35kV气体绝缘开关设备国产化的若干问题

35kV气体绝缘开关设备发展现状
1982年西门子公司在汉诺威展览会上展出了8DA10/8DB10型配真空断路器的SF6气体绝缘开关设备。之后，国外许多制造公司纷纷效仿，各自开发了自己的产品。不同的充气柜结构形式差别很大：一种是铝筒封闭式，一种是钢板封闭式。前者外形象高压SF6封闭式组合电器，后者外形象一般空气绝缘的开关柜。钢板封闭式与铝筒封闭式相比，具有较低的成本、较好的环境协调性和适应性，更容易被用户所接受。就35kV电压等级而言，目前出现较多的主要有：ABB公司的ZV2、ZX2，SEIMENS公司的NXPLUS，ALOSTOM公司的WS，三菱公司的30-GX等，额定电流zui大到2500A，额定短路开断电流一般为25或31.5kA ，有个别公司达到40kA，依据额定电流大小，宽度尺寸一般为600mm或800mm。随着计算机技术、传感技术的不断发展，国外C-GIS已在智能化方面取得较大突破，可靠性、安全性进一步得到提高。

我国柜式充气柜的研发起步较晚，上世纪90年代，一些科研院所和部分企业开始了C-GIS的研制工作，到本世纪，有更多的企业参加进来，研发方向主要集中在35kV电压等级产品。除一些合资企业直接引进母公司技术组装生产外，大部分C-GIS生产厂家都是采用引进技术生产，还无法掌握其核心技术。目前只有以西安高压电器研究所为代表的少数单位自主研发，完成了型式试验，有个别生产厂家通过了产品鉴定。国内产品设计参数一般额定电流为1250A，额定短路开断电流为25kA ，宽度尺寸一般为800mm。国内产品设计中大量采用*技术，产品的技术水平基本达到了同类产品*水平。但是，由于制造工艺等原因，大部分生产厂家还是停留在生产摸索阶段，还无法向用户提供满意的产品。

35kV气体绝缘开关设备国产化过程中存在问题
由于充气柜市场的“蛋糕”十分诱人，国内企业纷纷加入到充气柜的研发中来，希望通过35kV气体绝缘开关设备的产品研制来调整企业产品结构。或者引进产品，或者是合作生产，或者是自己研制。35kVC-GIS产品既不同于高压GIS，也不同于常规空气绝缘的开关柜，开发难度大、周期长、需要花费大量的人力、物力和财力，国产化的进程速度缓慢。无论采用何种方式，企业都必须要有明确自身定位，都必须要认真思考一些问题，有利于减少35kV气体绝缘开关设备国产化过程中的失误。

1．慎重选择产品结构形式。

C-GIS产品都采取了简化的一次主接线方式，从母线连接技术来分，大致有两种结构形式：一种是气体绝缘母线，安装时必须在现场充气；另一种为固体绝缘母线，目前一般都采用了插接式母线技术，利用界面绝缘来实现柜与柜之间主母线的连通，现场不需要充气。

两种方式各有优缺点：*种方式由于现场涉及到气体处理，需要专门的抽真空、充气设备，给安装带来不便，同时也受安装环境的限制，有可能导致灰尘、导电微粒等杂质进入气室中，影响开关设备的绝缘性能；第二种方式虽避免了上述问题，但也带来新问题。界面绝缘只要配合（一般要保证0.2MPa的接触压力），长期运行应该是很可靠的，但是，运用到35kV柜与柜之间的连接上来，似乎显得不可靠。*，开关设备箱体体的焊接肯定存在一定的变形，对于3mm或4mm不锈钢板的焊接，变形比普通碳钢板大，变形的存在影响了柜间连接的尺寸精度；开关柜的安装地平也存在误差（一般技术条件规定为小于1mm/m，实际制作的地平还达不到这个要求）；两种因素的综合作用无法有效保证界面绝缘的均匀性、可靠性，界面接触的不均匀还会加速硅橡胶的老化。有些产品也曾做了一些防范措施如预制开关柜安装地基，减小安装地平误差对绝缘的影响，但效果并不理想。笔者曾多次碰到由于制造误差、安装误差导致气体绝缘开关设备界面绝缘破坏的现象。

