王宏業
作者簡介：無錫市凱立電器有限公司工程師，教授級高工，從事高低壓開關設計、制造工作。
摘要：研制開發不用或少用六氟化硫氣體的高壓開關設備，不僅是企業的責任，更是企業家的良心。真空開關技術成熟，使用安全可靠。在絕緣滅弧性能與六氟化硫氣體相當的綠色環保氣體研制成功之前，在開斷高電壓大電流的半導體開關設備未完善之前，真空開關是的選擇。采用全固體絕緣使真空開關小型化，全工況使用，免維護。
關鍵詞：溫室氣體，真空開關，固體絕緣
0 引言
同世界各國一樣，我國10千伏開關設備走過了一條從油開關(多油開關)到少油開關再到真空開關，六氟化硫開關的發展之路。近10多年來ABB公司、施耐德公司憑借其國際大公司的品牌的優勢率先將其10千伏六氟化硫負荷開關，負荷開關-熔斷器組合電器產品打入中國市場。由于此類產品采用三相共箱結構，內充六氟化硫氣體滅弧和絕緣.體積較小，結構簡單，價格低廉。國內廠家競相跟進，同類產品紛紛進入市場。在10千伏開閉站，電纜分接箱，箱式變電站，住宅小區和樓宇變站等場合的使用中占據了壟斷地位。
但是近年來，科學研究結果證明，溫室氣體的大量排放是造成全球變暖，氣候異常的重要原因。六氟化硫氣體分子地球溫暖化系數是二氧化碳氣體分子地球溫暖化系數的24000～26000倍。六氟化硫氣體分子既不能化學降解，也不能光學降解，在大氣中其壽命為3400年。對大氣污染造成累積效應。據測算大氣中六氟化硫的含量每年遞增百分之八。其對人類生存環境的影響將達數百代。其危害性遠遠大于二氧化碳氣體。所以在《京都議定書》中明確規定六氟化硫氣體是六種溫室氣體之一。我國在1998年頒布并實施的《危險廢物名錄》也將六氟化硫氣體列入危險廢物名單。
據統計我國十千伏電力設備每年消耗的六氟化硫氣體超過4500噸，相當于1.2億噸二氧化碳氣體排放。
六氟化硫氣體不僅是溫室氣體，而且在電弧，火花放電，電暈放電的作用下能分解和離游SF4,SF2,S2,F2等多種有害產物。
六氟化硫氣體的密度是空氣的五倍。如果六氟化硫電氣設備發生泄漏，夾雜有劇毒氟化物的六氟化硫氣體會沉積于底部，由于該氣體無色，無味，運行和檢修人員不易察覺，容易造成人員傷亡。
10千伏電氣設備量大面廣，使用分散。設備檢修和設備壽命期后，六氟化硫氣體很難回收。即便使用專用回收設備回收，過程很復雜，費用也很高。終廢氣的處理更是一個難題。
從京都，哥本哈根到德班，低碳減排已成為全世界關注的焦點。還地球綠水，青山，藍天，還人類一個舒適的生存環境，給子孫后代留下一個賴以生存和可持續發展的地球已成為一個迫在眉睫的問題。 綜上原因，用六氟化硫氣體作為滅弧及絕緣介質的中壓開關設備，市場由盛而衰，直至完全退出市場是必然的。作為一個高壓開關制造廠商研制開發不用或少用六氟化硫氣體的高壓開關設備，不僅是企業的責任，更是企業家的良心。當然，毋庸諱言，一個符合產業政策，代表發展方向，具有良好社會效益的好產品，也必將獲得豐厚的經濟效益。基于上述認識本公司開發研制了固體絕緣真空開關柜系列產品。
1 真空開關的優點
上世紀初人們開始了對真空電弧的研究。百年來真空電弧理論和技術日臻完善和成熟。以真空滅弧室為核心部件的真空斷路器，真空負荷開關產品在各領域的使用至今已有四十多年的歷史了。真空開關技術成熟，使用安全可靠，已是各領域廣大用戶的共識。
