中压开关柜的柜型比较分析

中压开关柜的柜型比较分析

秦灏  ,孙春妍

江苏省电力有限公司无锡供电分公司，江苏无锡  214061

摘要：中压配电网在用的开关柜从柜型绝缘结构来说，主要是空气柜（AIS）、充气柜（C-GIS）、GIS等三种柜型，固体绝缘开关柜柜型更小，但发展尚不成熟，尚未得到大规模应用，未列入本文分析比较范围。由于成本低廉，目前主流的中压开关柜还是空气绝缘中置柜，而GIS由于价格较高，占地面积比充气柜要大，所以基本属于小众产品。

关键词：中压开关柜；柜型；辅助设施；比较分析

引言：

充气柜(C—GIS) 是GIS技术与开关柜(AIS)技术相结合的产物，也称为气体绝缘开关柜(其中C代表Cubicle)。不受外界条件(如凝露、污秽、小动物及化学物质等)的影响，可运行在环境恶劣场所。由于使用性能优异的SF6、N2等气体作为绝缘介质，大大缩小了柜体的外形尺寸。如：40．5kV电压等级，C-GIS柜体体积约为AIS的1／3。因采用低压力气体绝缘，可在工厂整体组装后运往现场，大大减少了现场安装工作量。是一种小型化、智能化的中压开关设备，特别适用于环境条件比较恶劣和污染严重地区以及因占地面积、空间受限制的场合(如大型工矿企业、高层建筑、地铁等)。同时运行、维护成本低，从整个生命周期分析，具有较高的性价比、可靠性。应该是行业的未来发展趋势。

下文将就这三种柜型从防护性能、机械性能、运维工作量、建筑成本、辅助设施、设备价格等几个维度进行具体分析。

1. 柜型对比分析

1.1防护性能

空气柜：中压开关柜外壳防护等级IP4X，外壳覆铝锌板折弯，拼接，易吸潮，柜内易产生凝露，柜内绝缘件触头容易沉积灰尘造成绝缘强度下降。触头裸露，造成氧化，接触电阻增大，温度升高，加速裂化。

GIS：中压GIS防护等级IP65，外壳采用高强度防锈铝合金，一次回路密封在高压气室内部，与外界环境完全隔开，能有效解决凝露、污秽、以及触头氧化、发热问题。该型产品结构复杂，成本较高，但各隔室功能明确，不同隔室之间互不影晌。

充气柜：将GIs的各单元设置在一个柜形箱体内，再充入低压力(0．03—0．1 6MPa)SF。等气体。由于充气压力低，可用箱形壳体，将断路器、互感器，隔离开关，接地开关等元件设置在柜内，从而提高了元件装柜密度，使产品更加紧凑。采用单气室或二气室设计，有的柜型将主母线与断路器分布在同一气室内，该方式结构简单，成本较低，但一种元件发生故障时，会影响到其他元件。

通过对中压配电装置防护性能对比分析，GIS优于充气柜，充气柜又优于开关柜。

GIS和充气柜由于密封设计，不受外界环境影响，适应于温度变化大和高湿环境(如湿热带地区)、 高温及低温地区(如沙漠地区和南北两极区) 、环境中含有自然物质(如沿海的盐雾工业粉尘)或化学性腐蚀物质(化工厂炼油厂)的地方、地震区有振动的场合高海拔地区、安装受限制的窄狭地方等。

1.2机械性能

空气柜：根据国网公司招标文件要求中压开关柜真空断路器机械寿命不小于10000次，隔离手车活动部件机械寿命约3000次，接地开关寿命约3000次。但是手车断路器丝杠推进机构在传动过程中会产生较大的倾覆力矩和偏心力矩。

