什么是充气柜 _知识百科

DXG-12（C）户内交流高压气体绝缘金属封闭开关设备（以下简称“充气柜”）是新一代开关设备，主开关既可以用永磁机构真空断路器也可以用弹簧机构的真空断路器，整柜采用空气绝缘与六氟化硫气体隔室相结合，既紧凑又可扩充，适用于配电自动化。充气柜具有结构紧凑、操作灵活、联锁可靠等特点，对各种不同的应用场合（特别是环境恶劣的场所）、不同的用户要求均能提供令人满意的技术方案。传感技术和最新保护继电器的采用，加上先进的技术性能及轻便灵活的装配方案，完全可以满足用户不同的需求。充气柜适用于电力系统的小型二次变电所、开闭所、箱式变电站、住宅小区、工矿企业、大型商场，特别适用于机场、地铁、铁路等对用电要求较高的场合。

使用环境a、周围空气温度：最高40℃，（24h平均值不超过35℃），最低-25℃；
b、海拔高度：不超过3000m（超过3000m时与生产厂家协调）；
c、空气湿度：日相对湿度平均值不大于95%，月相对湿度平均值不大于90%；
d、在二次系统中感应的电磁干扰的幅度不超过1.6kv 。
产品特点
a、柜体结构：充气隔室采用3～5MM厚不锈钢板，经数控机床加工后采用焊接机器人焊接而成，焊接变形少，气密性好，其余隔室采用优质冷轧钢板，经数控折弯后焊接而成，具有精度高、强度好的特点；各功能单元均为独立模块，组装极为方便。柜体各密封隔室设有独立的泄压通道，最大限度地保障人身安全和设备运行。
b、适用标准：GB/T 11022-2011 《高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》；GB/T 3906-2006　《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》；
c、防护等级：充气隔离为IP67；低压柜体为IP4X 。
采购要点我国地势西高东低，山地约占33%，高海拔地区约占26%，青藏高原平均海拔4000m以上，其以北和以东浩瀚的高原及盆地多为海拔1000m至2000m 。高海拔地区气候复杂多样，时受潮湿、凝露、盐雾和台风的侵袭;加之西部大开发以后，日益兴旺发达的工业和交通等，也使电网开关设备极易产生污秽和腐蚀。配电网上使用的传统空气绝缘开关设备，受此环境条件的局限，已不能满足要求，开始逐步更新换代。 12kV的柜式气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称C-GIS)，虽然在我国起步才几年，但由于具有占地面积小、智能化程度高、免维护、全工况等特点，使其逐渐成为一个新的选择。近几年，四川和云贵等地相继组织过几次较大范围的电网开关设备改造，将传统的15-20年的更新周期一举改变为连续频繁的更新。尤其是一些新开工的电网工程，从设计源头抓起，选择配置12kV的C-GIS，以满足在一定时间内仍能正常应用的必备条件。目前，C-GIS在冶金、石化、矿山、开发区、城市轨道交通和高层建筑等范围内的应用越来越多。
1应用现状与选择
1.1型式的选择
⑴进口产品的主流选型
用户选型最多的是柜式C-GIS，约占总需求量的70%-85%;其次是筒式，如SIEMENS和AREVA的产品，就同72.5kV以上的GIS类似。选择主要集中在市场占主导地位的排名前8位产品上，如德国SIEMENS、ABB和AREVA(原Alstom)，马来西亚泰高(TAMCO)，韩国现代南自，日本AE 。这些厂家在国内都有自己的公司或合资公司，其产品已经系列化，且摆脱了许多设计常规和习惯的束缚，形成了自己独特的设计思想和设计风格。如欧洲一些公司的C-GIS就颇为引人注目，既适合复杂的网络节点或用户终端的要求，又满足了各种二次变电站对紧凑型开关柜灵活使用的需要，使问津用户日渐增多。此外，由于我国电网的质量还达不到国际一流要求，电网的不稳定性就要求C-GIS提高额定参数，加强产品的绝缘，现时用户在10kV供电网络上使用的C-GIS，多选择12kV额定电压的开关设备
⑵国产产品的主流选型
由于C-GIS对工艺装备要求极高，加工难度很大，目前国内企业通过引进、消化、合作，开发出一批适用型的柜式C-GIS，不仅通过了型式试验，而且进入批量生产，有的已形成系列化，如西高所、西安森源、镇江龙源，以及天水长城、上海天灵(见表2)、广东顺德等，其中采用密封压力系统和保护测控技术，以及应用绝缘老化在线检测技术和温升无线传感技术，使C-GIS状态监测和故障诊断技术得到质的提高的新产品，受到格外的关注。
【什么是充气柜】 1.2结构的选择
