氮氣絕緣中壓開關柜在110 kV智能變電站中的應用

崔樸奕

（安徽工程大學，安徽 蕪湖 241009）

隨著科學技術的快速發展，工程建設復雜程度的不斷提升，不斷發展的開關技術使得免維護、小型化、智能化的開關產品受到業界的青睞，氣體絕緣開關柜便屬于其中代表。這類開關柜技術、GiS技術的結合產物正是本文研究的焦點所在。

對比發現，傳統的空氣絕緣金屬封閉開關設備存在生產成本低的優勢，且設備在使用中不會產生溫室氣體。但由于占地面積較大、設備體積較大，且周圍環境很容易對設備的正常運行造成影響，使得這類傳統設備的實用性不高且需要經常開展維護。

SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備屬于近年來廣泛應用于我國的新型設備，這類設備具備節約占地空間、體積小、環境適應性強等優勢。但值得注意的是，由于使用過程中會產生污染環境的溫室氣體，且SF6氣體的泄露很容易引發安全事故，因此這類設備在應用中必須頻繁開展泄漏檢測與防護，因此設備的實用性自然會受到影響。

對比上述設備，本文研究的N2絕緣金屬封閉開關設備具備環境適應性較強、節能環保、節約占地空間、設備體積小、使用安全等優勢，且使用過程中基本不需要進行維護，規模化生產后具備的較低成本也使得該設備屬于現階段較為理想的金屬封閉開關設備。

因此，本工程35 kV開關柜選用N2絕緣開關柜。

1 氣體絕緣開關柜的定義和特點

1.1 氣體絕緣開關柜的定義

本文研究的氣體絕緣開關柜指的是在充有較低氣體壓力殼體內，密封電力電纜、互感器、隔離開關、斷路器、母線等高壓元件的設備，由于不會受到外界環境條件變化影響，氣體絕緣開關柜可較好應用于各類惡劣環境場所。

1.2 氣體絕緣開關柜的特點

相較于其他類型的開關設備，氣體絕緣開關柜具備小型化、安全性和可靠性高、維護簡單、布置與應用方便等優勢。

小型化優勢源于N2或SF6充入金屬封閉開關設備實現的空氣絕緣替代，開關設備的小型化程度因此不斷提升。

較高的安全性和可靠性源于SF6等氣體實現的主回路導電部分密封，以及高壓帶電導體封閉，因此盡可能排除外界環境條件變化帶來的影響，設備在環境惡劣場所的長期安全運行也能夠由此得到保障。由于無火災和觸電風險、可靠性較高，且氣密性較為優秀，因此具備較高的可靠性和安全性。

由于采用金屬封閉或氣體密封的方式進行各高壓元件的處理，零部件基本不會出現生銹、銹蝕問題，需維修的工作量減少。對于性能穩定、電壽命長的真空斷路器來說，使用過程中甚至可以實現免維護。

由于將高壓元件分解成若干標準模塊，氣體絕緣開關柜可通過靈活的組合滿足不同場合及主接線要求。在裝配、運輸、調試、安裝等環節，氣體絕緣開關柜均無須涉及氣體處理工作，且能夠根據需要擴容，一般采用增加進出線的方式，電纜也能夠較好服務于三相高壓元件設置，主變壓器與開關柜的連接因此較為方便，開關柜較小的占地面積與外形尺寸也使得其應用、布置較為方便。

分相式與三相共筒式屬于圓筒式氣體絕緣開關柜的兩種主要結構形式，一般采用鋼板、鑄鋁合金作為柜體材料。柜式 （板式） 氣體絕緣開關柜則存在多種結構形式，如單氣室、兩氣室、三氣室的氣室設置，不同的真空斷路器、三工位隔離開關、一次回路中母線排列方式也需要得到重視，如“前中后”“上中下”“下中上”均屬于等，“下中上”布置方式較為主流。氣體絕緣開關柜氣室中兩氣室的柜式氣體絕緣開關柜氣室設置較為主流，這是由于單氣室容易出現相互影響問題，多氣室的成本較高，因此實現成本、制造難度、可靠性權衡的兩氣室設置便具備顯著優勢。

2 氣體絕緣開關柜在黃山浩村變的應用

2.1 浩村變N2絕緣開關柜技術參數及其結構特點

采用上海天靈開關廠有限公司所開發的N2N-40.5型40.5 kV氣體絕緣開關柜，屬于典型的柜式氣體絕緣開關柜。開關柜采用上下兩氣室設置，上氣室、下氣室分別設置三工位隔離開關與真空斷路器，真空斷路器、三工位隔離開關、母線采用“下中上”布置。開關柜絕緣氣體采用N2氣體，壓力為0.04 MPa，開關柜的參數為40.5 kV/1 250 A/25 kA。采用不銹鋼板焊接制成開關柜，高、寬、深分別為2 450 mm、1 800 mm、800 mm，并采用插入式設計，采用帶外屏蔽層的單相固體絕緣母線插入柜體，母線T形連接套與十字連接套材質為硅橡膠絕緣材質，用于連接，母線的調整和擴展無須涉及N2。

選用的小型化真空斷路器具備維護需求少、使用壽命長、高開斷性能等特點，同時采取水平布置的方式布置真空滅弧室，氣室內部導體布置難度可由此大幅下降。在密封的N2氣體殼體內放置三工位隔離開關，接地開關與隔離開關結合一體。配置傳感器以滿足電纜連接絕緣子與母線絕緣子的高壓帶電顯示裝置運行需要。采用直型電纜終端或T形外錐電纜終端連接電纜，每相1～3根電纜的進出線需要可由此同時得到滿足。為直接連接分支母線，避雷器采用內錐插接式，并針對性配置控制和保護單元于柜內。

2.2 采用N2絕緣開關柜平面布置優化

為黃山浩村變35 kV配電裝置采用空氣絕緣35 kV金屬鎧裝移開式開關柜戶內布置圖，采用《國家電網公司輸變電工程通用設計110（ 66） ～500 kV變電站分冊》（ 2013年版）方案110-C-7中35 kV配電裝置模塊，單層雙列布置。黃山浩村變35 kV配電裝置采用N2絕緣開關柜戶內布置，該開關柜具有占地少、免維護、絕緣氣體環保等特點。由于采用小型化開關柜，35 kV戶內配電裝置占地面積由通用設計的226.2（ 17.4×13） m2優化為施工圖階段88（ 11×8） m2，節省占地61%。

3 結語

傳統的空氣絕緣金屬封閉開關設備不會產生溫室氣體，生產成本低，但設備體積大、占地面積大，并且容易受到周圍環境的影響。

SF6氣體絕緣金屬封閉開關設備雖然具有設備體積小、節約占地空間，并且環境適應性強的優點，但是會產生溫室氣體，對環境有一定的危害性。

N2絕緣金屬封閉開關設備具有綠色環保，環境適應性強，設備體積小、節約占地空間，不需要對SF6氣體檢測與防護，安全可靠，不需要進行維護，并且規模化生產后的設備成本較低，是現階段及將來比較理想的中壓金屬封閉開關設備。