測量、通訊于一體的高新技術產品。具有體積小、重量輕、安全性好、可靠性高、能適應惡劣環境條件下使用等優點。

近年來，氣體絕緣開關設備在我國也得到了迅速地推廣與應用，特別是隨著我國城市電網建設和改造、軌道交通以及大型工礦企業等對開關設備提出了小型化、智能化、免維護、全工況等新的更高要求，高性能、高品質的充氣柜在國內的需求越來越強烈。由于傳統空氣絕緣開關設備受環境條件(如高海拔、潮濕、鹽霧、污穢、腐蝕等)的局限性，已不能滿足冶金、石化、礦山以及沿海地區等用戶的要求;城市地鐵和輕軌、高層建筑、大型企業等場合，因占地面積、空間限制等因素，也必將選用35kV氣體絕緣開關設備。35kVC-GIS產品具有廣闊的應用前景，目前國內所使用的絕大部分為進口產品。但是，國外產品由于電壓等級、35kV電力系統中性點接地方式的差異，還不能完全滿足國內用戶的使用，因此必須加快國內C-GIS產品的研發、制造步伐。

二、35kV氣體絕緣開關設備發展現狀

1982年西門子公司首次在漢諾威展覽會上展出了8DA10/8DB10型配真空斷路器的SF6氣體絕緣開關設備。之后，國外許多制造公司紛紛效仿，各自開發了自己的產品。不同的充氣柜結構形式差別很大：一種是鋁筒封閉式，一種是鋼板封閉式。前者外形象高壓SF6封閉式組合電器，后者外形象一般空氣絕緣的開關柜。鋼板封閉式與鋁筒封閉式相比，具有較低的成本、較好的環境協調性和適應性，更容易被用戶所接受。就35kV電壓等級而言，目前出現較多的主要有：ABB公司的ZV2、ZX2，SEIMENS公司的NXPLUS，ALOSTOM公司的WS，三菱公司的30-GX等，額定電流最大到2500A，額定短路開斷電流一般為25或31.5kA ，有個別公司達到40kA，依據額定電流大小，寬度尺寸一般為600mm或800mm。隨著計算機技術、傳感技術的不斷發展，國外C-GIS已在智能化方面取得較大突破，可靠性、安全性進一步得到提高。

我國柜式充氣柜的研發起步較晚，上世紀90年代，一些科研院所和部分企業開始了C-GIS的研制工作，到本世紀，有更多的企業參加進來，研發方向主要集中在35kV電壓等級產品。除一些合資企業直接引進母公司技術組裝生產外，大部分C-GIS生產廠家都是采用引進技術生產，還無法掌握其核心技術。目前只有以西安高壓電器研究所為代表的少數單位自主研發，完成了型式試驗，有個別生產廠家通過了產品鑒定。國內產品設計參數一般額定電流為1250A，額定短路開斷電流為25kA ，寬度尺寸一般為800mm。國內產品設計中大量采用國際先進技術，產品的技術水平基本達到了國際同類產品先進水平。但是，由于制造工藝等原因，大部分生產廠家還是停留在生產摸索階段，還無法向用戶提供滿意的產品。

三、35kV氣體絕緣開關設備國產化過程中存在問題

由于充氣柜市場的“蛋糕”十分誘人，國內企業紛紛加入到充氣柜的研發中來，希望通過35kV氣體絕緣開關設備的產品研制來調整企業產品結構。或者引進產品，或者是合作生產，或者是自己研制。35kVC-GIS產品既不同于高壓GIS，也不同于常規空氣絕緣的開關柜，開發難度大、周期長、需要花費大量的人力、物力和財力，國產化的進程速度緩慢。無論采用何種方式，企業都必須要有明確自身定位，都必須要認真思考一些問題，有利于減少35kV氣體絕緣開關設備國產化過程中的失誤。

1.慎重選擇產品結構形式。

C-GIS產品都采取了簡化的一次主接線方式，從母線連接技術來分，大致有兩種結構形式：一種是氣體絕緣母線，安裝時必須在現場充氣;另一種為固體絕緣母線，目前一般都采用了插接式母線技術，利用界面絕緣來實現柜與柜之間主母線的連通，現場不需要充氣。

兩種方式各有優缺點：第一種方式由于現場涉及到氣體處理，需要專門的抽真空、充氣設備，給安裝帶來不便，同時也受安裝環境的限制，有可能導致灰塵、導電微粒等雜質進入氣室中，影響開關設備的絕緣性能;第二種方式雖避免了上述問題，但也帶來新問題。界面絕緣只要配合精確(一般要保證0.2MPa的接觸壓力)，長期運行應該是很可靠的，但是，運用到35kV柜與柜之間的連接上來，似乎顯得不可靠。眾所周知，開關設備箱體體的焊接肯定存在一定的變形，對于3mm或4mm不銹鋼板的焊接，變形比普通碳鋼板大，變形的存在影響了柜間連接的尺寸精度;開關柜的安裝地平也存在誤差(一般技術條件規定為小于1mm/m，實際制作的地平還達不到這個要求);兩種因素的綜合作用無法有效保證界面絕緣的均勻性、可靠性，界面接觸的不均勻還會加速硅橡膠的老化。有些產品也曾做了一些防范措施如預制開關柜安裝地基，減小安裝地平誤差對絕緣的影響，但效果并不理想。筆者曾多次碰到由于制造誤差、安裝誤差導致氣體絕緣開關設備界面絕緣破壞的現象。

主母線的連接型式決定了C-GIS的總體結構，制造企業在產品開發以前要慎重選擇。如何揚長避短，設計出用戶滿意的產品。

2.重視C-GIS產品設計中的電場分布。

35kV氣體絕緣開關設備中通常使用低壓力的SF6氣體為絕緣介質。SF6氣體絕緣主要使用的是稍不均勻電場，電場的不均勻程度對SF6氣體擊穿電壓的影響較大，因此，在絕緣結構設計時要采取各種措施避免電場不均勻的負面影響。

SF6氣體中絕緣結構設計通常采用經驗公式估算、理論分析計算與試驗相結合的方法。尤其要重視試驗，通過試驗，不斷修正電場分布，達到理想的絕緣效果。絕緣結構設計要特別注意以下幾個方面：

(1)單純拉大電極之間的間隙距離，提高的擊穿電壓值有限。隨著電極距離的拉大，電場不均勻程度也增加，擊穿電壓的增加愈來愈慢。更重要的是如何改善氣室內電場分布。

(2)充分發揮固體絕緣介質的優勢，有效減小絕緣結構的尺寸。由于固體絕緣介質擊穿強度比SF6氣體高，設計時應使固體介質承受較高電場強度，而氣體和固體絕緣表面承受較低的電場強度。可以采用內置屏蔽電極，改變場強分布的辦法來實現。

(3)特別注意三重物質接觸點的作用。固體絕緣、電極、氣體三者交界部位，由于介電常數的不同，容易引起介電常數小的一側電場強度升高，發展為沿面閃絡。電極與固體絕緣接觸部位，容易形成楔形氣隙，導致局部場強升高。三重點部分絕緣結構設計中，固體絕緣表面形狀設計要合理，盡量使局部電場強度升高人為控制在專門設計的凹坑內，電極形狀與加工光潔度也要修正。