C-GIS设备的发展及应用分析

[摘 要] 通过阐述C-GIS的概念及原理,介绍了该种设备的发展情况,并通过具体应用说明了C-GIS设备较之传统空气绝缘柜的优点和有待改进的问题,同时对国内C-GIS设备制造及应用做出展望。

[关键词] C-GIS 气体绝缘金属封闭开关设备 中压配电系统

引言

随着当代社会经济、现代工业技术的迅速发展,电力需求在各行业中都在不断增大,尤其是中压配电系统,在整个配电系统中发挥着“承上启下”的作用,占据非常重要的地位,因此中压配电设备的性能好坏对于整个电网的安全持续运行举足轻重。C-GIS设备是上世纪末发展起来的专门应用在中压系统中的配电设备,突出的安全性、可靠性使其在本世纪初得到了迅猛发展,使C-GIS制造行业迅速兴起,制造技术突飞猛进。本文通过介绍C-GIS的基本原理、结构、发展状况及应用情况,分析了C-GIS系统在现阶段各行各业的具体应用及其优缺点,并对该设备的未来发展做出展望。

一、C-GIS设备简介

1.C-GIS设备基本概念及原理

C-GIS(Cubicle-type gas-insulated metal-enclosed switchgear)是指柜式气体绝缘金属封闭开关设备,是一种以断路器为主开关、电压电流等基本参数在较高范围内的、应用于7.2～40.5 kV电压等级的一次配电设备。C–GIS是在GIS技术基础上发展起来的一种高技术含量产品,它将GIS的SF6绝缘、密封与空气绝缘的金属封闭开关设备制造技术进行有机结合,利用低压力的气体绝缘介质、固体绝缘材料以及特定的柜式绝缘结构将高压导体、高压元件密封或金属封闭,达到能承受耐受额定绝缘水平的要求;利用开关元件、连接导体、电缆承载电流;利用真空灭弧开断技术对线路的负荷、过载及短路电流进行控制、开断,完成对线路及设备的关、断及保护;使用现代传感、数字及通信技术实现信息化、智能化控制。

2.发展状况

20世纪70年代末、80年代初,日本首先开发出84 kV C-GIS设备,当时采用的是厚钢板焊接的方箱型密封柜体。随后,有更多的公司开发了7.2～126kV不同电压等级的C-GIS产品,母线全部置于SF6气体中;主开关选配真空断路器或SF6断路器;主接线与常规高压GIS基本一致,配备上下隔离开关、接地开关、快速接地开关等,内置电流互感器、电压互感器、避雷器等高压元件。技术进步主要表现在将SF6气体绝缘技术应用到开关柜的制造上,充气压力降低,一般在0.2MPa(表压)以下,现场安装时需要进行抽真空、充气。

2000年前后,中压C-GIS设备有了飞跃式的发展,新的技术、结构、工艺、装备等进入推广使用阶段。产品的技术参数、可靠性进一步得到提高,尺寸进一步减小,密封柜体也进行了进一步改造,采用薄不锈钢板焊接结构,并开始采用激光焊接技术、同步抽真空与充气技术、SF6气体检漏技术;采用新型的固体界面绝缘插接技术,并推广应用于各气室间、柜体间以及电压互感器、避雷器等外置高压元件的连接;传感器被大量使用,如电流/电压传感器、位置传感器、气体压力传感器等,同时引入计算机控制技术,使产品的信息化、智能化得到很大提高;SF6气体压力进一步降低,一般在0.05MPa以下,并已开发出采用压缩空气、N2等作为绝缘介质的C-GIS设备。技术进步主要表现在SF6气体用量减少,固体界面绝缘技术的成熟与广泛使用,参数水平提高,制造、检漏技术与水平提高,产品已初步实现了信息化、智能化。

