35kV氣體絕緣開關設備國產化的若干問題

35kV氣體絕緣開關設備發展現狀
1982年西門子公司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zui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*技術，產品的技術水平基本達到了同類產品*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。

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：*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（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。*，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。

3. 特別關注C-GIS產品制造工藝。

制造工藝是影響C-GIS產品的質量與水平的zui重要的方面，國內產品與國外產品的差距也主要體現在工藝上。因此在產品的開發決策時，就必須考慮配套的工藝。C-GIS產品中，必須考慮的工藝有：

（1） 箱體的焊接工藝。

C-GIS產品箱體的焊接是影響產品質量和生產效率的關鍵工序，焊接既要保證箱體的強度和精度，又要保證氣密性。國內一般采用的是氬弧焊或氣體保護焊，由于不銹鋼板傳熱很快，即使是在焊接夾具中完成全部焊接，總存在焊接變形，焊接變形的存在對密封表面、裝配調試產生不利的影響，焊接的氣密性也得不到有效保證。國外企業大多采取了更為*的激光焊接方式。激光焊接方式有利于減小焊接變形，降低人為因素造成的焊接缺陷，適合規模化生產。但是，激光焊接對箱體的結構形式、不銹鋼板材下料精度、焊接夾具設計提出了更高要求。C-GIS產品國產化過程中，國內企業應更多地加以關注。

（2） 產品的加工、裝配工藝。

首先要建立嚴格的加工工藝。電極的表面形狀和光潔度、箱體的焊渣、表面劃傷與加工部件的毛刺、尖角對氣體的絕緣特性影響很大，密封面的加工精度和表面光潔度對密封的可靠性影響較大，操動機構零部件的加工質量也直接影響操動機構的穩定性、可靠性。只有建立嚴格的加工工藝流程，才能真正保證產品的質量。

其次，要建立嚴格的裝配工藝。C-GIS產品裝配的總的要求是：潔凈的環境、規范的操作。潔凈的環境要求裝配場所密閉，實現溫度、濕度、氣壓可調，實行防塵管理；規范的操作要求裝配的每個環節按工藝要求進行，如零部件裝配前的清洗、干燥、存放，潤滑脂、導電脂、密封脂的使用，不同作用的螺栓的緊固力矩等，都必須按規定要求進行。這樣，才能真正保證產品質量。

（3） 產品的檢測工藝，尤其是泄漏率的檢測。

C-GIS的裝配是一個復雜的過程，必須在裝配的每一個環節設置檢測手段，確保裝配后產品質量，減少返工，尤其是對箱體等半成品的過程檢漏。焊接箱體的檢漏通常采用的方法有水浸法、涂抹肥皂泡等方法，但這些方法無法定性檢測出漏氣的程度，對半成品也難于作出合格與否的判定。目前比較好的方法是采用氦質譜檢漏的方法，利用對氦氣非常敏感的傳感器的傳感，定性定量檢測漏氣情況，以便及時采取糾正措施。檢測判定的數據可以由產品的年漏氣率反推得出。