C－GIS的发展现状及其前景
随着城市电网建设和改造以及大型工矿企业对开关柜的要求不断提高，一种叫C-GIS（Cubicle Gas Insulated Switchgear，全称为柜式气体绝缘开关设备，俗称充气柜）的开关柜近年来国外发展迅速。由于C-GIS柜内使用了性能良好的无油断路器，特别是免维护的真空断路器，从而大大减少了维护的检修工作量，产品的可靠性高，使用寿命长。因
此，近年来倍受国内市场的青睐，成为今后开关设备的一个主流。
关键词：环网柜；充气柜；隔室；工频耐压
1 引言
随着城市电网建设和改造以及大型工矿企业对开关柜的要求不断提高，如智能化、小型化、免维修、全工况等，一种叫C-GIS（Cubicle Gas Insulated Switchgear，全称为柜式气体绝缘开关设备，俗称充气柜）的开关柜近年来国外发展迅速。它集母线、断路器、隔离开关、接地开关、电流或电压互感器、避雷器等装置于一身，且都装在充有低压气体（一般为0.02~0.05Mpa）的金属封闭柜体内，所充气体绝大多数为SF6气体，但也有充N2或充干压空气作为绝缘介质。整个柜体做出方形外壳，用插接式、全绝缘的电缆引出，柜之间的母线可共用隔室或插接式固体绝缘母线。由于C-GIS柜内使用了性能良好的无油断路器，特别是免维护的真空断路器，从而大大减少了维护的检修工作量，产品的可靠性高，使用寿命长。因此，近年来倍受国内市场的青睐，特别是一些需要节省空间和提高供电质量的场所。据我所知上海超高压公司的许多高电压等级的变电站，已经普遍采用了这
种设备！
2 C-GIS的特点
由于C-GIS是采用GIS的SF6绝缘技术和密封技术而制成的，因而它具有其它开关柜
无法比拟的优势，其主要特点有：
2.1 小型化
充气柜内使用性能优异的SF6气体作为绝缘介质，有效地提高了绝缘水平，缩小了开
关柜的尺寸和占地面积，有利于向小型化方向发展。
2.2 适用范围广
C-GIS不受外界环境影响，如凝露、污秽、潮湿、小动物及有害化学气体等，可广泛适用于场地狭小、人口密集的市区、高层建筑物及高原地区，故有人把C-GIS充气柜称之
为“全天候”开关柜。
2.3 可靠性高、安全性好
因C-GIS把一次元件都装在封闭的柜体内，从而提高了元件的装柜密度，使产品更加紧凑；同时，由于元件密封于SF6气体中，故不受尘埃、湿气和周围环境的影响，大大降
低了绝缘事故的发生，可长期保持高可靠性，无触电和火灾危险，安全性高。
2.4 安装效率高、调试工期短
由于采用低压力（0.02~0.05Mpa）SF6气体绝缘，可在工厂整体组装后运至现场，
因而提高了安装效率，缩短了调试工期。
2.5 易于组成系统、布置方便
由于各相组成元件设置在箱形壳体内，易于采用电缆作为电源的引入、引出，与变压器的连接线布置方便，不受地面和建筑物的，易于组成系统，布置方便。
2.6 维护、检测方便
主回路完全密封，长期无变化，断路器、隔离开关做成可注润滑油的结构，故维护和
检测方便。
3 C-GIS的结构形式
C-GIS的结构形式目前主要有两种：一种是早期外形与高压GIS相类似的圆筒式结构；另一种是目前流行的与常规高压开关柜外形相类似的箱式结构。其中圆筒式结构又可分为
分相型和三相共筒型。
3.1 圆筒式
在圆筒式结构形式中，C-GIS主回路中的断路器、隔离开关、接地开关、互感器等高压元件分相安装在密封的圆筒形铸铝壳或钢壳中（分相型）或三相安装在同一密封的圆筒形金属外壳中（三相共筒型），母线为气体绝缘，需现场处理气体系统。分相型以西门子公司的8DA10、8DB10为典型代表；三相共筒型以德国AEG公司的WI型、瑞士S.E公司
