我汇报的题目是电气化铁路27.5kvC-GIS开关柜新技术的研究和开发，我汇报的内容分三点，引言部分，27.5kv气体绝缘开关设备的发展现状，27.5kv中压气体绝缘开关设备国产化过程中存在一些问题。

 

　　随着我国电气化铁路尤其是高速铁路的不断发展，工程建设的复杂程度逐步加大，牵引变电所对开关设备小型化、免维护、智能化的要求越来越高。常规的以空气为绝缘介质的开关柜普遍体积较大，重量较重，会在2吨多，操作困难，尤其不能满足恶劣条件下在高海拔、潮湿、污秽等恶劣环境条件下使用要求。同时，大量采用的国外高气压GIS产品存在漏气及配件更换维修困难等问题，在这种背景下，铁路电气化C-GIS产品应运而生。

 

　　柜式气体绝缘金属封闭开关设备简称为C-GIS，它是采用低气压的SF6气体、N2气体或混合气体作为开关设备的绝缘介质，用真空或SF6为灭弧介质，将母线、断路器、隔离开关等中压元件集中密闭在箱体中，综合运用现代绝缘技术、开断技术、制造技术、传感技术、数字技术生产的集智能控制、保护、监视、测量、通讯于一体的高新技术产品，具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件等优点。

 

　　近年来，气体绝缘开关设备在电气化铁路领域得到了迅速地推广与应用，特别是随着我国电气化铁路对开关设备提出了小型化、智能化、免维护、全工况等新的要求，高性能、高品质的充气柜在国内电气化铁路领域的需求越来越强烈。由于传统空气绝缘开关设备受环境条件的局限性，已不能满足西部高原、东部沿海等地区用户的使用要求；高速铁路、客运专线等高等级铁路，因占地面积、免维护、高可靠性要求等因素，也必将选用27.5KV气体绝缘开关设备。目前27.5kvC-GIS产品国内所使用的绝大部分为进口产品。但是，国外产品由于电压等级、接地方式等差异，以及后期检修不便、维护费用高昂等问题，还不能完全满足国内用户的使用。

 

 

　　1982年西门子公司首次在汉诺威展览会上提出SF6气体绝缘开关设备。之后，国外许多制造公司纷纷效仿，各自开发了自己的产品。不同的充气柜结构形式差别很大：一种是铝筒封闭式，一种是钢板封闭式。铝筒封闭式外形像高压SF6封闭式组合电器，钢板封闭式外形像一般空气绝缘的开关柜。钢板封闭式与铝筒封闭式相比，具有较低的成本、较好的环境协调性和适应性，更容易被用户所接受。就27.5KV电压等级而言，目前出现较多的主要有：ABB公司的ZV2、ZX2，SEIMENS公司ALOSTOM公司，三菱公司的30-GX等，额定电流最大到2500A，额定短路开断电流一般为25或31.5kA ，有个别公司达到40kA，依据额定电流大小，宽度尺寸一般为600mm或800mm。

 

　　我国柜式充气柜的研发起步较晚，上世纪90年代，一些科研院所和部分企业开始了C-GIS的研制工作。研发方向主要集中在35kV电压等级产品，针对电气化铁路则有27.5KV电压等级的产品。除一些合资企业直接引进母公司技术组装生产外，大部分C-GIS生产厂家都是采用引进技术生产，还无法掌握其核心技术。目前只有少数单位自主研发，完成了型式试验，有个别生产厂家通过了产品鉴定。国内产品设计参数一般额定电流为1250A，额定短路开断电流为25kA ，宽度尺寸一般为800mm。国内产品设计中大量采用国际先进技术，产品的技术水平基本达到了国际同类产品先进水平。但是由于制造工艺等原因，大部分生产厂家还是停留在生产摸索阶段，还无法向用户提供满意的产品。

 

 

　　由于高铁市场的建设逐步变大，国内企业加入到充气柜的研发中来，或者引进产品或者说合作生产，或者说自己研发，27.5kvC-GIS产品不同于往常的高压GIS产品，不同于常规空气绝缘的开关柜，它的开发难度比较大，周期长，需要花费大量的人力、物力和财力，国产化的进程比较缓慢。

 

　　首先要慎重的选择产品结构形式。C-GIS产品都采取了简化的一次主接线方式，从母线连接技术来分，大致有两种结构形式：一种是气体绝缘母线，安装时必须在现场充气；另一种为固体绝缘母线，目前一般都采用了插接式母线技术，利用界面绝缘来实现柜与柜之间主母线的连通，现场不需要充气。

 

　　两种方法各有优缺点，气体绝缘母线的方式，由于现场涉及到气的处理，需要专门的抽真空，充气设备给安装带来了一定的不变，同时受安装环境的限制，有可能导致灰尘，导电微粒杂质进入空气中影响开关设备的绝缘性能。第二种方式避免了常数问题，但是有一些新的问题，界面绝缘要配合精准，一般保证在0.2兆帕的接触压力长期运行应该是很可靠的，但是如果应用到了27.5千伏柜与柜的连接，可能会出现问题。开关设备焊接肯定存在一定的变形，对3毫米、4毫米不锈钢板的焊接，变形比普通的钢板大，变形存在影响了柜间连接的尺寸精度，开关柜的安装一般存在误差。

 

