我匯報(bào)的題目是電氣化鐵路27.5kvC-GIS開(kāi)關(guān)柜新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，我匯報(bào)的內(nèi)容分三點(diǎn)，引言部分，27.5kv氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，27.5kv中壓氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中存在一些問(wèn)題。

 

　　隨著我國(guó)電氣化鐵路尤其是高速鐵路的不斷發(fā)展，工程建設(shè)的復(fù)雜程度逐步加大，牽引變電所對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備小型化、免維護(hù)、智能化的要求越來(lái)越高。常規(guī)的以空氣為絕緣介質(zhì)的開(kāi)關(guān)柜普遍體積較大，重量較重，會(huì)在2噸多，操作困難，尤其不能滿(mǎn)足惡劣條件下在高海拔、潮濕、污穢等惡劣環(huán)境條件下使用要求。同時(shí)，大量采用的國(guó)外高氣壓GIS產(chǎn)品存在漏氣及配件更換維修困難等問(wèn)題，在這種背景下，鐵路電氣化C-GIS產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

 

　　柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備簡(jiǎn)稱(chēng)為C-GIS，它是采用低氣壓的SF6氣體、N2氣體或混合氣體作為開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣介質(zhì)，用真空或SF6為滅弧介質(zhì)，將母線(xiàn)、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等中壓元件集中密閉在箱體中，綜合運(yùn)用現(xiàn)代絕緣技術(shù)、開(kāi)斷技術(shù)、制造技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的集智能控制、保護(hù)、監(jiān)視、測(cè)量、通訊于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有體積小、重量輕、安全性好、可靠性高、能適應(yīng)惡劣環(huán)境條件等優(yōu)點(diǎn)。

 

　　近年來(lái)，氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備在電氣化鐵路領(lǐng)域得到了迅速地推廣與應(yīng)用，特別是隨著我國(guó)電氣化鐵路對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備提出了小型化、智能化、免維護(hù)、全工況等新的要求，高性能、高品質(zhì)的充氣柜在國(guó)內(nèi)電氣化鐵路領(lǐng)域的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。由于傳統(tǒng)空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備受環(huán)境條件的局限性，已不能滿(mǎn)足西部高原、東部沿海等地區(qū)用戶(hù)的使用要求；高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)等高等級(jí)鐵路，因占地面積、免維護(hù)、高可靠性要求等因素，也必將選用27.5KV氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備。目前27.5kvC-GIS產(chǎn)品國(guó)內(nèi)所使用的絕大部分為進(jìn)口產(chǎn)品。但是，國(guó)外產(chǎn)品由于電壓等級(jí)、接地方式等差異，以及后期檢修不便、維護(hù)費(fèi)用高昂等問(wèn)題，還不能完全滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)用戶(hù)的使用。

 

 

　　1982年西門(mén)子公司首次在漢諾威展覽會(huì)上提出SF6氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備。之后，國(guó)外許多制造公司紛紛效仿，各自開(kāi)發(fā)了自己的產(chǎn)品。不同的充氣柜結(jié)構(gòu)形式差別很大：一種是鋁筒封閉式，一種是鋼板封閉式。鋁筒封閉式外形像高壓SF6封閉式組合電器，鋼板封閉式外形像一般空氣絕緣的開(kāi)關(guān)柜。鋼板封閉式與鋁筒封閉式相比，具有較低的成本、較好的環(huán)境協(xié)調(diào)性和適應(yīng)性，更容易被用戶(hù)所接受。就27.5KV電壓等級(jí)而言，目前出現(xiàn)較多的主要有：ABB公司的ZV2、ZX2，SEIMENS公司ALOSTOM公司，三菱公司的30-GX等，額定電流最大到2500A，額定短路開(kāi)斷電流一般為25或31.5kA ，有個(gè)別公司達(dá)到40kA，依據(jù)額定電流大小，寬度尺寸一般為600mm或800mm。

 

　　我國(guó)柜式充氣柜的研發(fā)起步較晚，上世紀(jì)90年代，一些科研院所和部分企業(yè)開(kāi)始了C-GIS的研制工作。研發(fā)方向主要集中在35kV電壓等級(jí)產(chǎn)品，針對(duì)電氣化鐵路則有27.5KV電壓等級(jí)的產(chǎn)品。除一些合資企業(yè)直接引進(jìn)母公司技術(shù)組裝生產(chǎn)外，大部分C-GIS生產(chǎn)廠家都是采用引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)，還無(wú)法掌握其核心技術(shù)。目前只有少數(shù)單位自主研發(fā)，完成了型式試驗(yàn)，有個(gè)別生產(chǎn)廠家通過(guò)了產(chǎn)品鑒定。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)一般額定電流為1250A，額定短路開(kāi)斷電流為25kA ，寬度尺寸一般為800mm。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中大量采用國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，產(chǎn)品的技術(shù)水平基本達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平。但是由于制造工藝等原因，大部分生產(chǎn)廠家還是停留在生產(chǎn)摸索階段，還無(wú)法向用戶(hù)提供滿(mǎn)意的產(chǎn)品。

