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环保气体绝缘金属封闭开关设备现状及展望

发表时间：2020/10/14 来源：《基层建设》2020年第19期作者：葛钦周威林陈健

[导读] 摘要：为了减少温室气体的排放，要采用环保气体的金属封闭式开关设备来对其进行限制和控制排放。

        国网江苏省电力有限公司南通供电分公司江苏 226001
        摘要：为了减少温室气体的排放，要采用环保气体的金属封闭式开关设备来对其进行限制和控制排放。本文首先对封闭开关设备中使用的环保气体进行分析介绍，其中包括干燥的空气、氮气等，然后在进一步分析整个设备的各方面性能，比如：安全性、适应性等，之后根据这几项数据分析封闭开关设备的优点和缺点，最后综合前面的所有表述来对之后设备发展状况进行推断。
        关键词：环保气体；绝缘金属封闭开关设备；现状；展望
        引言：随着科技的迅速发展，由于之前的过度开发，导致我国的环境变得越离越差，随着社会的发展，人们的环保意识在不断增强，在各个领域的发展上都更加注重环保材料的使用。由于六氟化硫气体具有良好的物理性质，便被普遍用于绝缘金属封闭开关上。但是因此环保理念的不断深入，六氟化硫气体又是一种很容易造成温室效应的气体，因此要减少这类气体的使用，要寻求更加优质的环保气体来替代这一温室效应气体。
        一、环保气体绝缘金属封闭开关设备概述
        气体绝缘金属封闭开关这一设备是被大量运用在电网系统中，它能够维持电网的稳定运转和正常的生活供电，能够有效促进我国电力事业的快速发展和高效运作。气体绝缘金属开关设备在气体的选择上也经历了一个十分漫长的过程，有之前的空气绝缘，还有六氟化硫气体绝缘以及现在所采用的的环保气体绝缘，气体的改变都是时代追求不同理念的发展标志。除了在气体选择上经历漫长过程外，还有灭弧技术上也进行了多次革新，从原先的空气灭弧到六氟化硫气体灭弧，再到之后的真空灭弧。还有设备的整体结构也经历的多次的改变，从完全敞开式到半封闭，最后到现在使用的全封闭式。这都是每次气体绝缘金属封闭开关设备的一次次进化、演变，也是时代进步发展的产物。
        二、环保气体绝缘金属封闭开关设备现状
        1.目前气体绝缘金属封闭开关设备使用气体
        由于国家环保意识的增强以及科学技术水平的提高，对于电网中使用的绝缘金属封闭开关设备气体的使用上也做出的改变，目前我国主要使用的环保气体为以下几类：都是以是否使用六氟化硫或六氟化硫使用量的多少位分割线来划分，第一种，完全不适用六氟化硫气体：使用清洁干燥的空气和氮气。第二种，使用少量的六氟化硫气体：其中比较常用的就是10%六氟化硫气体与90%氮气的混合气体，或者是20%六氟化硫气体与80%氮气的混合气体。在这里六氟化硫充当的只是绝缘作用，限制六氟化硫气体的比例，减少产生温室效应气体的使用。第三种，使用六氟化硫气体的替代气体：最常见的有PFC气体、CF3I气体，但是这两类气体的液化温度高，因此还没有完全投入工业化的生产。随着科学技术的不断发展成熟，各种环保气体在不断被研发出来，还有很多公司在将该气体投入绝缘金属开关设备的研制，从环保性、经济性还有性能上都比之前的有所提升，业界人士对于其的进步也给予肯定。环保气体的投入使用，不仅能够加快我国电网事业的进一步发展，更重要的是有助于我国环保事业的发展。
        2.技术特点
        环保气体绝缘金属开关设备的主要应用原理就是将环保气体充当设备的绝缘介质，然后将真空灭弧室作为灭断弧的原件，最后将真空灭弧室封在不锈钢气箱当中。通过几十年的技术升级和气体改进，我国的环保气体绝缘金属开关设备进一步升级。从传统的与革新设备的对比中可以看出，传统的绝缘金属封闭设备开关所采用的气体是空气，空气是一种不稳定的气体，极其容易受到环境因素的影响，潮湿、海拔等都会对设备造成很大的影响，而且传统的设备体积很大，占用空间也较大，不适于现在社会对小型化设备的需求。而随着空气绝缘金属开关设备的推出后，但由于其气体性质不稳定，之后又推出了六氟化硫气体绝缘金属开关设备，但是由于其气体会产生温室效应，因此又将其禁止了。最后就有了现在的环保气体绝缘金属封闭开关设备，其具有很强的环境适应性，设备性能高，安全可靠且体积较小。