PG100型等为典型代表。
3.2 箱式
在箱式结构形式中，C-GIS主回路中的断路器、隔离开关、接地开关、互感器等高压元件是三相集中安装在密封的柜形不锈钢外壳中，在这外壳之外配装常规的开关柜外壳，外观与传统的开关柜基本一致。该结构形式生产厂家较多，如西门子的8DC11型、Nxplus、Nxplus C型、ABB公司ZX0、ZX1、ZX2型、三菱公司20-GX、30-CX型等。在箱式结构中，母线的绝缘有三种类型：一是气体绝缘母线，需现场处理气体系统；二是插接式固体绝缘母线，不需现场处理气体系统，可扩展；三是气体绝缘母线+复合绝缘母线连
接器，不需现场处理气体系统，可扩展。
4 C-GIS的发展现状
4.1 国外发展现状
世界上最早开发C-GIS的厂家西门子公司，1982年，德国西门子公司首先推出了铝筒式结构的8DA10型（单母线）和8DB10型（双母线），而且是分相式的。1995年，西门子公司又推出了8DC11型柜式C-GIS，其电压等级有7.2、12、15、17.5、24kV。1998年，该公司又推出Nxplus型C-GIS，该产品将GIS概念与常规固定式开关柜概念在现代绝缘技术、加工技术、数字技术基础上有机地结合，充分利用SF6良好的绝缘性能和充分发挥了空气绝缘开关柜的灵活性。采用模块结构，模块多样化，可拼接成各种主接线方案，还可根据需要进一步扩展，不涉及SF6气体的任何操作。20多年来，西门子公司已向世界上54个国家的400多个用户提供了此产品。截止2002年，西门子公司共生产8DA
10、8DB10型充气柜30000间隔，加上SF6环网柜共计400000间隔。
自从西门子公司推出了C-GIS后，世界上各大公司纷纷仿效，开发自己的产品。像ABB德国Calor Emag公司，法国的Alstom公司，美国G&W公司，意大利的SACE公司，瑞士的ABB公司，比利时的EIB公司，日本的东芝、富士、三菱、明电舍、日立公司
等。目前，充气柜的最高额定开断电流为40kA。中压C-GIS大多内配真空断路器，高压C-GIS则大多配SF6断路器，这两种断路器性能好，满容量开断次数多，高达100次，机电寿命长，基本上不要维修，适应充气柜的要求。西门子的8DA10型、8DB10型、8DC11型、Nxplus型，瑞士S.E公司PG100型，ABB公司ZX0、ZX1、ZX2型，日本的东芝、富士、明电舍公司都是内配真空断路器，尤其是东芝的72.5kV的充气柜也是内配真空断路器。而法国的Alstom公司的FluokitM24型和日本三菱20-GX、30-CX型及意大
利MG公司的GM6、Gmset型中压C-GIS内配SF6断路器。
4.2 国内发展现状
我国C-GIS的研究开发起步较晚。1991年，由西安高压电器研究所牵头，组织西安高压开关厂、平顶山高压开关厂、浙江开关三厂联合进行技术攻关，联合研制126kV C-GIS，并对低压力SF6气体绝缘特性进行了研究，完成了样机并通过了实验，但未能及时推入市场。1992年，福州第一开关厂研制成功12kV三相共箱型C-GIS，额定电流2000A，额定开断电流31.5kV，通过了省级鉴定，比投入小批量生产。1993年，西安交通大学研制成功12kV C-GIS，但由于种种原因，未能进入实用。1997年，北京开关厂研制成功12kV、1250A、31.5kA的C-GIS，并通过了两部鉴定。