　　两种因素的综合作用，无法有效的保证界面绝缘的均匀性、依靠性，界面接触的不均匀会加速硅橡胶的老化。有些产品做过一些防范措施，如有预制开关柜安装地基，减少安装误差对绝缘的影响，但是效果不是特别的理想。轴距线的连接形式，决定了C-GIS总体结构。制造企业应该产品开发前慎重选择，设计用户满意的产品。

 

　　重视C-GIS产品设计中的电场分布。27.5kv气体绝缘开关设备中，通常采用的是低压力了SF6气体作为绝缘介质，电场的不均匀程度对SF6气体击穿电压的影响比较大，因此在绝缘结构设计时，要采取根本措施，避免电场不均匀的负面影响。

 

　　绝缘结构设计要特别注意以下几个方面。一是单纯拉大电极之间的间隙距离，提高的击穿电压值有限。更重要的是如何改善气室内电场分布。二是充分发挥固体绝缘介质的优势，有效减小绝缘结构的尺寸。可以采用内置屏蔽电极，改变场强分布的办法来实现。三是特别注意三重物质接触点的作用，就是固体绝缘电极和气体之间三者的交界部位，由于界内传输的不同，容易引起界内传输小的一侧电场强度升高，发展为延面散落。电极与固体绝缘接触部位容易形成气息，导致局部温度升高，在设计中应该尽量使局部电场固体绝缘的表面形状设计要合理，尽量使局部电场强度升高，人为控制在专门设计的标准内，电极形状与加工光洁度也要修正。研发中采用了一半是氮气，还有一半是SF6混合气体，可以减少SF6气体的使用，可以达到一定的环保要求。

 

　　关注一下C-GIS产品的制造工艺。制造工艺是影响C-GIS产品质量与水平重要方面，国内产品与国外产品的差距主要体现在了工艺上。

 

　　第一，因此产品开发决策必须考虑配套的工艺，C-GIS产品中必须考虑的工艺有箱体的焊接工艺，C-GIS产品箱体的焊接，是影响产品质量和生产效率的关键工序，焊接既要保证箱体的强度和精度，又要保证气密性。国内一般采用的就是亚弧焊和气体保护焊，由于不锈钢传热很快，即使在焊接夹具中完成全部焊接，也存在焊接变形，焊接变形的存在对密闭表面装配调试产生不利的影响，焊接的气密性得不到有效的保证。国外的企业大多数采取的更为先进的激光焊接方式，激光焊接方式有利于减少焊接变形，降低人为因素造成了焊接缺陷，适合规模化生产。但是激光焊接对箱体的结构形式，不锈钢板精度，焊接夹具设计提出了更高的要求。

 

　　第二，产品的加工和装配工艺。首先应该建立严格的加工工艺，电机的表面形状和光洁度，箱体的焊渣，表面划伤与加工部位的毛刺，尖角对气体的绝缘特性影响很大。加工精度和表面光洁度对封闭的可靠性影响比较大，零件的加工质量直接影响了操控机构的稳定性、可靠性，建立严格的加工工艺流程，才可以保证产品的质量。

 

　　第三个应该注意的就是产品的检测工艺，尤其是泄露率的检测。C-GIS的装配是复杂的过程，必须在装配的每一个环节设置检测手段，确保装配后的产品质量减少返工，尤其是对箱体这种半成品的过程检漏，焊接箱体的检漏通常采用的方式有水浸法，通过肥皂泡的方法，这些方法无法定性的检测出漏气的程度，对半成品难以做成合格与否的判定，目前比较好的方法就是采用焊接谱检漏的方法。利用起对非常敏感的传感器的传感，定性定量的检测漏气情况，以便及时纠正措施。

 

　　第四，要尽快完成C-GIS产品的系列化和智能化。目前国内铁路领域C-GIS利用不是很广泛，使用的都是进口产品，一方面就是进口产品价格太高，影响了C-GIS产品的推广使用。另一方面C-GIS产品的智能化程度不高，配套不全，严重影响了用户使用的积极性。C-GIS产品的智能化方案，要适合用户实际使用要求，C-GIS不同于空气绝缘柜，看不见摸不着，用户从设备运行的安全性出发，提出了对C-GIS产品实施密度检测，异常温升检测，智能操作与控制等要求，可以先从这些下手，逐步发展对开关的特性参数，对绝缘件的局部放电，对固件电弧等方面的检测，真正实施由定期维修向专门维修的转变。C-GIS产品的系列化，智能化工作，不是单个企业可以完成必须依靠行业的带动，解决一些实实在在存在的问题，才能使C-GIS产品系列化，智能化达到新的水平。

 

　　需要解决的问题一般有大量配套件的研发与产业化，还有高可靠性，长寿命真空研制，大电流产品的散热方式，焊缝的在线跟踪检测与焊缝的临线检测，更智能化装置如气体密度在线检测，局部在线检测和温升在线检测。随着知识的更新和技术的进步，国内制造企业对C-GIS产品认识会越来越深，国内电气化铁路用户对C-GIS产品的了解也会越来越多，在加强C-GIS产品的设计制造工艺检测技术后，C-GIS的产品质量水平一定会得到明显的提高，产品的系列化、智能化，将使充气柜能适应更多用户的使用，国内电气化铁路C-GIS的制造必将跨入国际先进水平行列。