 

 

　　由于高鐵市場(chǎng)的建設(shè)逐步變大，國(guó)內(nèi)企業(yè)加入到充氣柜的研發(fā)中來(lái)，或者引進(jìn)產(chǎn)品或者說(shuō)合作生產(chǎn)，或者說(shuō)自己研發(fā)，27.5kvC-GIS產(chǎn)品不同于往常的高壓GIS產(chǎn)品，不同于常規(guī)空氣絕緣的開(kāi)關(guān)柜，它的開(kāi)發(fā)難度比較大，周期長(zhǎng)，需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程比較緩慢。

 

　　首先要慎重的選擇產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式。C-GIS產(chǎn)品都采取了簡(jiǎn)化的一次主接線(xiàn)方式，從母線(xiàn)連接技術(shù)來(lái)分，大致有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是氣體絕緣母線(xiàn)，安裝時(shí)必須在現(xiàn)場(chǎng)充氣；另一種為固體絕緣母線(xiàn)，目前一般都采用了插接式母線(xiàn)技術(shù)，利用界面絕緣來(lái)實(shí)現(xiàn)柜與柜之間主母線(xiàn)的連通，現(xiàn)場(chǎng)不需要充氣。

 

　　兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，氣體絕緣母線(xiàn)的方式，由于現(xiàn)場(chǎng)涉及到氣的處理，需要專(zhuān)門(mén)的抽真空，充氣設(shè)備給安裝帶來(lái)了一定的不變，同時(shí)受安裝環(huán)境的限制，有可能導(dǎo)致灰塵，導(dǎo)電微粒雜質(zhì)進(jìn)入空氣中影響開(kāi)關(guān)設(shè)備的絕緣性能。第二種方式避免了常數(shù)問(wèn)題，但是有一些新的問(wèn)題，界面絕緣要配合精準(zhǔn)，一般保證在0.2兆帕的接觸壓力長(zhǎng)期運(yùn)行應(yīng)該是很可靠的，但是如果應(yīng)用到了27.5千伏柜與柜的連接，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。開(kāi)關(guān)設(shè)備焊接肯定存在一定的變形，對(duì)3毫米、4毫米不銹鋼板的焊接，變形比普通的鋼板大，變形存在影響了柜間連接的尺寸精度，開(kāi)關(guān)柜的安裝一般存在誤差。

 

　　兩種因素的綜合作用，無(wú)法有效的保證界面絕緣的均勻性、依靠性，界面接觸的不均勻會(huì)加速硅橡膠的老化。有些產(chǎn)品做過(guò)一些防范措施，如有預(yù)制開(kāi)關(guān)柜安裝地基，減少安裝誤差對(duì)絕緣的影響，但是效果不是特別的理想。軸距線(xiàn)的連接形式，決定了C-GIS總體結(jié)構(gòu)。制造企業(yè)應(yīng)該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前慎重選擇，設(shè)計(jì)用戶(hù)滿(mǎn)意的產(chǎn)品。

 

　　重視C-GIS產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的電場(chǎng)分布。27.5kv氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備中，通常采用的是低壓力了SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，電場(chǎng)的不均勻程度對(duì)SF6氣體擊穿電壓的影響比較大，因此在絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要采取根本措施，避免電場(chǎng)不均勻的負(fù)面影響。

 

　　絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要特別注意以下幾個(gè)方面。一是單純拉大電極之間的間隙距離，提高的擊穿電壓值有限。更重要的是如何改善氣室內(nèi)電場(chǎng)分布。二是充分發(fā)揮固體絕緣介質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，有效減小絕緣結(jié)構(gòu)的尺寸。可以采用內(nèi)置屏蔽電極，改變場(chǎng)強(qiáng)分布的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。三是特別注意三重物質(zhì)接觸點(diǎn)的作用，就是固體絕緣電極和氣體之間三者的交界部位，由于界內(nèi)傳輸?shù)牟煌?，容易引起界?nèi)傳輸小的一側(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度升高，發(fā)展為延面散落。電極與固體絕緣接觸部位容易形成氣息，導(dǎo)致局部溫度升高，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量使局部電場(chǎng)固體絕緣的表面形狀設(shè)計(jì)要合理，盡量使局部電場(chǎng)強(qiáng)度升高，人為控制在專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，電極形狀與加工光潔度也要修正。研發(fā)中采用了一半是氮?dú)?，還有一半是SF6混合氣體，可以減少SF6氣體的使用，可以達(dá)到一定的環(huán)保要求。

 

　　關(guān)注一下C-GIS產(chǎn)品的制造工藝。制造工藝是影響C-GIS產(chǎn)品質(zhì)量與水平重要方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品的差距主要體現(xiàn)在了工藝上。

 