目前，國際國內真空滅弧室生產廠商又推出三工位的隔離—接地開關管，四工位的開斷—隔離—接地開關管，接地開關管。為取消作為開斷滅弧，斷口絕緣介質的六氟化硫氣體提供了新的途徑。
真空開關與六氟化硫開關比較有如下優點：
(1) 在真空滅弧室內開斷電弧，無爆炸危險，無有害介質產生，符合綠色環保要求。
(2) 使用壽命常，開端次數多，適合頻繁操作。
(3) 電氣特性與六氟化硫開關相當，個別性能優于六氟化硫開關。
(4) 維護費用低，整個壽命期內的成本低于六氟化硫開關。
(5) 制造真空開關的材料壽命期后可以全部回收再利用，報廢處理過程無需采取措施，對環境無污染，對人員無傷害。
因此在中壓領域淘汰六氟化硫開關設備后，在絕緣滅弧性能與六氟化硫氣體相當的綠色環保氣體研制成功之前，在開斷高電壓大電流的半導體開關設備未完善之前，真空開關是的選擇。
2 采用全固體絕緣使真空開關小型化，全工況使用，免維護
六氟化硫氣體具有的滅弧及絕緣性能。六氟化硫開關設備(三項共箱的負荷開關，斷路器，整體充氣的組合電器)體積小巧，結構簡單，這是采用空氣絕緣，固體-空氣混合絕緣的傳統真空開關所無法比及的。除了價格低廉，這也是六氟化硫開關設備在中壓領域占重要地位的主要原因。真空開關設備要想取而代之必須要小型化。在性能相同(相當)的情況下體積與六氟化硫開關相當或者更小，目前大體有三種技術手段在采用。
2.1 充氣柜
用真空滅弧室作開關開斷滅弧元件，將真空滅弧室和其他一次電氣元件全部封裝在金屬殼體中，殼體內充以一定壓力的清潔干燥的氮氣(或者空氣)。氮氣作為絕緣介質了開關設備的絕緣性能。這就是所謂的綠色環保充氣柜。但是，無論是干燥空氣還是氮氣其絕緣強度僅是六氟化硫氣體的三分之一，為絕緣可靠要相應增大相間，相地距離，沿面爬距，柜體幾何尺寸要比六氟化硫氣體柜大許多。當然，加大氣體壓力可以增加絕緣強度，但相應帶來柜體密封和強度問題，同時，一旦泄露，氣體壓力下降，絕緣強度急劇下降，可能引發重大事故。
2.2 全固體絕緣柜
用真空滅弧室作開關開斷滅弧元件，用隔離—接地開關管作隔離斷口，接地斷口絕緣。將兩只開關管及一次導電回路固封在環氧樹脂殼體中(俗稱雙黃蛋)組成開關的一相，三只筒體并列固定在支座上組成開關本體，配裝操動機構及相關功能部件組成完整的開關。這種結構優點是斷口全在真空中，一次帶電體完全不受外部環境影響。缺點是看不到隔離斷口，不符合用戶的使用習慣。
2.3 固體—充干燥空氣或氮氣混合絕緣柜
用真空滅弧室作開關開斷滅弧元件，采用傳統的隔離—接地開關。隔離斷口，接地斷口采用密封干燥空氣或氮氣絕緣。真空滅弧室和一次導電回路固封在全密封的帶有觀察窗的環氧樹脂殼體中，組成開關的一相，三只筒體并列固定在支座上組成開關本體，配裝操動機構及相關部件組完整的開關。。這種結構優點是開關斷口在真空中，隔離斷口，接地斷口在密封的干燥氣體中，一次帶電體固封在環氧樹脂中。完全不受外部環境影響。而且隔離斷口真實可見，符合用戶的使用習慣。提高了設備運行的安全性。
3 凱立固體絕緣真空開關柜系列產品的特點
在系統調研，充分論證的基礎上，本著取百家之長，走創新之路的原則，經過兩年努力研制出GXGN—12固體絕緣真空開關柜系列產品。具有多項知識產權技術的系列固體—充氣混合絕緣產品，包括斷路器，負荷開關，負荷開關—熔斷器組合電器柜，計量柜，PT柜，母聯柜等已通過型式實驗，省部級鑒定。并獲多項科技成果獎。產品一問世便獲得業內人士的關注和好評。
