關鍵詞2：環保型開關設備

【行業觀察】

隨著全社會用電量增速放緩及新型城鎮化步伐的加快，終端用電負荷呈現增長快、變化大、多樣化的新趨勢，配電網改造升級任務愈發緊迫，其投資佔總電網的投資比例顯著上升。未來，隨著配電網建設改造項目及工程的逐步推進和落實，我國的開關櫃市場前景將日益廣闊。加之電力行業環保意識的逐漸增強、環境治理的逐步推進，SF6等有害環境的絕緣方式將逐步被替代，這也帶動了開關櫃環保性升級的加速推進。

截至目前，我國的環保型開關櫃研發應用取得了一定成果，但整體上還處於初步發展階段，仍需緊跟行業發展趨勢，解決運行、使用中出現的問題，不斷提升研發、應用水平。在我國推進新型城市化和智能電網建設，大力實施節能減排，發展綠色經濟的背景下，電力產業轉型升級步伐加速，輸配電設備向更高安全性、可靠性和小型化，特別是環保性方向發展已成為行業共識，而研發應用環保開關設備也成為大勢所趨。據相關數據統計顯示，2014年環保氣體環網櫃需求量已超過5000台，預計到2018年，我國配電網中環保氣體環網櫃的應用數量將佔環網櫃整體應用量的30%。預計到2020年，國內對環保開關櫃的需求量不低於10萬台，環保開關櫃市場潛力巨大。

【專家在線】

環保型氣體絕緣金屬封閉開關設備技術現狀與發展趨勢

中國電力科學研究院 配電技術實驗室副主任

韓篩根

一、

基本現狀怎樣？

何為絕緣氣體？

用以隔絕不同電位導電體的氣體，其特點是：具有高的電離場強和擊穿場強；擊穿後能迅速恢復絕緣性能；化學穩定性好，不燃、不爆、不老化，無腐蝕性；不易為放電所分解；並且比熱容大，導熱性好、流動性均好。常見的絕緣氣體為：空氣、N2、CO2、SF6氣體等。

環保絕緣氣體的主要特徵：無毒無害；也可以是一種氣體，或多種氣體的組合；亦或是人工合成氣體；可以直接排放到大氣中，且不會造成大氣污染；具有較高的電離場強和擊穿場強；擊穿後能迅速恢復絕緣性能；化學穩定性好，不燃、不爆、不老化、無腐蝕性、不易因放電作用所分解；比熱容大，導熱性、流動性均好。

常見的環保絕緣氣體：

（1）空氣、N2、CO2、惰性氣體中的一種或幾種的混合物；

（2）人工合成的環保氣體，C3等。

何為環保氣體絕緣金屬封閉開關設備？

（1）極少使用或不適用SF6氣體，在產品全壽命周期內對環境影響小的並具有環境適應性的開關設備；

（2）採用環保氣體為主絕緣、真空滅弧室作為主開斷元件、全密封結構、以少量固體絕緣作支撐件、正常運行時微正壓（氣箱的氣壓≤0.01MPa）,具備零表壓條件下可靠開斷短路故障電流能力，運行連續性不低於LCS2A的環保氣體絕緣金屬封閉開關設備。

二、

評價開關設備環保與否應考慮的主要因素有哪些？

環保是一個相對概念。因此評價一個金屬封閉啊開關設備是否環保至少應考慮兩大因素：

（1）減少溫室氣體排放；

（2）降低或減少有毒有害物質的使用；

材料資源的循環使用（最大限度的減少熱固性材料的使用）

降低目標活動所需用的能量（節能）

減小產品的重量和體積（節材節地）

產品標稱壽命後的再利用、回收物質的循環處理能力

能耗及耐受和適應惡劣使用環境的能力（鹽霧、污穢、腐蝕性介質、高海拔、紫外輻射）

1 開關設備的3大環保型評價指標

（1）大氣與氣候方面

氣候變化、臭氧層破壞

（2）資源消耗方面

金屬消耗、石化資源消耗、水資源消耗、土地資源消耗

（3）污染方面

人為的有毒有害物質排放、光污染、電離輻射、土壤酸化與污染、淡水和海水污染、生態破壞和空氣污染等。

2 廣義與狹義的環保評價（範圍）

狹義：指設備從投運到退出運行階段對全球變暖潛能指標GWP（溫升效應的潛能值）。

廣義：指設備所涉及的全部零部件從原材料開採、提煉、加工、零部件製作、裝配、設備整機投入運行（運行壽命終了）及回收處理與再利用的全壽命周期內對全球變暖潛能指標GWP。

註：GWP-溫升效應的潛能值，相當於總碳排放量，其中以CO2為參考基準，其基數設置為1.例如：1單位的SF6,其全球變暖潛能指標GWP相當於23900倍CO2氣體絕緣開關設備研發歷程。

