干貨！共箱式氣體絕緣柜設計和制造中的主要問題及解決方案

1、充氣柜的簡介及分類 1.1 充氣柜簡介

中壓金屬封閉開關設備有兩種絕緣方式，一種使用空氣絕緣，另一種采用壓縮氣體絕緣。前一種出現較早，用量大，國內一般稱作開關柜，后一種習慣稱做充氣柜。

所謂充氣柜即將高壓元件（如斷路器、隔離開關、負荷開關、接地開關、互感器、母線等等）密封在充有較低壓力的壓縮氣體（如壓縮空氣、SF6、N2等等）的封閉的殼體內的一種金屬封閉開關設備。

1.2 充氣柜分類

按絕緣方式可分為壓縮空氣式、SF6式、N2式或SF6與N2混合式，其中SF6絕緣方式用得最多。

按配用高壓元件來分可分為負荷開關型、負荷開關+熔斷器組合電器型、斷路器型。

按殼體材料充氣柜有兩種：一種為鋁筒式；另一為鋼板式。如西門子公司的8DA10/8DB10型為鋁筒式，8DC11型為鋼板式。

2、充氣柜發展史

繼普通空氣絕緣開關柜之后，1982年Siemens公司率先開發出 SF6絕緣斷路器柜。之后各大知名公司相繼推出自己的產品，如ABB的Safe系列（見圖1）、施耐德RM6、ALSTOM的FB系列產品。

圖1 ABB之Safe開關柜結構圖

1 吊環；2 帶電顯示器；3 短路接地故障指示器；4 壓力表；5 銘牌；6 模擬線路圖； 7 繼電器；8 熔斷指示；9 掛鎖裝置；10 電纜室；11 RTU安裝室；12 Ronis鎖；13 斷路器操作空；14 負荷開關操作孔；15 接地開關操作孔； 16 隔離開關操作孔；17 分閘暗鈕；18 合閘按鈕；19 熔斷器室。

3、充氣柜現狀

從國外來看充氣柜發展相當快，制造廠家相當多，而且應用比較廣泛，已有相當多的產品進入國內；而我國在充氣柜行業發展較晚，據我國高壓開關行業協會統計，我國2001年的充氣柜產量為零，從2002年開始起步，2002年有兩家制造廠家設計、制造了產品并進行了產品的型式試驗。

4、充氣柜優勢

充氣柜與一般的空氣絕緣柜相比擁有眾多的優勢。首先由于采用性能優異的壓縮氣體，大大提高了絕緣性能，壓縮氣體絕緣性能為空氣的2∽3倍，并且隨著電壓等級的升高，優勢更加明顯。由于此優點便于設計較小的柜體尺寸，有利于向小型化發展；其次由于采用性能優異的壓縮氣體，有時還能提高滅弧性能；再次由于采用氣密式結構，應此不受外界的環境（如凝露、污穢、小動物及化學物質等等）的影響，可用于惡劣的場所。如2002年德國易北河泛濫，充氣柜部分被淹，卻很快恢復供電。這充分證明了充氣柜不受惡劣環境影響的特點。最后由于采用免維護產品結構，大大降低了維修工作，減少了維修的費用。

5、對充氣柜設計及制造的要求

對于充氣柜的制造需要考慮很多方面，其中最重要的是焊接與密封。現列舉如下：

5.1 外殼設計及檢驗要求

外殼需按《壓力容器安全監察規程》和按設備投產后不能復查的條件進行設計、制造，以確保材料、結構、焊接工藝及檢驗等的安全可靠性。

(1) 外殼的設計溫度

在額定運行條件下外殼可能達到的最高溫度。戶內通常為環境溫度的上限加上流過額定電流所造成的外殼溫升。戶外還應考慮日照和使用地點的環境條件的影響。

(2) 外殼的設計壓力

用來確定外殼厚度的壓力。它至少等于內部故障時氣體釋放前的壓力。

(3) 對外殼和部件強度，無論是否通過計算確定，均應進行規定的試驗。

(4) 對焊接外殼的焊縫，除無法探傷部位外，應按規定進行無損探傷檢查；關鍵部位焊縫及兩種材料拼焊的焊縫應全部進行探傷；其它應探焊縫長度不少于其對接焊縫總長度的20%。

