35kV C-GIS充气柜的组成结构和工作原理介绍

35kV C-GIS充气柜的组成结构和工作原理介绍

李振华

江苏森源电气股份有限公司   江苏省昆山市  215312

摘要：自我国电力发展速度有所加快后，开关柜逐渐成为当代市场中不可或缺的设备之一，这种情况促使市场对于开关柜结构、原理以及核心技术提出诸多要求，开关柜型号也随之逐渐在增多。为从根本了解35kVC-GIS充气柜，本文以其概述为基础，针对组成结构展开进一步剖析，并详细介绍其在工作中的主要原理，以供参考。

关键词：35kVC-GIS充气柜；组成结构；工作原理

引言：GIS按其结构可分为箱式、相式、复合式、全三相式以及混合式等等，其中箱式GIS也可以将其称之为C-GIS，其密封外壳呈方形箱体，压缩变形强度低于圆形气箱，因此多为10-35kV产品，消弧能力很小。C-GIS广泛应用于中压领域。但由于成本高，价格是传统产品的2-3倍，C-GIS一直没有被广泛接受。35kV中压系统主要应用于电网，第二种方案通常比较简单，常采用三台断路器进行分析，可有效提高电网运行质量。

一、35kVC-GIS充气柜的概述

GIS全称气体绝缘开关设备，主要包括母线、开关、CT、PT、绝缘开关和避雷器。由于采用绝缘性能优良的六氟化硫作为绝缘和灭弧介质，可以大大减少变电站的体积以实现小型化。由于所有活动部件都密封在SF6惰性气体中，所以部件运行性能能够得到有效提升。此外，其还具有优异的抗震性能。活动部件封闭在接地金属外壳中，因此没有触电风险。SF6气体属于不可燃气体，不易着火，从而避免外界的不利影响。由于带电部分被金属外壳包围，可以阻隔电磁和静电，噪音较弱，抗干扰能力强。由于小型化，整机可在工厂组装，并在通过测试后分块或间隔交付至施工现场，以缩短现场安装周期并提高可靠性。维护方便，维护周期长：由于其合理的结构布局和先进的消弧系统，大大提高了产品的使用寿命，在对其进行维护工作时，大幅降低维护压力与难度，并且由于小型化和小间隙，日常维护方便。35kVC-GIS充气柜充电柜开关部分地处偏远山林供陈旧的地铁或高铁使用，部分开关用于道路附近的家庭用电，部分户外柜用于高湿高盐的海上海水。这需要高耐腐蚀性。35kVC-GIS充气柜只有外壳材料比较好才能满足沿海环境。海上风电项目还有一个开放式开关站，要求更加严格。

二、35kVC-GIS充气柜的组成结构

1.材料与工艺

35kVC-GIS充气柜通常采用方形外壳设计，充电后模拟压力约为8500kg。因此，在结构内使用50x25不锈钢矩形截面，并将其焊接到框架结构上，以保持气室的强度。空气箱用优质不锈钢板304密封，板材染色、弯曲和焊接设备用于满足工艺要求，以及氨气泄漏检测等现代先进技术，提高密封盒的精度、刚性和强度，降低泄漏速度[1]。

2.操作结构

(1)隔离开关工作孔。用控制手柄转动隔离开关工作轴来接通和分断隔离开关；(2)压力指示器。ELE系列开关配有压力指示器。在常温下，如果指示器在红色区域，则压力低；如果在绿色区域，则压力正常；（3）运行机制。操作器采用弹簧储能结构，结构紧凑，工作效率低，使用寿命长。(4)带电指示器。带电指示器显示套筒中是否有电。指示器下方的三个插座可用于二次相检查。开关按钮安装在格栅显示屏上，有效延长使用寿命；(5)泄压装在。泄压装置位于罐体底部，通过金属板与电缆室隔开。如果风箱内压力过高，设备中的防爆垫可能会破裂以释放压力；(6)储能操作和储能指示器。用控制手柄转动储能机构工作轴，使断路器储能。观察储能说明，了解操作机构的储能状态；(7)接地开关操作孔。用操纵杆转动接地开关的工作轴来接通和断开接地开关；(8)连接设备。挂锁装置连接的挂锁面板盖住操作孔，安装挂锁装置时，控制手柄才能插入操作孔。非工作时间可配置绑定锁，防止非授权人员的不当操作；(9)电缆接头。电缆连接内部装有DIN47636标准套管，进出线电缆采用全绝缘全密封接头（电缆接头）连接。

