摘要：隨著我國城網改造工程的不斷推進，居民對于供電質量要求的越來越高。因此，對于各個中壓節點用開關也提出了更高地要求，模塊化、免維護、智能化、高可靠性、長電壽命等成為了這類開關的發展趨勢。C-GIS的出現及飛速發展，很好的解決了這類問題。本文通過對目前中壓C-GIS現狀及各項技術條件的淺顯分析，指出了C-GIS今后發展的趨勢，希望可以給致力于此項事業的廠家及科研人員提供一些有益的幫助。
　　關鍵詞：C-GIS，真空滅弧室，絕緣結構
　　
　　1、 引言
　　我國電力事業的飛速發展，特別是城鄉電網改造的深入進行，對設備的可靠性、經濟性、適應性的要求也越來越高。C-GIS，即柜式氣體絕緣金屬封閉開關設備的出現，在很大程度上推動了城鄉電網改造的進程，提高了供電可靠性，減少了投資，也體現了今后中壓用開關的發展趨勢。
　　2、C-GIS的基本結構
　　2.1金屬封閉開關的分類
　　按照金屬封閉開關內部機構的不同，可以分為以下三種類型【1】。
　　鎧裝式，其主要組成元件斷路器，進線母線、饋電線路的電纜接線處、繼電器等都安放在由金屬隔板相互隔開的各自小室中。隔線室的電路聯結通過套管或類似方式完成。
　　間隔式金屬封閉開關，主要部分與鎧裝式大致相同，僅隔板中可具有一個或多個非金屬隔板。
　　箱式金屬封閉開關的隔室數量少于鎧裝式和間隔式甚至不分隔室，一般只有金屬封閉的外殼。其可靠性顯然遠不如前兩種。
　　根據斷路器能否從金屬封閉開關設備的柜體中方便地移出，可分為移開式和固定式。
　　2.2C-GIS的基本構成及其分類
　　柜式氣體絕緣金屬封閉開關設備，也就是國際上簡稱的C-GIS，是一種用于10~35KV或更高電壓輸配電系統，實現控制、保護、測量、監視、通訊等功能的新型開關設備，特別適用于對尺寸及可靠性要求高以及地下、高原、沿海地區等自然環境和條件相對惡劣的場合。
　　C-GIS主要以低壓力的SF6氣體或處理過的干燥壓縮空氣作為一次主回路的絕緣介質，一般以真空斷路器為主開關，將真空斷路器、三工位隔離開關、電壓/電流互感器等高壓元件及其之間的接導線分別裝于各功能充氣室或集裝于箱式的充氣容器內【2】。這種開關柜的操動機構、控制和保護單元、氣室外的二次回路、電纜室、泄壓通道等仍置于大氣中，便于監視和維護。
　　C-GIS柜按用途可分為進線柜、出線柜、母聯柜、母聯提升柜、測量柜等不同的柜型。
　　表1給出了不同用途C-GIS柜的主要構成等。

                  
　　　　表1不同類型C-GIS柜的構成
　　C-GIS的主要組成部分為：斷路器氣室、隔離開關氣室、電纜隔室、控制及儀表隔室、機構隔室、泄壓隔室、母線聯接器等。通過將不同功能單元進行組合，可以實現單母線、單母線分段；雙母線及雙母線分段等接線方案。
　　此外，按照氣室的多少可分為單氣室、2氣室或多氣室結構。
　　母線的結構有3種類型：充氣母線室+母線連接器；插接式固體絕緣母線；充氣絕緣母線。根據各類中壓C-GIS的母線、隔離開關、斷路器所處的位置不同，總體結構可以分為三大類【3】：
　　上中下布置，其可佩用各種母線結構，尤其是插接式固體絕緣母線布置于上方時現場安裝比較方便。
　　西高所開發的XGN46-40.5（Z）/T1250-25型箱式氣體絕緣金屬封閉開關，具有電壽命高，可靠性高，維修工作量小等特點。可任選插接式電壓/電流互感器，現場安裝工作量較小，且不涉及SF6氣體處理，可配置數字式控制和保護單元，可滿足多種主接線方案。