GIS：根据国网公司招标文件要求中压 GIS断路器机械寿命不小于10000次、隔离接地开关、接地开关机械寿命不小于10000次。

充气柜：根据国网公司招标文件要求中压 GIS断路器机械寿命不小于10000次、隔离接地开关、接地开关机械寿命不小于10000次。

通过对中压配电装置设备机械性能对比分析，充气柜与GIS机械性能相同，均优于空气柜。

1.3运行维护

空气柜：中压开关柜因产品结构特点，使用断路器的可抽出方式，形成可见的隔离断口。设备需定期清理、维护工作量大。高电压等级的手车重且不灵活，操作不便。每年需要清扫，5-6年需要做一次预防性试验。

GIS：中压 GIS属于免维护设备，同时可根据使用习惯、运行维护的需要，灵活配置接线形式（出线侧增加三工位开关、出线侧增加快速接地开关、母线上增加母线接地开关等），提高了运行维护的便利性及可靠性。

充气柜：与GIS一样也是属于免维护设备，投运后，运行维护工作量较小，但是有些厂家从简化开关柜结构，降低制作成本的角度考虑往往会取消线路侧的接地开关，甚至有的柜型把线路隔离和接地开关一起取消。而目前国网公司通用设计要求在断路器两侧都配置隔离和接地开关，因此充气柜主接线往往会与供电公司运行习惯不一致，这一点在选型时需要引起注意。

通过对中压配电装置设备运行维护工作量进行对比分析， GIS、充气柜运行维护工作量非常小，均优于普通空气柜。但从规范接线和运行角度考虑，充气柜往往不符合供电公司的要求，需要厂家更改产品设计。

1.4建筑

空气柜：以35千伏标准铠装出线柜为例，按国网通用设备标准柜型，占地面积为2600*1400*2800（宽*深*高）=3.92平方米，按国网通用设计，层高控制在5.4米。

GIS：由于GIS需要室内行车吊装， GIS室电动葫芦吊钩距地面最少需要4米，同样以35千伏配电装置为例，配电装置楼层高至少需要4000（地面至吊钩底）+1150（吊钩底至轨道梁底）+450（轨道梁高）+700（建筑梁高）+150（建筑楼板厚）+200（二层GIS混凝土层）=6650，考虑50的余度，则层高按6.7米考虑。标准间隔占地面积3.2平方米，相当于空气柜占地面积的80%。

充气柜：同样以35千伏柜型来比较，国内厂家标准出线柜占地面积为1.5平方米，相当于空气柜的38%。

通过建筑成本的比较，充气柜由于占地面积大大小于空气柜及GIS，也不需要室内行车，因此，建筑成本大大低于空气柜和GIS。充气柜的建筑成本大概仅仅相当于空气柜的一半。

1.5辅助设施

开关柜：通常采用分体柜式空调进行空气调节，以维持室内环境温度≤35°C，相对湿度不高于70%。另设除湿器，满足极端气候时室内湿度要求。

GIS：GIS室采用低位百叶自然进风，防腐轴流风机机械排风的通风方式来排除室内余热，及室内可能存在的SF6气体。同时还需配置SF6泄露报警系统。

充气柜：与GIS类似。

通过辅助设施的比较，三者成本差不多。

2结束语

总的来说，从产品应用范围和实际使用情况来看，尤其是沿海热带、亚热带地区，开关柜凝露问题长期得不到解决，故障频发，充气柜和GIS都是完美解决方案。从产品生命周期综合成本考虑，包括投运后运维人工成本，投运前建筑成本的话，虽然空气柜目前还有一定的成本优势，但在某些场所，比如35千伏电压等级，由于用户往往比较重要，供电范围较广，充气柜已经显现了优异的性价比。

空气柜现阶段虽然目前应用最广泛，但随着社会人力成本逐年提高，产品后期运维成本高这个弊端，将导致空气柜首先在高电压等级上逐步被充气柜替代，而充气柜厂家也需要从用户需求出发，有待开发出大电流，能切合电容回路、配置线路地刀的产品，以便更好的适应电力系统用户习惯。

至于GIS由于成本高企，且柜型占地面积还是偏大，作为一种小众产品，目前来看还只能局限于某些需要高可靠供电保障场合内使用。