5.2 焊接要求

殼體的焊接質量要求嚴格，可采用激光焊或氬弧焊，焊完一點要進行檢查。對焊接外殼的焊縫，除無法探傷部位外，應按以下規定進行無損探傷檢查。

(1) 關鍵部位焊縫以及兩種材料拼焊的焊縫需全部進行攤上；

(2) 其它焊縫探傷長度不少與其對接焊縫總長度的20%。

5.3 密封要求

外殼要求高度密封，對于動靜密封采用相應的密封方法，可采用橡膠圈密封。

5.4 聯鎖與閉鎖

安裝在主回路中的采用確保維修工作的隔離間隙的設備應有閉鎖裝置(例如機械掛鎖或電氣閉鎖預防閉合)；接地開關無重開的危險；短路關合能力低于回路額定峰值耐受電流的接地開關與相連接的隔離開關聯鎖；短路關合能力低于耐受額定峰值電流的開關或開斷能力低于額定峰值正常電 流的隔離開關，應與相配的斷路器聯鎖，以防止斷路器處于合閘位置時開關或隔離開關的合閘或分閘；當氣體密度降至接近最小運行密度是發出報警信號，及可加低氣壓報警裝置實現閉鎖。

此外對于附加的或供選擇聯鎖的規定，應遵照供需雙方的協議，供方應提供所有必要的聯鎖性能與作用的資料。

5.5 接地要求

(1) 主回路接地

為了保證維修工作的安全，主回路應能接地。另外，在外殼打開以后的維修期間，應能將主回路連接到接地極。

(2) 外殼接地

外殼應能接地。凡不屬于主回路或輔助回路的預定要接地的所有金屬部分都應接地。外殼、框架等件的相互電氣連接應采用緊固連接(如螺栓連接或焊接)，以保證電氣上連通。

5.6 壓力釋放裝置要求

(1) 壓力釋放裝置的兩種形式

以開啟壓力和閉合壓力表示其特征的壓力釋放閥；不能再閉合的壓力釋放裝置，如防爆片。

(2) 限制最大充氣壓力和壓力釋放閥

在外殼和壓縮氣體源固定連接時，如不能依靠所使用的壓力調節裝置來防止過壓力，應裝設足夠尺寸的壓力釋放閥，以防止外殼內壓力超過設計壓力的110%。當外殼和氣源不是固定連接時，應在充氣管路上裝設壓力釋放閥，以防外殼 充氣時氣壓超過設計壓力的110%。此閥亦可裝在外殼本體上。一旦壓力釋放閥動作，在壓力降低到設計壓力的75%以前應重新關閉。應盡量使用具有溫度補償的壓力計，否則要考慮到壓力與溫度的關系。

(3) 在內部故障情況下限制壓力升高的壓力釋放裝置

由于內部故障而產生電弧以后，損壞的外殼要更換，故壓力釋放裝置僅用于限制電弧對外部的影響。

注：1.當內部故障使外殼產生畸變時，應檢查相鄰外殼的變形；2.在采用防爆片來釋放壓力時，與外殼設計壓力的配合還應考慮防止偶然爆破的可能性；3.如供方與需方達成協議，也可不裝壓力釋放裝置。

5.7 套管的要求

套管的額定絕緣水平應遵照IEC137出版物《交流電壓高于1000V的套管》 的有關規定。爬電比距應符合GB5582—85《高壓電力設備外絕緣污穢等級》的規定。

以上為在設計及制造充氣柜中應重點考慮的地方，此外還應考慮附件及其它因素。

來源：網絡

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