由于不同厂家不同型号的开关柜在外形和结构等方面存在较大的差异，用户的选择原则也各有侧重。其中，一个共同的关注点是用户的母线结构对12kV的C-GIS的总体结构有限制要求，因而在选购时更看重将C-GIS技术与常规开关技术有机结合并发展的产品，为使母线在现场便于安装，都会顺应自己的母线结构来确定。按一次主回路中的母线、隔离开关和断路器三个主要模块之间的相对位置，划分为三种类型结构：
⑴上中下布置
这是使用插接式固体绝缘母线和充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是日本三菱的HS-X12
⑵下中上布置
这是使用充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是上海天灵的N2S、ABB的ZX1.2，这种布置实现双母线不太方便。
⑶后中前布置
这是使用气体绝缘母线和充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是ALSTOM的WS
1.3性能的选择
⑴绝缘水平及体积
国外的C-GIS根据IEC标准确定绝缘水平，一次主回路和隔离断口的耐压值较国内产品低，因国内产品既要符合IEC标准，还需达国标。国内外产品体积差异也较大，国内产品相间、相对地及爬电距离较大，且体积较大，质量较重。高原用户多选择性价比高的5类产品：
①在各气室、柜体间、电压互感器和避雷器等高压元件连接上，采用新型的固体界面绝缘插接技术的产品。
②使用固体绝缘母线或充气母线室+母线连接器，现场安装已不需要抽真空充气的产品。
③简化一次主接线，没有了线路侧隔离开关的产品。
④大量使用电流/电压传感器、位置传感器、密度传感器等的产品。
⑤把PT安装在开关柜顶上，省掉了一个PT柜的产品。
⑵载流能力
国外的C-GIS额定电流普遍都较高，如ABB的ZX2和西门子的8DA10的母线额定电流均达2500A，而国内基本上是1250A 。其主要原因是受产品整体设计水平尤其是散热设计水平的影响，以及受绝缘母线和电缆接插件本身通流能力的限制。而载流能力大小往往左右着产品的选择取向。
⑶系列化
国外大公司起步早，经过多年的开发已形成系列化产品，如ABB推出的ZXO、ZX1、ZX2等产品，主开关既可选负荷开关，也可选真空断路器或SF6断路器;主接线既有单母线方案，又有双母线方案，适宜用户的多种需求。国产的品种就比较单一，选择的余地较小，一些厂家的产品系列化还尚有时日。
⑷制造工艺
中外主导厂商纷纷采用现代化的加工装备、加工工艺和焊接工艺。如采用SF6气体较多的欧洲产品，他们拥有先进的充气罐和一流的质量监控技术，箱式壳体采用机器人焊接，无漏气，占地面积很小。国内的主流厂商也奋起迎接挑战，利用先进的板材下料、折弯和焊接设备，密封箱体采用薄型不锈钢焊接结构，运用激光焊接、氦质谱检漏等技术，使密封箱体的精度和刚度提高，漏气率降低。从而，把柜体结构发展为有灵活组合、性能更好的铠装式柜体，各气室都是独立的，断路器气室、母线气室构成积木式结构，使单母线和双母线组合灵活。
2应用效果与缺陷
2.1应用的效果显著
⑴适用性能强
我国西部有高海拔、凝露、盐雾和污秽等外界环境条件的影响，还有越来越多的要求高可靠性的空间狭小的高层建筑、集中的工商业区和轨道交通等建设工程，C-GIS已成为最佳的配电设备。它不但不存在大气状态的影响，而且柜型外壳体积很小，节省了占地面积，与周围环境在布局、大小和外观等方面更加协调，更加相适应，使工程建设的综合经济效益十分明显。昆明、贵阳和成都等地城网的升级和增容工程中选用了C-GIS，运行就带来了较好的收益。
⑵安装性能好
C-GIS将各种高压元件组成若干标准模块，通过组合可以满足各种主接线的要求，满足各种不同使用场合的需要。它整体运输到现场，成套吊装就位，安装时可不涉及SF6气体的处理。还可很方便地通过预留的电缆插座，增加进出线电缆的数量进行扩容，或增加柜子向柜体的一边或两边进行扩展。高压元件设置在箱形的充气壳体内，更易于采用电缆作为电源的引入和引出，更方便与变压器的连接和布置，还不受空间的限制，更容易组成系统。
⑶安全性能大
因C-GIS主回路的导电部分密封于SF6等绝缘气体中，且高压带电导体封闭，使其具有可靠性高和适宜频繁操作的优点，满足了电网变电所负荷急剧增加运行导致大额定电流、大短路开断电流，以及频繁操作、低过电压等技术的需求;还能准确地接受和分配电能，对电路实行有效的控制和保护及检测。如杭州的用户在使用C-GIS时均没有发现触电和火灾的危险发生，保证了设备和操作人员的安全。
⑷维护性能高