　　第一，因此產(chǎn)品開(kāi)發(fā)決策必須考慮配套的工藝，C-GIS產(chǎn)品中必須考慮的工藝有箱體的焊接工藝，C-GIS產(chǎn)品箱體的焊接，是影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵工序，焊接既要保證箱體的強(qiáng)度和精度，又要保證氣密性。國(guó)內(nèi)一般采用的就是亞弧焊和氣體保護(hù)焊，由于不銹鋼傳熱很快，即使在焊接夾具中完成全部焊接，也存在焊接變形，焊接變形的存在對(duì)密閉表面裝配調(diào)試產(chǎn)生不利的影響，焊接的氣密性得不到有效的保證。國(guó)外的企業(yè)大多數(shù)采取的更為先進(jìn)的激光焊接方式，激光焊接方式有利于減少焊接變形，降低人為因素造成了焊接缺陷，適合規(guī)?；a(chǎn)。但是激光焊接對(duì)箱體的結(jié)構(gòu)形式，不銹鋼板精度，焊接夾具設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

 

　　第二，產(chǎn)品的加工和裝配工藝。首先應(yīng)該建立嚴(yán)格的加工工藝，電機(jī)的表面形狀和光潔度，箱體的焊渣，表面劃傷與加工部位的毛刺，尖角對(duì)氣體的絕緣特性影響很大。加工精度和表面光潔度對(duì)封閉的可靠性影響比較大，零件的加工質(zhì)量直接影響了操控機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性，建立嚴(yán)格的加工工藝流程，才可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

 

　　第三個(gè)應(yīng)該注意的就是產(chǎn)品的檢測(cè)工藝，尤其是泄露率的檢測(cè)。C-GIS的裝配是復(fù)雜的過(guò)程，必須在裝配的每一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置檢測(cè)手段，確保裝配后的產(chǎn)品質(zhì)量減少返工，尤其是對(duì)箱體這種半成品的過(guò)程檢漏，焊接箱體的檢漏通常采用的方式有水浸法，通過(guò)肥皂泡的方法，這些方法無(wú)法定性的檢測(cè)出漏氣的程度，對(duì)半成品難以做成合格與否的判定，目前比較好的方法就是采用焊接譜檢漏的方法。利用起對(duì)非常敏感的傳感器的傳感，定性定量的檢測(cè)漏氣情況，以便及時(shí)糾正措施。

 

　　第四，要盡快完成C-GIS產(chǎn)品的系列化和智能化。目前國(guó)內(nèi)鐵路領(lǐng)域C-GIS利用不是很廣泛，使用的都是進(jìn)口產(chǎn)品，一方面就是進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格太高，影響了C-GIS產(chǎn)品的推廣使用。另一方面C-GIS產(chǎn)品的智能化程度不高，配套不全，嚴(yán)重影響了用戶(hù)使用的積極性。C-GIS產(chǎn)品的智能化方案，要適合用戶(hù)實(shí)際使用要求，C-GIS不同于空氣絕緣柜，看不見(jiàn)摸不著，用戶(hù)從設(shè)備運(yùn)行的安全性出發(fā)，提出了對(duì)C-GIS產(chǎn)品實(shí)施密度檢測(cè)，異常溫升檢測(cè)，智能操作與控制等要求，可以先從這些下手，逐步發(fā)展對(duì)開(kāi)關(guān)的特性參數(shù)，對(duì)絕緣件的局部放電，對(duì)固件電弧等方面的檢測(cè)，真正實(shí)施由定期維修向?qū)ｉT(mén)維修的轉(zhuǎn)變。C-GIS產(chǎn)品的系列化，智能化工作，不是單個(gè)企業(yè)可以完成必須依靠行業(yè)的帶動(dòng)，解決一些實(shí)實(shí)在在存在的問(wèn)題，才能使C-GIS產(chǎn)品系列化，智能化達(dá)到新的水平。

 

　　需要解決的問(wèn)題一般有大量配套件的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，還有高可靠性，長(zhǎng)壽命真空研制，大電流產(chǎn)品的散熱方式，焊縫的在線(xiàn)跟蹤檢測(cè)與焊縫的臨線(xiàn)檢測(cè)，更智能化裝置如氣體密度在線(xiàn)檢測(cè)，局部在線(xiàn)檢測(cè)和溫升在線(xiàn)檢測(cè)。隨著知識(shí)的更新和技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)制造企業(yè)對(duì)C-GIS產(chǎn)品認(rèn)識(shí)會(huì)越來(lái)越深，國(guó)內(nèi)電氣化鐵路用戶(hù)對(duì)C-GIS產(chǎn)品的了解也會(huì)越來(lái)越多，在加強(qiáng)C-GIS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工藝檢測(cè)技術(shù)后，C-GIS的產(chǎn)品質(zhì)量水平一定會(huì)得到明顯的提高，產(chǎn)品的系列化、智能化，將使充氣柜能適應(yīng)更多用戶(hù)的使用，國(guó)內(nèi)電氣化鐵路C-GIS的制造必將跨入國(guó)際先進(jìn)水平行列。