　　下中上布置，其配用充氣母線室+母線連接器、充氣絕緣母線比較合適。
　　其典型產品是上海天靈開發的KGN11-
　　12（Z）型鎧裝固定式交流金屬封閉開關（N2S型）。其主要采用奇特絕緣，12KV采用氮氣，24KV/40.5KV采用N2和SF6混合氣體絕緣，減少了SF6用量；同時，采用模塊化、2氣室、斷路器氣箱和母線氣箱為鎧裝式結構、可分離；斷路器采用固封極柱真空滅弧室配彈簧操作機構，極大地減少了零部件；3工位隔離開關便于實現合、分閘及接地；激光焊接的不銹鋼薄板密封箱體，其密封性采用氦檢漏工藝進行檢查；根據需求配置的各種智能控制和保護單元，可實現遠程和無人值班的自動化功能。
　　后中前布置，配用充氣母線室+母線連接器、充氣絕緣母線比較合適。尤其是充氣絕緣母線布置于后面時現場安裝比較方便。其典型產品是AREVA公司WS型12~40.5KV的C-GIS。
　　3、C-GIS中采用的先進技術
　　3.1專用部件及新型插接技術的使用
　　專用的真空滅弧室，有效地降低了中壓C-GIS外形的尺寸；專用三工位隔離開關的使用，則在實現其接通、隔離、接地功能的同時，減少了元件數。
　　新型插接技術在高壓元件中的使用，形成了諸如插接式電壓互感器、插接式避雷器等，方便了現場的安裝和使用。
　　3.2絕緣結構的革新
　　在吸收了GIS絕緣技術優點的同時，將其革新發展，采用了以氣體介質為主體的復合絕緣，同時還應用了固體絕緣和界面絕緣結構【3】。
　　采用絕緣氣體作為主絕緣介質的復合絕緣，利用固體絕緣隔板的阻止放電特性，將環氧樹脂等固體絕緣材料以屏障的形式插入或表面包覆。
　　絕緣屏障：用環氧樹脂絕緣筒、聚碳酸酯板、聚氯乙烯板等在相間、對地間設置隔板。
　　表面包覆：用環氧樹脂通過澆注、硫化涂敷等工藝把帶電部位包裹起來，用絕緣氣體和固體絕緣材料統統耐受施加的電壓。
　　3.3密封焊接技術的大幅度提高
　　由于中壓C-GIS的SF6氣體壓力低，機械壽命要求高，其所采用的密封結構與高壓GIS有很大區別。所以，在C-GIS中，使用了新型設計結構、制造工藝、焊接工藝、檢驗方法等生產尺寸準確度更高，焊接變形小的耐腐蝕方箱形密封箱體。
　　作為影響C-GIS產品質量和生產效率的關鍵工序，不銹鋼氣室焊接采用的是激光焊接，配以先進的定位系統和自適應裝置，有效地解決了氣密性要求，減小焊接形變。此外，氬弧焊小焊接變形的特點，也常被用作箱體的焊接。
　　同步抽真空工藝的采用，減少了生產過程中抽真空、抽氣時的箱體形變。
　　3.4真空滅弧技術
　　真空斷路器具有開斷時，燃弧時間短，弧壓低、能量少，故其使用壽命長；觸頭行程短，對操作機構的要求就低，同時也降低了體積；滅弧介質為真空，無爆炸和火災危險【4】。真空滅弧室外部SF6氣體的高絕緣強度，也在一定程度上降低了真空滅弧室的尺寸。
　　作為C-GIS主開關的真空滅弧室，其也有為了適應C-GIS的特點而形成的特殊要求【5】。
　　1>C-GIS在減小了整體體積的同時，其相間和相對地絕緣距離也相應的減小了。因此，回路中短路電流所產生的進出線和相間的較大的電動力，會對真空滅弧室的開斷過程產生不良影響。這就要求真空滅弧室采用特殊結構和材料屏蔽外磁場對開斷過程的影響。
　　2>實際工況的C-GIS內部是一種不均勻電場，對真空滅弧室的外絕緣水平提出了更高要求。這就要求在減少真空滅弧室自身對電場分布的影響以外，還必須從產品設計和制造工藝兩個方面提高其絕緣裕度。