3.参数与模块

确定设备主要电气参数：额定电流1250A；额定水平绝缘相间和相间工作频率95kV1min，相间和相间雷电耐压185kV；额定短路开断电流（有效值）31.5kA，额定峰值耐受电流（peak）80kA/4s；防护等级：IP4X；年泄漏率为0.02%。(1)所有充气柜均采用模块化设计，可灵活扩展。所有模块都可以连接以按比例缩小和放大，以实现完整的模块化设计。采用国际现代固体绝缘插入式母线离合器，可实现灵活扩展配置。延长与SF6气体操作无关。可提供普通集装箱单柜或多块组合柜，可无限扩展。全部35kV级充电柜均有柜体。每三个回路中就有一个集中在一个完全密封的系统中，该系统位于一个不受环境影响的空气箱中。(2)多元件盒组合电器的电场优化与稳定性。3D建模用于电场和功率的产品建模、计算以及建模。通过对母线电压的分析，通过母线扩展解决了降低动态和热稳定性的问题。开发专门为具有多个组件的组合电气设备设计的电场模拟程序。通过求解大型有限元方程和数据库分析，避免了电磁干扰引起的误差概率。（3） 不锈钢外壳采用世界领先的激光焊接技术激光焊接-缝焊模式。缝焊模式窄，热输入和热变形小，纵横比大，有助于减少焊接变形，满足最大粘度和防爆要求，减少了人为因素造成的焊接缺陷，适用于大规模生产。焊接技术“冷加工”有效保护树脂外壳。气室中加强肋之间的连接是激光焊接的，形成框架结构，为气室内的强度提供可靠支撑。

三、35kVC-GIS充气柜的工作原理

不同型号的35kVC-GIS充气柜具有相似的结构特点。固定式设计技术和免维护真空断路器技术主要用于替代集中式断路器，操作次数有限；将空气绝缘换成高性能六氧化硫气体绝缘，对各工作部件和开关进行维护和检修；电缆连接采用全绝缘抗冲击插接结构，替代传统电缆连接，更安全。隔离开关和接地开关的组合，而不是单独的开关，有助于减少空间和锁定工作量。35kVC-GIS充气柜是指用于分配电压和输出给电气负载的电缆。长线上的几根小电缆在使用电缆时往往会造成浪费。高压燃料室通常采用大型主干电缆出线口，然后在接近负载时用电缆分线箱将主干电缆分成若干小面积电缆，将小段电缆连接到负载上。该输电线路广泛应用于农村电力系统，用于道路照明和小用户供电[2]。

35kVC-GIS充气柜实际上是一种新型开关，其工作原理是将三工位、断路器等高压元件密封在一个低压力充气的外壳内。35kVC-GIS充气柜具有许多优点。例如，它可以完全隔离压缩气体，基本不受化学物质、动物运动等外界干扰，非常适合小型化的发展。35kVC-GIS充气柜，虽然型号不同，但设计特点相似；为了取代传统的变频调速中间断路器，技术人员更换固定设计的中间断路器，并增加新的无人维护真空断路器装置。这减少对各种工作元件和开关的定期维护和修理，在一定程度上减少劳动力。此外，35kVC-GIS充气柜还采用全绝缘、耐冲击的插拔式结构，连接隔离开关和接地开关，不仅提高空间利用率和工作效率，也提高安全性。

通过解决绝缘连接和焊接工艺问题，将35kVC-GIS产品的柜体结构发展为组合灵活、性能更好的铠装柜体结构，单轨和双轨灵活组合。一般采用真空断路器作为主开关。真空断路器、三工位隔离开关、电流/电压传感器（或互感器）等高压元件及其间的连接导体安装在功能膨胀室内或安装在箱式膨胀容器内。插拔式电缆端子可通过柜体上的插槽连接和拔出。预留插座也可用于插入避雷器、电压互感器等高压元件。预留插座孔或与机柜连接的插座孔如不需要堵住，应用专用绝缘隔板堵住。所有高压部件均置于SF6气体中或通过接地屏蔽或金属外壳封装的固体绝缘介质可靠接地。

结束语：总而言之，35kVC-GIS充气柜的结构灵活运用检测、建模等技术，提高开发效率和源成功率。在生产过程中，遵循科学的方法，严格控制加工和装配过程，严格控制关键接头的精度，以确保原型的成功。与传统的CGIS组合柜相比，产品成本降低了30%以上，加工效率提高了20%，不仅可以为电力运营打下良好的基础，也可以为电网未来的发展贡献一份力量。

参考文献：

[1]欧应战，孙杰．35kVC-GIS充气柜的组成结构和工作原理介绍[J]．商品与质量，2020，000(002)：152-180.

[2]李敏，王军委，王峰.一种装有磁控开关的充气柜研究[J].电工技术，2022(5)：152-153.