柜式气体绝缘金属封闭开关设备（C-GIS）市场分析研究 一、产品介绍1、产品的相关识别概念柜式气体绝缘金属封闭开关设备（Cubicle Gas-Insulated Switchgear）简称为C-GIS，是高压GIS产品向中压开关设备领域拓展而形成的新技术产品，它是采用低气压的SF6气体、N2气体或混合气体作为开关设备的绝缘介质，用真空或SF6为灭弧介质，将母线、断路器、隔离开关等中压元件集中密闭在箱体中，综合运用现代绝缘技术、开断技术、制造技术、传感技术、数字技术生产的集智能控制、保护、监视、测量、通讯于一体的高新技术产品具有体积小、重量轻、安全性好、可靠性高、能适应恶劣环境条件下使用等优点 2、开关柜发展历程过去的10kV开关柜一般有两个特点：占地和空间大、一次回路带电主元件未完全封闭在开关柜内开关柜的发展也是按照这两个方向来发展的，譬如为了减小占地和空间，取消了隔离开关和旁路柜，由固定柜发展为手车柜；为了消除小动物短路事故和人员触电事故的发生，把原来半封闭式固定柜（GG-1AF型）发展为全封闭式的箱型固定柜（XGN2），即把母线放于开关柜内，并在柜内按功能进行不完全分隔，这种改造的成功是采用了旋转式隔离开关和穿墙套管的结果。
1）箱型固定柜箱型固定柜是一种空气绝缘开关柜，同时按照全工况条件选择绝缘件，可以有效防止绝缘事故的发生箱型固定柜通过放宽一次带电元件紧凑化结构设计要求，并减少合成材料的使用来提高设备的气候适应能力，并采取一些如装设加热器和除湿器的定期投入来防止污闪、湿闪，定期清理或维护、及时更换损坏部件等措施，才能保证开关设备的运行安全但箱型固定柜毕竟是一种以空间换可靠性的过渡产品，体积大的致命缺点限制了它的使用范围，特别是是在城镇中心和经济发展区域，使用小型化开关柜变得非常必要和迫切2）国产手车柜但小型化设计的开关柜对导电尘末和其他类型污染（包括酸雾、凝露等）更加敏感，这样的开关柜小型化进程同样未完全消除外界恶劣环境的影响，一方面由于大量采用了复合绝缘材料，对绝缘材料的可靠性要求很高，如以压铸环氧树脂为绝缘材料的开关柜，在污染严重的情况下会导致局部放电，在酸雾、凝露严重的情况下会引发开关柜短路事故；另一方面未能杜绝外界恶劣环境（特别是酸雾、凝露）对绝缘材料的严重腐蚀，往往运行一段时间后就会出现绝缘性能普遍下降现象，这在国产手车柜产品中普遍存在，采用的绝缘材料往往不过关，如绝缘材质不好，抗老化差，易受潮、凝露；国产手车柜还普遍存在发热问题，如由于加工精度不高或材质原因，隔离插头或隔离开关的动、静触头接触压力不够，触指在流过大电流时发热，弹簧退火导致触指压力减小，长期运行后触指和静触头之间放电，引起短路事故。
由于国产手车柜在运行中，特别在2500A以上大电流运行情况下，频繁、重复发生手车柜短路烧毁事故，为彻底根治这一开关柜设备因先天性缺陷带来的事故隐患，需要投入大量资金专门用于国产手车柜的整体更换，无形中增加了成本针对上述情况，对于市区或征地困难的地区，为节约土地资源和征地费用，10kV、35kV户内开关柜应选用金属铠装移开式开关柜3）C-GIS将成为开关柜的主流产品中压开关柜要做到体积小，在运行中不受外界大气环境条件的影响，运行可靠性高，从根本上避免发生开关柜在运行中发生的三大类常见事故，出路就是C-GIS产品1）C-GIS的特点①开关柜尺寸的缩小可以节省设备的安装空间，C-GIS产品的尺寸非常适合并符合小型化要求②C-GIS产品可以保障运行、维护人员的安全性，气箱与电缆的模块化插接技术可以阻止接触带电导线，可以避免由于人员误操作导致的危险③C-GIS设备采用了激光焊或氩弧焊焊接技术，气箱密闭性很好，气体年泄漏率一般小于0.1%，使用年限可以超过20年，SF6绝缘可防止接触面和螺栓连接的氧化，外部环境不会对绝缘造成损害，开关柜高压元器件可以做到免维护 ④采用固定柜方式，以三工位负荷开关作为隔离开关，替代手车柜的隔离插头，避免了隔离插头接触不良引发事故的可能，采用模块化插接技术实现高压元器件气箱的扩展，以电缆终端作为进出线，即实现气室之间和气室内外高压元器件的相连。