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        3.技术难点
        （1）绝缘优化
        就目前的环保气体绝缘金属开关设备所使用的气体来看，由于是采用的干燥空气或是纯氮气，因此绝缘性能不如六氟化硫，为了既不造成温室效应，又能够达到六氟化硫的绝缘效果，因此要在其他方面优化绝缘性能。绝缘优化的主要途径就是3种：第一，增加绝缘的距离。其会增加整个设备的尺寸，使得产品与空气绝缘产品之间的竞争力降低。第二，提高充气的压力。但是其存在缺点：会改变设备中密封箱的结构，使得成本提高，还会使得整个密封箱内的零件更加紧凑。第三，改善和合理控制电场的强度。这一方式相对于前面两种更加有效且不存在其他方面缺陷。这一途径也包含两种优化绝缘性能方式：①气体间隙场强优化。其本质就是提高气体间隙绝缘，主要方法有：使整个电场均匀分布，电极上涂上绝缘涂料增加绝缘性，采用特殊绝缘固体提高放电电压等。②沿面场强优化法。
        （2）温升控制
        环保气体绝缘金属密封开关设备是在电网建设中使用的设备，不仅对气体选择有一定的要求，对温度控制也有一定的要求。由于在气体绝缘金属密封开关设备中要使用环保气体（干燥的空气或氮气），他们的散热性能都比之前所使用的六氟化硫散热效果差，因此，控制开关设备的温度在规定值内成为了目前必须要做的事。温升控制的途径主要有两个：增加散热功率，减少发热功率。减少发热功率可以通过减少电阻的方式，增加散热功率可以通过热传导的方式，由箱内器件向周围环境散热。
        三、环保气体绝缘金属封闭开关设备未来前景展望
        随着科技水平的发展，电网在人们的生产生活中的地位越来越重要了，也成为全球创新的新兴产业，安全环保的电网发展为人们提供了更加坚实的保障。智能的电网离不开环保气体绝缘金属封闭开关设备的使用，承担着将电能分散到各处的作用。
        在开关设备经历过空气绝缘、六氟化硫气体后，人们对于这些气体的性能和性质越来越不满足，因此，国内外的电网企业相继推出了环保气体金属封闭开关设备，这不同于空气不稳定的性质，也不同于六氟化硫气体的不环保，它更加环保稳定，除此之外，设备本身的体积下，占地面积小，高压绝缘都不会受到外界环境的影响，其金属外壳绝缘不会对运行维护人员的生命安全造成威胁，且在科技的迅速发展背景下，该设备已经进入工业化生产，进入电网企业大批量使用。因此，随着现代科学技术的发展，能够解决开关设备所存在的问题，优化环保气体绝缘金属封闭开关设备，其有良好的优势，发展前景极好。
        结束语
        综上所述，环保气体绝缘金属封闭开关设备在整个发展路程上经历了多方面改革和创新。从环保气体的选择上，还有绝缘材料的使用以及温度控制上，经历多方面的改进，有性能较差的气体变为了绝缘性能好的氮气和少量六氟化硫气体的混合气体，既达到了社会所提倡的环保理念的标准，也能维持设备的正常运行，促进电网企业的正常运作。环保气体绝缘金属封闭开关设备相对于传统设备而言，具有环境适应性强、体积小以及高模块化的优点，为设备的检修维护提供了空间，也为配电的自动化预留了空间，还降低了设备的生产成本。综合多方面的考虑，环保气体绝缘金属封闭开关设备未来的发展前景是极好的，未来我国的电网事业也能有进一步的提升。
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