深度观察丨环保开关柜提档升级进行时

电力开关设备中常采用的SF6气体在1997年《京都议定书》中被列为六种具有温室效应的气体之一，对温室效应的影响巨大。因此，逐步引导减少SF6气体在开关设备中的使用，推广使用环保气体的开关设备迫在眉睫。本期专题策划特关注更清洁环保的电力开关设备及发展情况，以飨读者。

“经过近十年的发展，目前我国环保开关设备的研发与应用取得了一定成绩。”中国电力科学研究院有限公司教授级高工王承玉在接受记者记者采访时说。我国环保开关柜正朝着智能化、标准化、免维护方向稳步前进，为了满足环保要求，六氟化硫(SF6)气体开关柜升级替代产品的国产化进程加速。

关键核心技术陆续实现攻克

“近年来，我国环保型开关设备实现了突破性发展，制造技术趋于稳定成熟。”王承玉介绍说。在固体绝缘环网柜方面，在原电器设备常用的环氧树脂或热塑性高分子材料成形的工艺基础上开发新产品，它用固体绝缘材料作为绝缘介质，与传统的SF6环网柜相比，在尺寸不大幅增加的基础上，产品的可靠性不降低。

在环保气体绝缘的金属封闭开关设备方面，环保气体绝缘的金属封闭开关设备是针对SF6充气柜和SF6环网柜的改进。将原SF6气体改为用环保气体，如氮气、干燥空气、二氧化碳、压缩空气等作为绝缘介质，用真空灭弧室作弧介，个别合资企业也有有直接用二氧化碳、二氧化碳+C3或C5作为环网柜中负荷开关的。

“环保气体开关柜的技术研发，要进行电场的优化设计，保证尺寸不大幅增加的基础上，产品的可靠性不能降低。气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)目前也在经历环保化进程，开始逐步采用混合气体、G3、C3、C5等作为绝缘介质。”王承玉说。环保气体绝缘开关设备作为国家电网公司重点推广项目，有着重要社会责任意义。

SF6作为导致温室效应的气体之一，在电气设备中对其代替与更换成为趋势。“从配电角度上讲，更加环保的开关产品未来将会逐步取代污染较重的开关设备。目前，环保气体绝缘的开关设备的技术难题已陆续攻克，可实现环保性能和可靠性能。但新型产品设计仍需要循环完善的过程，未来将更好地实现设备的全寿命周期与回收利用。”王承玉表示。

党的十八大以来，生态文明纳入“五位一体”的总布局，环境保护成为经济发展的重要前提。在环保意识愈渐加强的趋势下，环保气体绝缘的金属封闭开关柜成为未来开关柜发展方向。

需解决SF6替代气体国产化

在环保气体绝缘的金属封闭开关柜的技术研发上，寻找适合替代SF6的气体成为关键。“首先，相关部门主要做好基础研究，国家电网公司积极做好技术准备。包括新型绝缘、灭弧气体的探索研究，现国外已公布的代替气体有G3、C3、C5，其中G3的绝缘、灭弧性能更加优异，但仍存在一些如气体毒性等问题。目前国内已展开替代气体的研究和产业化生产，如何实现绝缘气体国产化，势必决定国内开关企业的转型升级。”王承玉说。

“其次，要提高环保气体开关柜的设计水平，做好电场、温度场、气流场等仿真工作。同时，还需提高设备制造的工艺水平，加强气密性、绝缘性及局放等问题。最后，推广环保气体绝缘的金属封闭开关柜，研发关键是寻求特殊代替气体(G3、C3、C5)的国产化。”王承玉表示。

据了解，为减少SF6的使用量，变电站母线混合气体置换项目也在逐步实施。“国家电网公司力争做到SF6气体零排放，将现在运行母线的SF6用70%的氮气代替，去年年底置换了几个电站，运行效果良好。”王承玉说，置换的气体也可以保障设备绝缘，将运行设备中的大量SF6气体回收，置换成70%氮气，大量回收的SF6气体经处理后可为新建电站使用，逐步实现不再增加SF6的使用量。

环保绝缘气体研发的国产化进程持续发酵，我国对SF6气体开关柜替代升级产品的技术研究不断深入。在充气柜、环网柜方面，用成本低廉的环保气体，如氮气、干燥空气、二氧化碳、压缩空气等作为绝缘介质，配合真空灭弧室灭弧的方案已被认可，经实际运行考核是可行并有效的。在GIS方面，国内目前正在针对国外的环保绝缘气体进行逆向国产产业化攻关。而SF6混合气体作为一项成熟技术在逐步推广应用，进而减少SF6的排放量。

“环保气体开关柜未来取代SF6气体开关柜是未来趋势，但其发展仍是一个循序渐进的过程。相对于SF6气体的绝缘开关柜，环保气体充气柜的成本要高一些，环保气体开关柜运行考核机制仍需完善。产品设计也需循环完善。”王承玉表示。

根据国家电网公司电力投资规划，未来投资的重点是骨干电网以及城市电网改造项目，电网建设需要向超高压、大容量、紧凑型、无污染、高可靠、智能化、组合化方向发展。电气化铁路及其他工程建设项目，也对其提出了信息化、小型化、环保型及满足高技术含量等要求。环保开关柜的应用正在稳步启动，未来将更趋向于智能化、标准化、环保化发展。

【记者手记】

环保开关柜标准化持续推进

邱燕超

随着环保意识与政策的加强，近年来我国环保开关柜市场得到了良好发展。除了环保开关柜需克服的技术问题外，产品设备的标准化设计研究举足轻重。

据业内专家介绍，目前，我国环保开关柜标准化推行进程良好，已逐步实现环保开关柜产品标准化。统一规范开关柜、环网柜、箱变的设计生产标准，避免用户在应用习惯、安装配套、备品备件等方面的难题。

环保开关柜的标准化，更好地促进了配电设备的统一性。采用标准化设计有诸多优点：一是应用于产品升级换代。可避免研究上的重复劳动，从而缩短新产品更新周期。二是应用于产品工程设计。可加快工程设计速度，缩短工程设计周期和产品履约交付周期。同时利于新技术采用和推广。三是应用于生产。利于实行结构配件生产标准化、工艺安装标准化和程序化，提高劳动生产率，加快生产进度。四是应用于产品质量管控。环保开关柜的标准化利于节约生产材料、降低工程设计生产成本、提高设计生产过程中的经济效益。

同时，开关柜作为配电网控制的重要设备，在电网安全运行中起着重要作用。实现环保开关柜标准化的设计和生产，对提高设备本身的质量可靠性、保障工程设备履约交付具有积极的促进作用，同时对保证开关设备现场的运行安全、维护检修便捷均有提升意义。