摘要：随着我国城网改造工程的不断推进，居民对于供电质量要求的越来越高。因此，对于各个中压节点用开关也提出了更高地要求，模块化、免维护、智能化、高可靠性、长电寿命等成为了这类开关的发展趋势。C-GIS的出现及飞速发展，很好的解决了这类问题。本文通过对目前中压C-GIS现状及各项技术条件的浅显分析，指出了C-GIS今后发展的趋势，希望可以给致力于此项事业的厂家及科研人员提供一些有益的帮助。
关键词：C-GIS，真空灭弧室，绝缘结构
1、 引言
我国电力事业的飞速发展，特别是城乡电网改造的深入进行，对设备的可靠性、经济性、适应性的要求也越来越高。C-GIS，即柜式气体绝缘金属封闭开关设备的出现，在很大程度上推动了城乡电网改造的进程，提高了供电可靠性，减少了投资，也体现了今后中压用开关的发展趋势。
2、C-GIS的基本结构
2.1金属封闭开关的分类
按照金属封闭开关内部机构的不同，可以分为以下三种类型【1】。
铠装式，其主要组成元件断路器，进线母线、馈电线路的电缆接线处、继电器等都安放在由金属隔板相互隔开的各自小室中。隔线室的电路联结通过套管或类似方式完成。
间隔式金属封闭开关，主要部分与铠装式大致相同，仅隔板中可具有一个或多个非金属隔板。
箱式金属封闭开关的隔室数量少于铠装式和间隔式甚至不分隔室，一般只有金属封闭的外壳。其可靠性显然远不如前两种。
根据断路器能否从金属封闭开关设备的柜体中方便地移出，可分为移开式和固定式。
2.2C-GIS的基本构成及其分类
柜式气体绝缘金属封闭开关设备，也就是国际上简称的C-GIS，是一种用于10~35KV或更高电压输配电系统，实现控制、保护、测量、监视、通讯等功能的新型开关设备，特别适用于对尺寸及可靠性要求高以及地下、高原、沿海地区等自然环境和条件相对恶劣的场合。
C-GIS主要以低压力的SF6气体或处理过的干燥压缩空气作为一次主回路的绝缘介质，一般以真空断路器为主开关，将真空断路器、三工位隔离开关、电压/电流互感器等高压元件及其之间的接导线分别装于各功能充气室或集装于箱式的充气容器内【2】。这种开关柜的操动机构、控制和保护单元、气室外的二次回路、电缆室、泄压通道等仍置于大气中，便于监视和维护。
C-GIS柜按用途可分为进线柜、出线柜、母联柜、母联提升柜、测量柜等不同的柜型。
表1给出了不同用途C-GIS柜的主要构成等。
表1不同类型C-GIS柜的构成
C-GIS的主要组成部分为：断路器气室、隔离开关气室、电缆隔室、控制及仪表隔室、机构隔室、泄压隔室、母线联接器等。通过将不同功能单元进行组合，可以实现单母线、单母线分段；双母线及双母线分段等接线方案。
此外，按照气室的多少可分为单气室、2气室或多气室结构。
母线的结构有3种类型：充气母线室+母线连接器；插接式固体绝缘母线；充气绝缘母线。根据各类中压C-GIS的母线、隔离开关、断路器所处的位置不同，总体结构可以分为三大类【3】：
上中下布置，其可佩用各种母线结构，尤其是插接式固体绝缘母线布置于上方时现场安装比较方便。
西高所开发的XGN46-40.5（Z）/T1250-25型箱式气体绝缘金属封闭开关，具有电寿命高，可靠性高，维修工作量小等特点。可任选插接式电压/电流互感器，现场安装工作量较小，且不涉及SF6气体处理，可配置数字式控制和保护单元，可满足多种主接线方案。
下中上布置，其配用充气母线室+母线连接器、充气绝缘母线比较合适。
其典型产品是上海天灵开发的KGN11-
12（Z）型铠装固定式交流金属封闭开关（N2S型）。其主要采用奇特绝缘，12KV采用氮气，24KV/40.5KV采用N2和SF6混合气体绝缘，减少了SF6用量；同时，采用模块化、2气室、断路器气箱和母线气箱为铠装式结构、可分离；断路器采用固封极柱真空灭弧室配弹簧操作机构，极大地减少了零部件；3工位隔离开关便于实现合、分闸及接地；激光焊接的不锈钢薄板密封箱体，其密封性采用氦检漏工艺进行检查；根据需求配置的各种智能控制和保护单元，可实现远程和无人值班的自动化功能。
后中前布置，配用充气母线室+母线连接器、充气绝缘母线比较合适。尤其是充气绝缘母线布置于后面时现场安装比较方便。其典型产品是AREVA公司WS型12~40.5KV的C-GIS。
3、C-GIS中采用的先进技术
3.1专用部件及新型插接技术的使用
专用的真空灭弧室，有效地降低了中压C-GIS外形的尺寸；专用三工位隔离开关的使用，则在实现其接通、隔离、接地功能的同时，减少了元件数。
新型插接技术在高压元件中的使用，形成了诸如插接式电压互感器、插接式避雷器等，方便了现场的安装和使用。
3.2绝缘结构的革新
在吸收了GIS绝缘技术优点的同时，将其革新发展，采用了以气体介质为主体的复合绝缘，同时还应用了固体绝缘和界面绝缘结构【3】。
采用绝缘气体作为主绝缘介质的复合绝缘，利用固体绝缘隔板的阻止放电特性，将环氧树脂等固体绝缘材料以屏障的形式插入或表面包覆。
绝缘屏障：用环氧树脂绝缘筒、聚碳酸酯板、聚氯乙烯板等在相间、对地间设置隔板。