3 氣體絕緣開關設備的發展歷程

氣體絕緣開關設備的發展歷程與絕緣氣體的發展歷程是完全一致的，經歷了從環保氣體（空氣）、SF6氣體、SF6混合氣體、環保氣體（空氣、N2、CO2及替代性氣體）的過程。

2004年以後開始研究基於環保氣體絕緣的開關設備，2014年後進入高速發展期，截止到2016年年底，拿到檢測報告的企業約有30家，但具備設計研發和批量化加工製造能力的企業也只有10家左右，真正符合環保氣體絕緣要求的就更少。

目前主要採用的環保氣體是空氣（人工合成的N2+O2組合）、N2基於氟碳氣體或鹵素氟碳氣體的環保型開關設備依然處於初期的研究和樣機分析階段，距離實際應用依然需要時間。

4 應用情況

區域：華東（上海、浙江紹興、建德、安徽黃山）、華南（福建廈門、廣東佛山、廣州）、華中（河南許昌、平頂山）、西南（重慶、四川內江）、東北（遼寧瀋陽、營口、丹東、撫順、內蒙呼倫貝爾、鄂爾多斯、黑龍江大興安嶺）和西部（新疆巴州、青海）。

數量：截止到2016年年底，已經投入運行的環保氣體環網櫃大約在5000面左右，相比於2015年的1600面，增幅高達212.5%；

領域：電網、市政、港口、航空、軌道交通、製藥、礦產等。

5 環保氣體金屬封閉開關設備應遵循的核心標準

（1）GB 311.1-2012 高壓輸變電設備的絕緣配合

（2）GB/T 11022-2011 高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求

（3）GB 3906-XXXX 3.6kV～10.5kV 交流金屬封閉開關設備和控制設備

（4）DL/T 404- XXXX 3.6kV～10.5kV 交流金屬封閉開關設備和控制設備

6 環保氣體金屬封閉開關設備應滿足的主要標準

GB/T 12706.4-2008 額定電壓1kV（Um=1.2kV） 到35kV（Um=1.2kV）擠包絕緣電力電纜及附件第4部分：額定電壓6kV（Um=7.2kV）到35kV（Um=40.5kV）電力電纜附件試驗要求