主母线的连接型式决定了C-GIS的总体结构，制造企业在产品开发以前要慎重选择。如何扬长避短，设计出用户满意的产品。

2．重视C-GIS产品设计中的电场分布。

35kV气体绝缘开关设备中通常使用低压力的SF6气体为绝缘介质。SF6气体绝缘主要使用的是稍不均匀电场，电场的不均匀程度对SF6气体击穿电压的影响较大，因此，在绝缘结构设计时要采取各种措施避免电场不均匀的负面影响。

SF6气体中绝缘结构设计通常采用经验公式估算、理论分析计算与试验相结合的方法。尤其要重视试验，通过试验，不断修正电场分布，达到理想的绝缘效果。绝缘结构设计要特别注意以下几个方面：

（1） 单纯拉大电极之间的间隙距离，提高的击穿电压值有限。随着电极距离的拉大，电场不均匀程度也增加，击穿电压的增加愈来愈慢。更重要的是如何改善气室内电场分布。

（2） 充分发挥固体绝缘介质的优势，有效减小绝缘结构的尺寸。由于固体绝缘介质击穿强度比SF6气体高，设计时应使固体介质承受较高电场强度，而气体和固体绝缘表面承受较低的电场强度。可以采用内置屏蔽电极，改变场强分布的办法来实现。

（3） 特别注意三重物质接触点的作用。固体绝缘、电极、气体三者交界部位，由于介电常数的不同，容易引起介电常数小的一侧电场强度升高，发展为沿面闪络。电极与固体绝缘接触部位，容易形成楔形气隙，导致局部场强升高。三重点部分绝缘结构设计中，固体绝缘表面形状设计要合理，尽量使局部电场强度升高人为控制在专门设计的凹坑内，电极形状与加工光洁度也要修正。

3. 特别关注C-GIS产品制造工艺。

制造工艺是影响C-GIS产品的质量与水平的zui重要的方面，国内产品与国外产品的差距也主要体现在工艺上。因此在产品的开发决策时，就必须考虑配套的工艺。C-GIS产品中，必须考虑的工艺有：

（1） 箱体的焊接工艺。

C-GIS产品箱体的焊接是影响产品质量和生产效率的关键工序，焊接既要保证箱体的强度和精度，又要保证气密性。国内一般采用的是氩弧焊或气体保护焊，由于不锈钢板传热很快，即使是在焊接夹具中完成全部焊接，总存在焊接变形，焊接变形的存在对密封表面、装配调试产生不利的影响，焊接的气密性也得不到有效保证。国外企业大多采取了更为*的激光焊接方式。激光焊接方式有利于减小焊接变形，降低人为因素造成的焊接缺陷，适合规模化生产。但是，激光焊接对箱体的结构形式、不锈钢板材下料精度、焊接夹具设计提出了更高要求。C-GIS产品国产化过程中，国内企业应更多地加以关注。

（2） 产品的加工、装配工艺。

首先要建立严格的加工工艺。电极的表面形状和光洁度、箱体的焊渣、表面划伤与加工部件的毛刺、尖角对气体的绝缘特性影响很大，密封面的加工精度和表面光洁度对密封的可靠性影响较大，操动机构零部件的加工质量也直接影响操动机构的稳定性、可靠性。只有建立严格的加工工艺流程，才能真正保证产品的质量。

其次，要建立严格的装配工艺。C-GIS产品装配的总的要求是：洁净的环境、规范的操作。洁净的环境要求装配场所密闭，实现温度、湿度、气压可调，实行防尘管理；规范的操作要求装配的每个环节按工艺要求进行，如零部件装配前的清洗、干燥、存放，润滑脂、导电脂、密封脂的使用，不同作用的螺栓的紧固力矩等，都必须按规定要求进行。这样，才能真正保证产品质量。

（3） 产品的检测工艺，尤其是泄漏率的检测。

C-GIS的装配是一个复杂的过程，必须在装配的每一个环节设置检测手段，确保装配后产品质量，减少返工，尤其是对箱体等半成品的过程检漏。焊接箱体的检漏通常采用的方法有水浸法、涂抹肥皂泡等方法，但这些方法无法定性检测出漏气的程度，对半成品也难于作出合格与否的判定。目前比较好的方法是采用氦质谱检漏的方法，利用对氦气非常敏感的传感器的传感，定性定量检测漏气情况，以便及时采取纠正措施。检测判定的数据可以由产品的年漏气率反推得出。