二、C-GIS设备应用分析

1.C-GIS设备特点

多年的发展及实践证明,C-GIS设备在中压配电系统中有着无与伦比的优越性,SF6气体的运用,无论在绝缘性能还是灭弧能力方面,都表现出了比空气更多的优势,在较小的工作气压下就可获得良好的绝缘性能,同时由于气体绝缘的特殊性,C-GIS设备在设计过程中采用了防爆膜或压力释放通道,使维护人员受事故伤害的几率几乎降为零;全密封的柜体结构,将导体及一些高压元件完全与外界环境隔离,从而避免了由天气、环境变化引起的湿热、凝露、空气污染等影响;激光焊接工艺、新型固体绝缘界面插接技术及硅胶材料的应用,使柜体各气室间、柜体与外界环境的密封性能及柜体强度等得到很大提升,也使很多高压元件(电压互感器、避雷器等)实现了外置;更多的采用了新型传感器,可以实现对C-GIS设备的远程监控。有了这些先进技术的应用,使C-GIS设备柜体体积在原有小体积基础上又减小了很多,尤其是40.5kV等级C-GIS设备,比传统空气绝缘柜的占地面积、体积均减少了近2/3,制造商可以将每一台柜体在工厂内进行独立封装,然后成套运输到现场,良好的密封性能和小巧的体积也给运输带来方便,在进入现场后可直接安装就位,省去了组装、抽真空及充气等繁琐过程,不仅如此,C-GIS设备非常高的智能化、信息化水平,也完全适应了现代无人值守变电站的发展需要。

2.行业应用情况

目前,中压C-GIS产品的用户主要集中在沿海经济发达地区,这些地区基础建设规模大,工业化程度高,同时电力用户的要求和认识都比较超前,故在一些重要场合使用了高可靠性和免维护的C-GIS。在经济建设重心内移和C-GIS使用中显现的优越性的示范作用下,广阔的中西部地区也开始使用。40.5kV C-GIS(含36kV)的最大使用领域是地铁。至2005年,正在修建和计划开工修建地铁的城市有上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、长春、沈阳等,总建设里程超过400km。按36kV或40.5 kVC GIS的用量10台/km计算,地铁中C GIS的使用量在4000台左右。据不完全调查,地铁用户主要分布在上海、广州、深圳、南京、天津等地,中心变电站主要集中在上海、北京、青岛、深圳、天津、广东等地,终端变电站主要集中在以上各大城市的高层建筑、污水站、工厂等。地铁用户占40%,中心变电站占30%,终端变电站占30%。

就笔者所在的石化行业来看,石油化工产品的大需求量直接带动着电力系统应用的规模化,而且由于石化行业生产环境的特殊性,空气质量较差,污染严重,传统开关柜被腐蚀及污染现象严重,设备使用寿命短,而在此条件下却非常适合采用C-GIS设备,全密封柜体结构将导体、开关及其它一些高压元件与外界完全隔离,在降低维护及检修成本的同时也提高了供电安全性、可靠性,延长了设备的使用寿命。毫无疑问,C-GIS较传统空气绝缘柜优势明显,在不久的将来其应用将越来越广泛。

3.待改进问题及发展前景

虽然C-GIS设备拥有很多优点,应用越来越广泛,但也不可忽视其存在的缺点及有待改进的环节。

SF6气体是用于高压开关设备的性能优良的绝缘与灭弧介质,在常温常压下无色、无味、无毒,但在电弧作用下会分解出有毒成分,对空气造成污染,而全世界都在注重环保的今天,有必要找出更加环保的绝缘介质替代品,如N2、压缩空气等,从而提升C-GIS设备的环保性能;在现有基础上继续技术创新,开发新型真空断路器,优化断路器的绝缘、操动机构,提升系统的开合能力及可靠性;研究新型插接及密封技术,改善系统密封性能,延长设备使用寿命,在此基础上使接口尺寸标准化、统一化,促进外置设备的通用化,真正实现C-GIS设备从少维护到免维护。

三、结束语

随着经济建设的快速发展,中压C-GIS产品的使用量将会大大增加,而在技术创新和应用的推动下,G-GIS产品将朝着高可靠性、免维护、智能化、低成本、模块化、少用或不用SF6 气体的方向发展。同时,国内生产厂商应先努力学习国外先进技术和制造工艺,力争技术创新,拉近与国外厂商的技术水平。

参 考 文 献

[1] 刘佰玲.中压C-GIS在开发中的问题解析[J].华通技术,2003(2):10-13

[2] 玛莉.GIS产品在中压领域的应用和存在的问题[J].电气应用,2007(1):12-13■