氮气绝缘中压开关柜在110 kV智能变电站中的应用

崔朴奕

（安徽工程大学，安徽 芜湖 241009）

随着科学技术的快速发展，工程建设复杂程度的不断提升，不断发展的开关技术使得免维护、小型化、智能化的开关产品受到业界的青睐，气体绝缘开关柜便属于其中代表。这类开关柜技术、GiS技术的结合产物正是本文研究的焦点所在。

对比发现，传统的空气绝缘金属封闭开关设备存在生产成本低的优势，且设备在使用中不会产生温室气体。但由于占地面积较大、设备体积较大，且周围环境很容易对设备的正常运行造成影响，使得这类传统设备的实用性不高且需要经常开展维护。

SF6气体绝缘金属封闭开关设备属于近年来广泛应用于我国的新型设备，这类设备具备节约占地空间、体积小、环境适应性强等优势。但值得注意的是，由于使用过程中会产生污染环境的温室气体，且SF6气体的泄露很容易引发安全事故，因此这类设备在应用中必须频繁开展泄漏检测与防护，因此设备的实用性自然会受到影响。

对比上述设备，本文研究的N2绝缘金属封闭开关设备具备环境适应性较强、节能环保、节约占地空间、设备体积小、使用安全等优势，且使用过程中基本不需要进行维护，规模化生产后具备的较低成本也使得该设备属于现阶段较为理想的金属封闭开关设备。

因此，本工程35 kV开关柜选用N2绝缘开关柜。

1 气体绝缘开关柜的定义和特点

1.1 气体绝缘开关柜的定义

本文研究的气体绝缘开关柜指的是在充有较低气体压力壳体内，密封电力电缆、互感器、隔离开关、断路器、母线等高压元件的设备，由于不会受到外界环境条件变化影响，气体绝缘开关柜可较好应用于各类恶劣环境场所。

1.2 气体绝缘开关柜的特点

相较于其他类型的开关设备，气体绝缘开关柜具备小型化、安全性和可靠性高、维护简单、布置与应用方便等优势。

小型化优势源于N2或SF6充入金属封闭开关设备实现的空气绝缘替代，开关设备的小型化程度因此不断提升。

较高的安全性和可靠性源于SF6等气体实现的主回路导电部分密封，以及高压带电导体封闭，因此尽可能排除外界环境条件变化带来的影响，设备在环境恶劣场所的长期安全运行也能够由此得到保障。由于无火灾和触电风险、可靠性较高，且气密性较为优秀，因此具备较高的可靠性和安全性。

由于采用金属封闭或气体密封的方式进行各高压元件的处理，零部件基本不会出现生锈、锈蚀问题，需维修的工作量减少。对于性能稳定、电寿命长的真空断路器来说，使用过程中甚至可以实现免维护。

由于将高压元件分解成若干标准模块，气体绝缘开关柜可通过灵活的组合满足不同场合及主接线要求。在装配、运输、调试、安装等环节，气体绝缘开关柜均无须涉及气体处理工作，且能够根据需要扩容，一般采用增加进出线的方式，电缆也能够较好服务于三相高压元件设置，主变压器与开关柜的连接因此较为方便，开关柜较小的占地面积与外形尺寸也使得其应用、布置较为方便。

分相式与三相共筒式属于圆筒式气体绝缘开关柜的两种主要结构形式，一般采用钢板、铸铝合金作为柜体材料。柜式 （板式） 气体绝缘开关柜则存在多种结构形式，如单气室、两气室、三气室的气室设置，不同的真空断路器、三工位隔离开关、一次回路中母线排列方式也需要得到重视，如“前中后”“上中下”“下中上”均属于等，“下中上”布置方式较为主流。气体绝缘开关柜气室中两气室的柜式气体绝缘开关柜气室设置较为主流，这是由于单气室容易出现相互影响问题，多气室的成本较高，因此实现成本、制造难度、可靠性权衡的两气室设置便具备显著优势。

2 气体绝缘开关柜在黄山浩村变的应用

2.1 浩村变N2绝缘开关柜技术参数及其结构特点

采用上海天灵开关厂有限公司所开发的N2N-40.5型40.5 kV气体绝缘开关柜，属于典型的柜式气体绝缘开关柜。开关柜采用上下两气室设置，上气室、下气室分别设置三工位隔离开关与真空断路器，真空断路器、三工位隔离开关、母线采用“下中上”布置。开关柜绝缘气体采用N2气体，压力为0.04 MPa，开关柜的参数为40.5 kV/1 250 A/25 kA。采用不锈钢板焊接制成开关柜，高、宽、深分别为2 450 mm、1 800 mm、800 mm，并采用插入式设计，采用带外屏蔽层的单相固体绝缘母线插入柜体，母线T形连接套与十字连接套材质为硅橡胶绝缘材质，用于连接，母线的调整和扩展无须涉及N2。

选用的小型化真空断路器具备维护需求少、使用寿命长、高开断性能等特点，同时采取水平布置的方式布置真空灭弧室，气室内部导体布置难度可由此大幅下降。在密封的N2气体壳体内放置三工位隔离开关，接地开关与隔离开关结合一体。配置传感器以满足电缆连接绝缘子与母线绝缘子的高压带电显示装置运行需要。采用直型电缆终端或T形外锥电缆终端连接电缆，每相1～3根电缆的进出线需要可由此同时得到满足。为直接连接分支母线，避雷器采用内锥插接式，并针对性配置控制和保护单元于柜内。

2.2 采用N2绝缘开关柜平面布置优化

为黄山浩村变35 kV配电装置采用空气绝缘35 kV金属铠装移开式开关柜户内布置图，采用《国家电网公司输变电工程通用设计110（ 66） ～500 kV变电站分册》（ 2013年版）方案110-C-7中35 kV配电装置模块，单层双列布置。黄山浩村变35 kV配电装置采用N2绝缘开关柜户内布置，该开关柜具有占地少、免维护、绝缘气体环保等特点。由于采用小型化开关柜，35 kV户内配电装置占地面积由通用设计的226.2（ 17.4×13） m2优化为施工图阶段88（ 11×8） m2，节省占地61%。

3 结语

传统的空气绝缘金属封闭开关设备不会产生温室气体，生产成本低，但设备体积大、占地面积大，并且容易受到周围环境的影响。

SF6气体绝缘金属封闭开关设备虽然具有设备体积小、节约占地空间，并且环境适应性强的优点，但是会产生温室气体，对环境有一定的危害性。

N2绝缘金属封闭开关设备具有绿色环保，环境适应性强，设备体积小、节约占地空间，不需要对SF6气体检测与防护，安全可靠，不需要进行维护，并且规模化生产后的设备成本较低，是现阶段及将来比较理想的中压金属封闭开关设备。