DL/T 402-2007 高壓交流斷路器訂貨技術條件

DL/T 403-2000 12～40.5kV 高壓真空斷路器訂貨技術條件

DL/T 486-2010 高壓交流隔離開關和接地開關訂貨技術條件

DL/T 593-2006 高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求

三、

環保型開關設備的用戶需求包括哪幾部分？

1基本需求

（1）安全性—底線與紅線

事故率—電網安全、人身傷害、設備損壞；

社會效應—對社會穩定與發展產生的負效應；

抵禦突發事件的能力—自然災害，人為破壞。

（2）可靠性—核心評判指標

保持連續供電的能力—運行連續性水平、電壽命、機械壽命；

對各種指令的響應能力—正常和非正常指令判斷速度、準確性與執行正確性。

動作的準確性（速度與分散性）

（3）先進性—決定是否推廣應用的關鍵指標

技術成熟度—應用數量、效果及運行故障率；

技術參數—在原設備基礎上提高的技術指標或功能；

對提高電網整體安全性能的影響度。

（4）經濟性—重要因素

設備價格—性價比；

正常需要的檢修時間—全運行周期內需要進行檢修的次數與時間；

設備導致的非計劃停電損失—次數、時間及導致的損失；

損耗—設備損耗、系統損耗；

後處理成本—設備退出運行後進行拆解與回收利用需要小號的費用。

2其它需求

環保型—不可抗拒；

標準化—互換性，精細化管理的必然需求；

耐受惡劣運行環境能力—體現設備性能的重要指標；

可維護性—經濟性的另一種體現；

加工工藝—內在品質的保證，如激光切割、機器人焊接、氦檢漏等；

外形美觀—環境協調；

智能化—發展的必然趨勢。

操作機構：耐受鹽霧的能力（500h）；

運行連續性：LCS2-PI（或PM）級；

整機動作性能的穩定性：連續動作3000次後各參數指標的分散性≤5%；

接地可靠性：金屬部件和外殼到接地端子之間通過30A直流時，其壓降≤3V，並應保持功能單元內部的相互連接與電氣連續性。

四、

環保型開關設備今後的發展趨勢與方向？

1 技術難點

絕緣

（1）使用非SF6氣體與減少設備條件間的矛盾；

（2）替代SF6氣體的研發、應用與評估；

（3）環保型固體絕緣材料的研發、應用與評估；

（4）固體絕緣件絕緣失效檢測與監測；

（5）局放量與絕緣件失效的關聯度。

開斷

（1）滿足快速分合（＜5ms）需求的滅弧室製造技術；

（2）快速分合時真空滅弧室抑制重燃與重擊穿技術；

（3）耐燒損觸頭結構與材料成分研究；

（4）大容量容性電流開斷；

（5）過零投切精準控制與操作機構匹配技術。

密封

（1）氣箱全密封結構（防護等級不低於IP67）與溫升間的矛盾；

（2）內部故障與防護等級間的矛盾；

（3）泄壓通道與防護等級間的矛盾；

（4）電子元器件（感測器）的短壽命與防護等級間的矛盾；

（5）操作機構更換、維護與密封間的矛盾。

智能化

（1）機械與電氣融合的切入點；

（2）一次元件與二次元件融合的原則、方法及驗證；

（3）多技術集成的原則、方法與協調控制技術；

（4）風險辨識、故障預判與系統自愈控制技術；

（5）性能參數標準、試驗方法標準、運行評判標準。

2研發中的注意事項

結構

（1）主母線聯接方式應考慮中間櫃的更換；

（2）用戶對隔離開關位置的不同需求；

（3）外形尺寸與出現電纜頭的安裝高度；

（4）泄壓通道形勢與位置；

（5）核心部件的模塊化與設備的標準化；

（6）一二次融合元件的運行壽命（二次元件壽命遠低於一次設備）與更換。

智能裝置

（1）應具備熱插拔（即插即用）和可擴展功能（同一主板，各功能單元獨立設置）；

（2）通訊介面與通訊協議-61850；

（3）外形尺寸與背部出線端子應統一規範，滿足標準設計與互換性要求；

（4）運行多年後新裝置與原設備間的兼容性。

3 發展趨勢

（1）控制元件及其系統的智能化

（2）開關設備自身的智能化

（3）電網系統的智能化

產品設計標準化、加工預製化—低成本，高效率；

結構模塊化、功能集成化—擴展靈活，兼容性強；

保護就地化、通訊數字化—簡潔可靠，統一規範；

監測實時化、管控智能化—主動高效維護，風險提前預警，故障自愈。

（註：以上內容來自於第九屆智能變電站技術應用論壇）

【互動討論】

中國電力科學院韓篩根主任從環保型氣體絕緣金屬封閉開關設備的深層涵義、環保與否、技術難點、發展趨勢等進行了全面細緻的剖析，對於用戶群體和設備企業帶來了更多的思考與啟發。那麼，在環保型開關設備的技術改進及試驗，訂貨條件等方面，來自福州供電公司的黃工和廈門顧德益電器有限公司的林總有哪些建議和需求呢？且聽他們的觀點。

關注點一：對於環保型開關設備提出的幾點技術建議？

國網福州供電公司 高級工程師 黃佳寧

黃佳寧：我認為環保型氣體絕緣環網櫃是SF6環網櫃產品的提升和替代，在推廣過程 中建議規避原來SF6櫃的不足。以下是幾點技術建議：

建議一：取消組合電氣櫃方案，因為其熔斷器密閉在絕緣筒內，散熱性差，熔斷器需要降容使用，而且熔斷器存在安秒特性和分散性大等因素，對組合電器固體櫃的使用具有一定的影響，所以可用斷路器櫃替代;同時，由於造價基本相當，鼓勵採用斷路器替代負荷開關，這樣方便迴路改造時由環網迴路調整為分支迴路，並投入保護，不僅可以大大簡化產品分類，而且比較靈活。

建議二：由於環保氣體的滅弧能力與SF6相差甚遠，必須採用真空泡滅弧。同時，串聯一個隔離埠作為檢修時用。可以接受真空隔離端斷口的方案，但應從經濟性方面考慮再做選擇。相對而言，固體櫃採用真空斷口應給予鼓勵，而氣體櫃用空氣作隔離斷口還是比較可行的。

關注點二：對於環保型開關設備的技術試驗存在哪些困惑？在訂貨技術條件上有哪些需求？

廈門顧德益電器有限公司 技術總監 林春昭

林春昭：結合自身工作，個人認為目前環保型開關設備在行業內的定義還是比較模糊，同時也存在一些疑慮，是不是所有無SF6的開關設備都稱之為環保型開關設備呢？因為其試驗標準、驗收標準沒有比較明確的規範，比如：無充氣的櫃體按照空氣櫃試驗標準進行試驗，有充氣的櫃體按充氣櫃標準進行試驗。現階段的情況是，環保櫃若按照最低功能壓力零表壓進行試驗，應做哪些試驗項目，是氣箱打開做試驗，還是密封著做呢？這些都是我比較關注的問題。

關於環保櫃訂貨技術條件還在討論中，產品的外形尺寸是行業人士都非常關注的內容，我的建議是，產品外形尺寸的限定只要滿足現有環網櫃的標準即可，不應該作為限制環保櫃訂貨技術條件的門檻，相比之下，環保櫃的絕緣、局放、溫升、免維護、環保材料使用比例等性能更應該作為訂貨技術條件所要求的內容。

更多詳情，請查閱：

《賽爾輸配電產品應用》2017.05 總 第177期

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