　　3>為了消除C-GIS的體積小帶來的單位體積內發熱量高的缺點，通常采取減小回路電阻的手段，來實現減小真空滅弧室在通過額定電流時發熱的問題。
　　4>真空滅弧室的外形會影響到其周圍電場的強度和均勻性，進而影響了SF6氣體的絕緣能力。因此，要求真空滅弧室的外露部件的表面涂層應牢固可靠，還應提高零部件的表面質量和粗糙度水平。
　　5>C-GIS的免維護在帶來的方便的同時，也對密封在氣體中的元件的可靠性和壽命提出了更高的要求。
　　3.5傳感技術、新型數字技術與軟件技術的
　　應用
　　將現代傳感技術應用到C-GIS中，實現了傳感元件的數字化，同時利用數字技術和軟件技術方便地實現了產品的就地或遠程控制、保護、測量、通訊等功能。
　　4、C-GIS的現狀及發展趨勢
　　4.1國內外C-GIS的發展現狀
　　國外C-GIS發展的經歷了以下階段：
　　80年代的C-GIS主要采用真空或SF6斷路器；主接線與常規GIS基本一致；絕緣技術主要是充氣壓力為0.2MPa以下的SF6氣體絕緣。
　　90年代的C-GIS主要采用真空斷路器；一次主接線的下隔離已逐漸開始取消；絕緣技術除了采用0.07MPaSF6氣體絕緣外，固體的界面絕緣技術也開始應用在高壓元件的插件上。
　　2000年左右，C-GIS的各項技術都有了一個飛躍。計算機技術、傳感技術的應用，推動了C-GIS產品的智能化發展；新型的固體界面絕緣插接技術和絕緣母線的使用，極大地簡化了產品的現場安裝過程；密封箱體的激光焊接技術，也提高了產品運行的可靠性。
　　國外的產品主要包括東芝公司72、84kv和富士電機126kv的C-GIS；ABB的ZX系列；Siemens的8DA10、8DB10、8DC11系列；Alstom的WS、W1系列等等。這些產品都是C-GIS產品領域的佼佼者。
　　國內最早的C-GIS是西高所組織研發的40.5kv產品，目前的產品多種多樣，技術來源渠道也各不相同。由自行開發的，又分別引進歐洲、日本、韓國的，也有技術合作的，許多產品的技術水平都代表著世界先進水平【2】。
　　國內C-GIS產品主要有天水長城的XGN
　　69-40.5；西高所、山東泰開、北京北開的XGN46-40.5等等。
　　4.2C-GIS的發展趨勢
　　由于計算機技術、傳感技術的飛速發展，各項焊接技術的不斷更新，所以，中壓C-GIS將向著高可靠性、免維護、低成本、智能化的方向發展；同時，由于SF6氣體在高溫下會分解成有毒氣體，一旦泄露將污染環境并可能造成人身傷害，所以非SF6絕緣氣體的研究工作也事在必行。另外，產品組件的模塊化、小型化設計，裝配元件的無損探傷技術等，也都是C-GIS今后發展的方向。
　　5、結語
　　C-GIS的模塊化、小型化、高可靠性、免維護等特點，使得其在中壓開關領域具有舉足輕重的地位，但其本身固有的一些技術缺陷，也在一定程度上制約了它的發展。通過本文淺顯的分析，希冀對有志于發展C-GIS產品的廠家等，能夠提供一些有效的幫助，進而推動C-GIS產品更好更快的發展。
　　
　　【1】徐國政，張節容，錢家驪，黃瑜瓏.《高壓斷路器原理和應用》.北京：清華大學出版社
　　【2】高壓開關設備國內外產品水平.西安：西安高壓電器研究所
　　【3】王平.中壓C-GIS的技術特點.國內外中壓開關柜的技術發展動態.西安高壓電器研究所。
　　【4】尚振球，郭文元《高壓電器》.西安：西安交通大學出版社
　　【5】陳軍平，劉繼軍C-GIS用真空滅弧室的研制.國內外中壓開關柜的技術發展動態.西安高壓電器研究所