⑤密封性是保证开关柜长期安全运行的基本要求，C-GIS设备的全密封、全绝缘性决定了它对环境的高适应性，它将一次回路带电主元件及其绝缘件装在密封充气金属箱体中，杜绝了外界大气环境的影响，绝缘材料不会因为受到腐蚀而导致绝缘性能下降，并大大延缓了绝缘材料老化，与高可靠性、长寿命、免维护的真空灭弧室和三工位负荷开关灭弧室相适应，提高了整个C-GIS产品的运行可靠性和使用寿命3、C-GIS产品的技术发展趋势智能化测控装置的功能智能化测控装置的核心器件是微处理机，它充分利用数字技术和软件，将保护、监视、控制、测量与通信集于一身，在相同的硬件环境下，可实现多种功能1）基本保护功能：有方向或无方向的过流和接地故障保护、零序电压、过电压和低电压保护、断路器失灵保护、低周减载及自动重合闸等功能2）控制功能：保护跳闸、合闸，远方、就地控制，以及各种信号控制，控制对象的显示等3）测量电量功能：可测量相电流、相间和相对地电压、零序电压和电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数和电能等4）通信功能：可完成与ＰＣ机就地通信或通过变电站通信系统与远方通信，装置一般可支持modbus协议和标准通信规约ＩＥＣ870—5—103等，标准接口包括ＲＳ232、ＲＳ485，通信介质可利用双绞线、光纤等。
5）监视功能：断路器状态监视、跳闸回路监视和本机运行自检 二、 产品目前的应用现状与选择 1、产品型式的选择 （1）进口产品的主要选型特点 用户选型最多的是柜式C-GIS，约占总需求量的70%-85%；其次是筒式，如SIEMENS和AREVA的产品，就同72.5kV以上的GIS类似选择主要集中在市场占主导地位的排名前8位产品上，如德国SIEMENS、ABB和AREVA(原Alstom)，马来西亚泰高(TAMCO)，韩国现代南自，日本AE这些厂家在国内都有自己的公司或合资公司，其产品已经系列化，且摆脱了许多设计常规和习惯的束缚，形成了自己独特的设计思想和设计风格如欧洲一些公司的C-GIS就颇为引人注目，既适合复杂的网络节点或用户终端的要求，又满足了各种二次变电站对紧凑型开关柜灵活使用的需要，使问津用户日渐增多由于我国电网的质量还达不到国际一流要求，电网的不稳定性就要求C-GIS提高额定参数，加强产品的绝缘，现时用户在10kV供电网络上使用的C-GIS，多选择12kV额定电压的开关设备2）国产产品的主流选型特点国产额定电流一般在1600A以下，国内主要是XGN系列由于C-GIS对工艺装备要求极高，加工难度很大，目前国内企业通过引进、消化、合作，开发出一批适用型的柜式C-GIS，不仅通过了型式试验，而且进入批量生产，有的已形成系列化 ，如西高所、西安森源、镇江龙源，以及天水长城、上海天灵、广东顺德等，其中采用密封压力系统和保护测控技术，以及应用绝缘老化检测技术和温升无线传感技术，使C-GIS状态监测和故障诊断技术得到质的提高的新产品，受到格外的关注。
符合标准：GB 3906（3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备）、DL 404（户内交流高压开关柜订货技术条件）、IEC62271－200（额定电压1kV以上52kV以下交流金属封闭开关设备和控制设备）2、结构的选择 由于不同厂家不同型号的开关柜在外形和结构等方面存在较大的差异，用户的选择原则也各有侧重其中，一个共同的关注点是用户的母线结构对12kV 