上海天灵开关厂环保型C-GIS的研发与生产

随着经济的持续发展和城市的繁荣扩大，不论在国内还是国外，体积小、免维护、能在严酷气候条件下可靠运行的12～40.5kV充气柜（中压GIS）因其运行的高度可靠性和显著的经济效益等多项优异特性，被广泛采用，需求量不断增加。然而，由于多年来中压GIS沿用的绝缘气体是SF6，它是导致地球变暖的温室效应气体之一，因此，被列于1997年关于地球气候变化国际会议颁布的京都协议书中规定的应削减的气体之一。所以开关制造业寻求环境友好型气体替代SF6，以及新气体的特性研究和环保型中压GIS的研制已成为近些年的重要课题。

面对这一新的形势，上海天灵开关厂有限公司及时调整了产品发展方向，自2004年开始，集中全力开展环境友好型气体绝缘开关柜的研制，经数年不断努力，成功推出几种不同结构的技术先进型CGIS，并购置国外最先进自动化加工设备进行生产，成为国内最早研发、生产这类新型开关装置的单位。

公司研发工作的显著特点是由国内专家和具有CGIS设计经验的德国、日本专家组成团队共同开展设计。这种组合的优势在于：①直接引进国外的设计方法，并能充分了解中国用户在接线方式、试验规定、国产材料特性等方面的特殊性，有助于设计出具有国际水准的产品，还极大地加速了开发的进程；②直接汲取德国、日本的先进工艺水平和生产管理经验，这对实现先进的设计目标、严格控制产品质量非常重要；③注重选用国外最先进的加工设备形成规模生产能力，如德国的数控全自动薄板切割机、全自动三维五轴激光焊接设备、全自动充放气系统、芬兰的柔性加工生产线等；同时，引进先进的不锈钢气密箱体飞行光路激光焊接工艺和氦气全自动检漏技术，精密的检漏装置和新建的高压局放测量设备及屏蔽室等，是确保质量监测的强有力手段。

至今，公司已拥有了自己的12～40.5kV环保型CGIS和12kV环保型气体绝缘环网柜的核心技术、29项发明专利和63项实用新型专利技术。2004年，首台符合绿色环保要求的12kV充氮气绝缘开关柜通过了中国国家高压电器质量监督检验中心的全套产品型式试验。在此后的10余年内，持续研制成功12～40.5kV、630～3150A全系列环保型N2X、N2S、N2N型CGIS及12～40.5kV LMG、LXG、LCG型全气体绝缘环网柜并通过严格的型式试验考核。

公司的各类环保型CGIS具有如下的特点：

（1）所有的CGIS产品均采用低压力气体绝缘技术制造。由于在低压力气体中，电场分布和温升特性都与微高正压柜有很大不同，经对低气压的气体中电场优化处理、放电特性研究和温度场的分析之后，成功研制了完全用低压力氮气绝缘的额定电压36～40.5kV的N2N型柜以及12kV的N2S和N2X型，它们充入的气体额定压力均为0.12MPa（20℃时绝对值）。由于压力小，使采用薄板制造气箱成为可能，而不必像高压力CGIS的气箱那样用8mm厚钢板制造，这不但使开关装置的整体结构变得轻便，而且因其密封性能更好、将年漏率降低到0.1%以下，达到30年免维护的国际水准。

（2）众所周知，现阶段寻求可完全替代SF6气体的研究仍是一项旷日持久和难度极大的工作，为减少开关柜SF6的气体用量，并保证产品的经济性价比，当前较为现实的另一措施是采用少量SF6与其他气体混合制造中压GIS。在对混合气体各种特性充分研究之后，公司推出24kV的N2S和N2X两个系列CGIS中，充气为90%N2+10%SF6；36～40.5kV的N2S柜中则是50% N2+50%SF6混合气体，以此最大限度地减少了温室气体的用量。

（3）采用纯氮气和混合气体制造的开关装置仍保持体积小的优点，例如12kV全氮气绝缘开关柜占地面积是空气绝缘开关柜的45%，40.5kV混合气体绝缘开关柜占地面积是空气绝缘开关柜的25%，40.5kV氮气绝缘开关柜占地面积是空气绝缘开关柜的40%，这些CGIS不但具备友好的环保特性，还带来节地、节材、节能等显著的经济效益。

（4）基于高压电场的优化和对纯N2、SF6+N2混合气体绝缘特性的研究，开关装置的结构设计能保证即使柜体发生漏气故障，各型CGIS仍在零表压时维持足够的绝缘强度不会影响正常运行，无需紧急抢修而仍可按预定计划停电检修，因此极大地提高了运行的可靠性。

（5）结构中采用了自行研发的长寿命、免维护真空断路器和新颖的直动式三工位开关、各功能隔室之间用固体界面绝缘接插新技术实现简便的电气连接，因而现场拼接安装方便，可以灵活地实现各种电气结线方案；所有CGIS均配置微机型多功能继电保护装置，增进了开关装置的技术先进性和智能功能。

（6）由于所有零部件均严格控制原材料中有害化学元素成分的含量，实现了欧盟Ro HS、Reach法规的严格规定；此外，近年还通过美国GE公司的试验考核，因而各型C-GIS产品不但广泛地被国内用户采用，还批量出口国外。

（7）丧失运行连续性等级高，为LSC2。

公司各型CGIS气体绝缘开关设备的主要技术参数见附表4-1。N2X型和N2S型气体绝缘开关装置的结构简图如附图4-1和附图4-2所示。附图4-3～附图4-6所示为公司部分现代化加工设备。

附表4-1　C-GIS气体绝缘开关设备的主要技术参数

续表

附图4-1　N2X型C-GIS结构简图(www.xing528.com)

1—低压室；2—三工位开关操动机构；3—三工位开关；4—真空断路器固封极柱；5—真空断路器操动机构；6—主母线；7—气箱；8—内锥插座；9—电流互感器；10—高压电缆

附图4-2　N2S型C-GIS结构简图

1—断路器操动机构；2—低压室；3—真空断路器固封极柱；4—三工位开关操动机构；5—三工位开关；6—主母线；7—母线室气箱；8—真空断路器气箱；9—分支母线；10—电缆内锥插座；11—高压电缆；12—母线室气箱释压膜

附图4-3　德国TRUMPF数控激光切割加工中心

附图4-4　德国TRUMPF三维五轴激光自动焊接装置

附图4-5　德国SEILER全自动氦气检漏装置

附图4-6　芬兰Fin Power柔性加工线

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