表面包覆：用环氧树脂通过浇注、硫化涂敷等工艺把带电部位包裹起来，用绝缘气体和固体绝缘材料统统耐受施加的电压。
3.3密封焊接技术的大幅度提高
由于中压C-GIS的SF6气体压力低，机械寿命要求高，其所采用的密封结构与高压GIS有很大区别。所以，在C-GIS中，使用了新型设计结构、制造工艺、焊接工艺、检验方法等生产尺寸准确度更高，焊接变形小的耐腐蚀方箱形密封箱体。
作为影响C-GIS产品质量和生产效率的关键工序，不锈钢气室焊接采用的是激光焊接，配以先进的定位系统和自适应装置，有效地解决了气密性要求，减小焊接形变。此外，氩弧焊小焊接变形的特点，也常被用作箱体的焊接。
同步抽真空工艺的采用，减少了生产过程中抽真空、抽气时的箱体形变。
3.4真空灭弧技术
真空断路器具有开断时，燃弧时间短，弧压低、能量少，故其使用寿命长；触头行程短，对操作机构的要求就低，同时也降低了体积；灭弧介质为真空，无爆炸和火灾危险【4】。真空灭弧室外部SF6气体的高绝缘强度，也在一定程度上降低了真空灭弧室的尺寸。
作为C-GIS主开关的真空灭弧室，其也有为了适应C-GIS的特点而形成的特殊要求【5】。
1>C-GIS在减小了整体体积的同时，其相间和相对地绝缘距离也相应的减小了。因此，回路中短路电流所产生的进出线和相间的较大的电动力，会对真空灭弧室的开断过程产生不良影响。这就要求真空灭弧室采用特殊结构和材料屏蔽外磁场对开断过程的影响。
2>实际工况的C-GIS内部是一种不均匀电场，对真空灭弧室的外绝缘水平提出了更高要求。这就要求在减少真空灭弧室自身对电场分布的影响以外，还必须从产品设计和制造工艺两个方面提高其绝缘裕度。
3>为了消除C-GIS的体积小带来的单位体积内发热量高的缺点，通常采取减小回路电阻的手段，来实现减小真空灭弧室在通过额定电流时发热的问题。
4>真空灭弧室的外形会影响到其周围电场的强度和均匀性，进而影响了SF6气体的绝缘能力。因此，要求真空灭弧室的外露部件的表面涂层应牢固可靠，还应提高零部件的表面质量和粗糙度水平。
5>C-GIS的免维护在带来的方便的同时，也对密封在气体中的元件的可靠性和寿命提出了更高的要求。
3.5传感技术、新型数字技术与软件技术的
应用
将现代传感技术应用到C-GIS中，实现了传感元件的数字化，同时利用数字技术和软件技术方便地实现了产品的就地或远程控制、保护、测量、通讯等功能。
4、C-GIS的现状及发展趋势
4.1国内外C-GIS的发展现状
国外C-GIS发展的经历了以下阶段：
80年代的C-GIS主要采用真空或SF6断路器；主接线与常规GIS基本一致；绝缘技术主要是充气压力为0.2MPa以下的SF6气体绝缘。
90年代的C-GIS主要采用真空断路器；一次主接线的下隔离已逐渐开始取消；绝缘技术除了采用0.07MPaSF6气体绝缘外，固体的界面绝缘技术也开始应用在高压元件的插件上。
2000年左右，C-GIS的各项技术都有了一个飞跃。计算机技术、传感技术的应用，推动了C-GIS产品的智能化发展；新型的固体界面绝缘插接技术和绝缘母线的使用，极大地简化了产品的现场安装过程；密封箱体的激光焊接技术，也提高了产品运行的可靠性。
国外的产品主要包括东芝公司72、84kv和富士电机126kv的C-GIS；ABB的ZX系列；Siemens的8DA10、8DB10、8DC11系列；Alstom的WS、W1系列等等。这些产品都是C-GIS产品领域的佼佼者。
国内最早的C-GIS是西高所组织研发的40.5kv产品，目前的产品多种多样，技术来源渠道也各不相同。由自行开发的，又分别引进欧洲、日本、韩国的，也有技术合作的，许多产品的技术水平都代表着世界先进水平【2】。
国内C-GIS产品主要有天水长城的XGN
69-40.5；西高所、山东泰开、北京北开的XGN46-40.5等等。
4.2C-GIS的发展趋势
由于计算机技术、传感技术的飞速发展，各项焊接技术的不断更新，所以，中压C-GIS将向着高可靠性、免维护、低成本、智能化的方向发展；同时，由于SF6气体在高温下会分解成有毒气体，一旦泄露将污染环境并可能造成人身伤害，所以非SF6绝缘气体的研究工作也事在必行。另外，产品组件的模块化、小型化设计，装配元件的无损探伤技术等，也都是C-GIS今后发展的方向。
5、结语
C-GIS的模块化、小型化、高可靠性、免维护等特点，使得其在中压开关领域具有举足轻重的地位，但其本身固有的一些技术缺陷，也在一定程度上制约了它的发展。通过本文浅显的分析，希冀对有志于发展C-GIS产品的厂家等，能够提供一些有效的帮助，进而推动C-GIS产品更好更快的发展。
【1】徐国政，张节容，钱家骊，黄瑜珑.《高压断路器原理和应用》.北京：清华大学出版社
【2】高压开关设备国内外产品水平.西安：西安高压电器研究所
【3】王平.中压C-GIS的技术特点.国内外中压开关柜的技术发展动态.西安高压电器研究所。
【4】尚振球，郭文元《高压电器》.西安：西安交通大学出版社
【5】陈军平，刘继军C-GIS用真空灭弧室的研制.国内外中压开关柜的技术发展动态.西安高压电器研究所