與國內同類產品比，凱立產品有如下特點：
(1) 環氧樹脂具有優良的電氣性能，機械性能，熱的特性，很早用于電器設備，取得了良好的業績。開關筒體，熔斷器筒體采用環氧樹脂APG工藝成型。絕緣筒體是固體絕緣開關的關鍵部件，它既是絕緣件又是承力件。要求同時滿足耐熱，耐候，抗開裂，機械強度高，絕緣強度好等技術要求。筒體體積碩大，嵌件多，形狀復雜，制造是有一定難度的。凱立電器具有多年設計，制造絕緣件的經驗，從筒體設計，材料配方，工藝流程多方努力了該部件優質批量生產。根據用戶要求，可以提供外屏蔽接地可以觸摸的筒體。
(2) 單體柜結構，采用專業電纜附件廠商生產的通用絕緣母線，電纜插拔頭。開關柜可現場組合，隨意擴展，避免了多組組合柜帶來的運輸，安裝的不便。當然，如果用戶要求也可提供組合柜。
(3) 清晰可見真實隔離斷口。
(4) 開關可配裝彈簧，永磁兩種操動機構，方便用戶選擇。
(5) 全系列產品統一設計，提供用戶需要的多種柜型(斷路器，負荷開關，負荷開關—熔斷器組合電器，計量，PT,母線，母聯等)，而且外形幾何尺寸完全一致。
(6) 開關筒體和隔離開關操動機構箱采用動靜密封結構形成密封腔體，內充零表壓干燥氮氣，與外部環境完全隔離。開關柜全工況使用。
(7) 開關柜留有智能化接口和傳感器安裝位置，配置智能化設備后可以滿足智能電網的要求。
(8) 負荷開關—熔斷器組合電器的輔助接地開關采用真空開關管固封在熔斷器筒體中。解決了油絕緣的輔助接地不安全的問題。
(9) 熔斷器筒體與開關筒體采用柔性H形雙通電纜頭(知識產權產品)連接，確保無應力電氣連接和絕緣可靠。
第二系列全固封(雙黃蛋結構)固體絕緣真空開關柜正在研制中，可見斷口問題也在解決之中。40.5千伏，1250A產品也在考慮之中。
4 結論
(1) 目前國內已有幾家生產固體柜的廠商，正在研制和有研制意向的企業更如雨后春筍不勝枚舉。但是尚未見到相關標準，各企業只能按企業標準設計生產，建議相關部門盡快編制標準，以便有所遵循。
(2) 固體柜是一項新產品，新技術。有很多新技術，新工藝，新材料，新的配套元件需要研究和解決。希望相關部門組織協調相關企業和技術人員通力合作，共同攻關。搭建多種形式的交流平臺，以便企業互相交流，共同提高。
(3) 目前國內已有的幾型固體柜均是各企業自主研發的知識產權產品。是企業領導和全體員工辛勤勞動的結晶。是企業的名片。雖然結構形式各有千秋，優劣各有所長，但總體水平和國外知名公司同類產品比應該是相當或相近的，這是轉變企業發展模式取得的豐碩成果。希望有關部門在資金流向和市場準入等方面給予大力扶持，細心呵護，使這些民族品牌的產品不斷完善，在國內立得住，在國際上叫得響。
(4) ，固體柜是一個新產品，新技術，是我們共同的財富。讓我們摒棄同行是冤家的舊觀念，拋棄以鄰為壑的舊做法，在競爭中合作，互相交流，共同提高。把精力放在產品質量的提高上，把心事放在國際，國內市場的開發上。防止靠偷工減料，以次充好，假冒偽劣犧牲產品質量殺價競爭的局面出現。凱立電器愿與業內有識之士共同開發，共享成果。
據了解，電網公司計劃到2015年新建和改造項目中固體絕緣開關柜的使用量不低于新增總量的25%，這將是電力設備生產廠家的機遇和福音，凱立電器預加大市場開發力度，與各地供電公司和電力電器協會加強交流和溝通，為中國電器設備的發展貢獻力量。