从2001年开始，天水长城开关厂开始对40.5kV的C-GIS进行研发，前后历时3年，其产品XGN69-40.5/T200-31.5 C-GIS于2003年通过国家鉴定，其技术参数处于国内领先地位，与国外同类产品相比，在方案设计、经济性、绝缘性能等方面具有一定的优势。此外，西安高压电器研究所也于去年研制成功40.5kV的C-GIS，并通过了生产定型。据2003年版《高压开关行业年鉴》统计表明，目前国内开发C-GIS的厂家有十几家，电压等级为12~40.5kV，尤以40.5kV电压等级居多。但由于C-GIS涉及到诸多的科学领域，如材料技术、机械加工技术、真空绝缘技术、传感器技术、现代数字控制技术、网络技术等，再加上C-GIS的技术难度大，
开关成本高，故国内C-GIS产品进入市场尚待时日。
但国内的合资企业如上海西门子公司、厦门ABB公司、苏州阿尔斯通公司都已准备或已生产中压母公司的C-GIS，以满足国内用户的需要。据称，上海西门子公司已推出8DB10型36/40.5kV SF6充气柜，而厦门ABB公司也将推出ZX2型40.5kV SF6充气柜。两柜的技术参数基本相同。如西门子公司技术参数为：最高工作电压40.5kV，额定工频耐压80kV，额定雷电耐压200kV，额定电流2500A，额定开断电流31.5kA，断路器类型为真空断路器。2003年六月，德国西门子公司与顺德特种变压器厂签订C-GIS技术合作项目，西门子公司授权顺德特种变压器厂采用西门子技术进行C-GIS的产品制造和销售。该项目总投资约6000万美元，包括技术设备引进、生产线及土建工程、产品型式试验及鉴定、人员培训、市场推广等，首期投入800万美元。预计该项目完成后，可实现销售收入3亿
元，利税4500万元，实现替代进口C-GIS开关设备的目的。
5 C-GIS的前景展望
5.1 C-GIS适应了小型化、智能化的要求
高压开关的小型化、智能化是近年来国内外开关行业和制造商们所追逐的目标，其优越的技术性能越来越为国内电力市场所认同，而C-GIS正是适应了这一新的潮流。目前，国内的C-GIS大多是舶来品，因此，谁首先抢占了这一制高点，谁就会未来的C-GIS领域
内占据市场的主动权。
5.2 大型企业技术改造欲选用C-GIS
目前，我国一般大型电厂和大型冶金石化企业，都装有数百面中压开关柜，由于运行条件差，老的开关柜急需进行技术改造，有的单位扩建又受到场地，在投资稍稍宽裕
的情况下，大多欲选用中压C-GIS。
5.3高层建筑、矿山宜选用C-GIS
近年来，我国高层建筑发展较快，据统计，上海在建的20层以上的高楼有近百座。因其造价高，要设法减少变电站占地面积和节约空间体积以及防火要求，多采用C-GIS。
一些矿井场地狭小、潮湿、也宜选用C-GIS。
5.4 城市地铁建设优先选用C-GIS
近年来，随着我国汽车量的不断增加，城市道路交通拥挤状况日趋严重。为了缓解这一局面，我国的北京、上海相继建成了地铁，广州、南京的地铁也在抓紧建设。由于地下环境条件相对较差，阴暗潮湿，对各种电力设备提出了更高的要求。而C-GIS由于主要的元器件都装在密闭的惰性气体中，完全与外界环境隔离，免受外界环境影响，设备的运行
更为稳定、可靠，因而成为城市地铁建设的首先开关设备。
据有关文献资料，今后5年内，发达国家的C-GIS在中压开关设备的比重中将上升到90%，德国2003年C-GIS约占新设备的50%。专家预测，今后几年内，我国的C-GIS市场份额将占整个中压开关柜的20%，年需求量将达到15000~20000台，如果全部进口，
每年花费几十亿美元的外汇。因此，开发C-GIS具有广阔的市场前景。