的C-GIS的总体结构有限制要求，因而在选购时更看重将C-GIS技术与常规开关技术有机结合并发展的产品，为使母线在现场便于安装，都会顺应自己的母线结构来确定按一次主回路中的母线、隔离开关和断路器三个主要模块之间的相对位置，划分为三种类型结构： （1）上中下布置 这是使用插接式固体绝缘母线和充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是日本三菱的HS-X12(见图1)2）下中上布置 信息来源: 这是使用充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是上海天灵的N2S、ABB的ZX1.2(见图2)，这种布置实现双母线不太方便 信息来源: （3）后中前布置 信息来源: 这是使用气体绝缘母线和充气母线室+母线连接器结构的选择，其典型产品是ALSTOM的WS(见图3)。
信息请登陆:输配电设备网 3、 性能的选择 （1） 绝缘水平及体积 国外的C-GIS根据IEC标准确定绝缘水平，一次主回路和隔离断口的耐压值较国内产品低，因国内产品既要符合IEC标准，还需达国标国内外产品体积差异也较大，国内产品相间、相对地及爬电距离较大，但体积较大，质量较重高原用户多选择性价比高的5类产品： ① 在各气室、柜体间、电压互感器和避雷器等高压元件连接上，采用新型的固体界面绝缘插接技术的产品② 使用固体绝缘母线或充气母线室+母线连接器，现场安装已不需要抽真空充气的产品③ 简化一次主接线，没有了线路侧隔离开关的产品 ④ 大量使用电流/电压传感器、位置传感器、密度传感器等的产品 ⑤ 把PT安装在开关柜顶上，省掉了一个PT柜的产品 （2）载流能力 国外的C-GIS额定电流普遍都较高，如ABB的ZX2和西门子的8DA10的母线额定电流均达2500A，而国内基本上是1250A其主要原因是受产品整体设计水平尤其是散热设计水平的影响，以及受绝缘母线和电缆接插件本身通流能力的限制而载流能力大小往往左右着产品的选择取向 （3）系列化 国外大公司起步早，经过多年的开发已形成系列化产品，如ABB推出的ZXO、ZX1、ZX2等产品，主开关既可选负荷开关，也可选真空断路器或SF6断路器;主接线既有单母线方案，又有双母线方案，适宜用户的多种需求。
国产的品种就比较单一，选择的余地较小，一些厂家的产品系列化还尚有时日4）制造工艺中外主导厂商纷纷采用现代化的加工装备、加工工艺和焊接工艺如采用SF6气体较多的欧洲产品，他们拥有先进的充气罐和一流的质量监控技术，箱式壳体采用机器人焊接，无漏气，占地面积很小国内的主流厂商也奋起迎接挑战，利用先进的板材下料、折弯和焊接设备，密封箱体采用薄型不锈钢焊接结构，运用激光焊接、氦质谱检漏等技术，使密封箱体的精度和刚度提高，漏气率降低从而，把柜体结构发展为有灵活组合、性能更好的铠装式柜体，各气室都是独立的，断路器气室、母线气室构成积木式结构，使单母线和双母线组合灵活 4、 应用效果与缺陷 4.1应用的地理条件和区域特点我国地势西高东低，山地约占33%，高海拔地区约占26%，青藏高原平均海拔4000m以上，其以北和以东浩瀚的高原及盆地多为海拔1000m至2000m高海拔地区气候复杂多样，时受潮湿、凝露、盐雾和台风的侵袭；加之西部大开发以后，日益兴旺发达的工业和交通等，也使电网开关设备极易产生污秽和腐蚀配电网上使用的传统空气绝缘开关设备，受此环境条件的局限，已不能满足要求，开始逐步更新换代12kV的柜式气体绝缘金属封闭开关设备(以下简称C-GIS)，虽然在我国起步才几年，但由于具有占地面积小、智能化程度高、免维护、全工况等特点，使其逐渐成为一个新的选择。
近几年，四川和云贵等地相继组织过几次较大范围的电网开关设备改造，将传统的15-20年的更新周期一举改变为连续频繁的更新尤其是一些新开工的电网工程，从设计源头抓起，选择配置12kV的C-GIS，以满足在一定时间内仍能正常应用的必备条件目前，C-GIS在冶金、石化、矿山、开发区、城。