环保气体绝缘金属封闭开关设备研究现状及发展动向.doc

环保气体绝缘金属封闭开关设备研究现状及发展动向 　　摘 要：文章首先对环保气体绝缘金属封闭开关设备中使用的环保气体进行介绍，包括SF6混合气体、干燥空气和氮气及其他SF6替代气体，然后阐述了环保气体绝缘金属封闭开关设备在体积、结构、维护性、安全性和环境适应性等方面的技术特点，并分别介绍不同环保气体开关设备的优缺点；同时，阐述了环保气体绝缘金属封闭开关设备在绝缘及开断能力、温升、环保气体工业化生产等方面的技术难点，最后提出了未来开关设备智能化的发展方向。 　　关键词：环保气体绝缘金属封闭开关设备；干燥空气；氮气；SF6混合气体 　　1 概述 　　气体绝缘金属封闭开关设备是坚强电网中不可或缺的产品，其大量应用于电网配电系统中，直接关系到电网的可靠运行。为电网运行可靠，提升电网节能、环保水平，国内外对气体绝缘开关设备进行了一系列的研究与生产制造。 　　气体绝缘开关设备在绝缘介质的使用上，经历了空气绝缘，SF6气体绝缘及环保气体绝缘的发展历程；在灭弧技术的使用上，经历了空气灭弧，SF6灭弧及真空灭弧的过程；在结构形式上经历了敞开式、半封闭及全封闭等阶段。 　　传统气体绝缘开关设备以空气作为绝缘介质，占地面积较大，并且容易受外部环境的影响，潮湿、脏污等自然条件容易引起设备的故障。随着上世纪70年代第一台SF6气体绝缘开关设备诞生，由于SF6气体具有较高的介电强度，绝缘性能良好，且化学特性稳定，在大大减小开关设备尺寸的同时，保证了气体绝缘开关设备的可靠运行，因此采用SF6气体作为绝缘媒介或主绝缘媒介的开关设备在国内外得到广泛的应用。但是SF6气体分解难且为公认的温室气体，其每个分子对温室效应的影响是CO2的23900倍，衰减周期为3200年，对人类的生存环境造成极大的潜在威胁；而且SF6气体作为灭弧介质易产生有害物质，一旦泄露将危及到相关人员的身体健康。为减少温室效应，防止环境污染，国家发改委编制《中国电网企业温室气体排放核算方法与报告指南》、《气体绝缘金属封闭组合电器SF6减排计量与监测方法学》，要求各电力公司加强对CO2及SF6的排放控制。为此，开关制造业不断努力进行环境友好型替代气体的特性、SF6替代绝缘介质和无/少SF6气体绝缘开关柜的研究。 　　目前，气体绝缘金属封闭开关设备中的环保气体主要有以下三类：（1）不使用SF6的气体：清洁干燥空气及N2；（2）使用少量SF6的混合气体，如常用的10%SF6和90%N2混合气体，20%SF6和80%N2混合气体；SF6混合气体在开关设备中仅用作绝缘，通过真空灭弧室进行开断灭弧，限制了SF6的充气比例或充气压力，实现减小温室气体SF6的目的；（3）SF6的替代气体：如PFC气体（包括C3F8、C2F6、CF4等），CF3I气体，但由于这两类气体液化温度高，目前仍未工业化[1]。随着环保气体理论研究的日益成熟，各类环保气体绝缘金属封闭开关设备也开始研制，并已经有部分公司产品通过了型式试验和挂网运行，无论从经济上，性能上，环保性上都获得了一致的认可。下面将对环保气体金属开关设备的技术特点及技术难点进行重点阐述。 　　2 技术特点 　　环保气体绝缘金属封闭开关设备以环保气体（如少量SF6与N2混合气体，干燥空气，N2）为主要绝缘介质，使用真空灭弧室作为开断灭弧元件，并将真空灭弧室及一次导电回路固封在环氧树脂壳体或不锈钢气箱中。国内开关设备企业从2004年开始研制环保气体开关设备，经过十几年的努力，已经有不少公司研制的产品通过型式试验和挂网运行，目前主要用于中压领域，如12～72.5kV干燥空气绝缘开关柜，12kV和40.5kV氮气绝缘开关柜，24～72.5kV充SF6混合气体（其中SF6比例最高为50%）的开关柜。通过10多年的挂网运行经历，将环保气体绝缘金属封闭开关设备与传统的空气绝缘金属封闭开关设备以及SF6气体绝缘金属封闭开关设备的各项性能进行对比，将其总结如下，如表1所示[2]。 　　通过表1可以看出，传统的空气绝缘金属封闭开关设备由于采用空气作为绝缘介质，极易受外部环境的影响，潮湿、脏污、海拔等情况将对开关设备产生较大的影响，而且开关设备体积较大，占地面积较大，不符合小型化的趋势。SF6气体绝缘金属封闭开关设备由于采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质，使开关设备的体积减少，且不易受环境的影响，但由于SF6气体为温室?馓澹?且使用过程中极易产生有毒物质，在设备的运行过程中需要对其进行泄漏检测与防护。环保气体绝缘金属封闭开关设备与前两者相比，将主回路安装在充满环保气体气箱内，并通过真空灭弧室进行灭弧，使设备体积小，环境适应性强；由于没有SF6气体，取消SF6气体的检漏设备和回收装置，简化了检测项目，不需对有毒分解物进行检测；同时，环保气体开关设备安全可靠，免维护，规