因C-GIS各种高压元件或用气体密封，或以金属封闭，零部件无腐蚀、生锈现象，也没有由此造成的操作和导电的影响，需要维修的工作量很小。采用的真空断路器寿命长，性能稳定，也可免维护或少维护。
2.2应用的主要缺陷
⑴产需双方对接不够稳妥
①有的厂家还处在20世纪90年代初的水平，生产12kV的C-GIS仅仅在早期40.5kV的C-GIS基础上，将40.5kV的部件更换为12kV的相应部件，而柜体外形减小量不大，甚至就没有变化，这样的产品相比之下就很显逊色。
②12kV的C-GIS市场售价过高，还不被并不一定要使用C-GIS的用户所接受。预计其综合成本为正常柜子的1.5倍，但现在多数仍为3倍左右，价格为相当一部分用户不能接受。
③许多产品还处于不完善的发展期，如以压缩空气作为充气介质,由于其压力与SF6的压力相差很多,有可能导致选用材质的变化,进而导致设备的性能变化。再如，根据GB3906─1991国家标准产品供电连续性最高级别为LSCB2级,而50%的C-GIS仍采用单气室,就势必要改为双气室。
⑵厂商配套服务没有跟上
①由于一些12kV的C-GIS生产厂家夸大宣传产品性能，加之规定检修周期的延长和系统停电检修困难，使一部分用户放松了检修和管理，设备带病运行的情况时有发生，以致开关柜绝缘被击穿。
②生产厂家出于竞争的考虑，构筑的技术壁垒本无可厚非，但用户购买产品时，仅仅拿到一本通用型的简要使用说明书，缺少一本权威的12kV的C-GIS检修工艺指导书，妨碍了用户使用和检修技能的提高。
③不同生产厂家的设备种类配件有差异，检修使用的备品配件难配发，同种型号不同厂家的检修工艺及技术标准不统一，且各用户的安装布置方式不同，特别是有的产品质量存在先天不足。如日韩的产品较多采用笨拙的铸造罐加焊接，占地面积大，因铸造工艺精度较难保证，漏气点较多。
3设备改造与展望
3.1要为预装式变电所做好配供产品
近年来，我国西部高海拔地区城网改造和农网的终端12kV变电所中越来越多地采用了预装式变电所，既便于建设安装，又不需建房占用过多的土地。其技术参数和功能，以及C-GIS等主要设备，多数是按照国家标准GB/T17467??—1998规定来要求，促进了电网技术装备的进步，因而倍受运行部门的欢迎。但也有一些12kV预装式变电所的高压配电装置及综合自动化系统，使用一个公用的外壳，或者一组外壳封闭起来，其高压开关设备等主要元件内涵与国标GB/T17467-1998规定相距较大。现在，用户普遍对12kV的C-GIS机械寿命、电器寿命提出了新的要求。所以，其生产厂商不仅要对产品设计、质量控制、制造水平严格选择;还要在工程设计中，对于技术参数、机械特性、操作方法等的配置，必须遵循国家相关技术标准的规定，以推动电气工程整体水平的提高。
3.2要为电网自动化提供智能化产品
我国西部高海拔地区电网的智能化改造步伐日益加快，在电气工程设计中对开关设备的配置都表现出极强的超前意识，去年选购智能型C-GIS的客户就比上年增加一成多。用户青睐能实现状态监测、建立计算机辅助维护系统和故障诊断系统的产品，因它记录的运行参数可提供防止误动作或维护措施的信息，有助于防止突发的和费用较大的故障。而现时C-GIS对于状态检修在线监测功能尚显不足，如导体温度、分合闸线圈断线、内绝缘凝露、机械特性和局部放电等，有待进一步的研发提高，以适应配电网自动化和免维护的新需求。
3.3要为增加社会效益多产环保型产品
由于C-GIS常用的充气介质SF6属于温室气体,其使用量应尽可能减少。日本东芝公司已经研制出压缩空气作为充气介质,也有的主流厂商不再采用高压力，改用小于0.25MPa(20℃时的绝对值)的SF6气体，也有的采用N2和SF6+N2混合气体。这是发展方向，理应尽快研制这类特色产品。还要降低带电场控制元件的绝缘子尺寸，提高其浇注工艺水平，尽快攻克材料、工艺方面的难题。绝缘环氧树脂也急需更新换代，加快研发低介电常数、耐热性及强度等均良好的树脂。另外，要通过模块化设计和专业化生产，使C-GIS的成本之比降低到1.5:1左右。
3.4要为不同地区电网增加专用型产品
高海拔地区12kV的电网需要相适应的专用型C-GIS，而市面上清一色的普通开关设备，显然不能满足需要。呼请生产厂商尽快在标准系列之外增添一些适应各种运行环境及各运行部门的个性化产品系列，并对开关柜的绝缘留足够的裕度，甚至重新设计柜形，这样就不必因为在现有柜形的局限下改进绝缘措施，因而更能保证产品的质量，这种富有针对性的产品肯定大有市场。诚然，其内容相对较广，开发的难度较大，但随着现代电网的发展和科技进步，势必迎来一个较为完善的智能化、专用型、系列化的C-GIS应用与发展的喜人局面。