随着开关技术的不断发展，小型化、智能化开关越来越受到用户的青睐。近年来，各开关制造厂也纷纷把小型化、智能化开关作为发展方向。在这种发展方向的指引下，一种新的开关设备C-GIS问世了。本文主要探讨充气柜发展。

1.数年前，上海电力部门在人口稠密的静安寺附近建一座252/126/40.5kV降压站，经拆迁征地50m×60m。但开关设备需要35面，若用常规开关设备根本无法排布，最后采用西门子8DA10/8DB10型充气柜，才建成一座降压容量为540MV·A的变电站。上海集装箱海港、货物吞吐量很大，使用西门子充气柜，从未断过电，确保了供电安全。

2.充气柜的结构

充气柜现有两种外形上差异很大的结构形式。一种为圆筒形结构，另一种为柜式结构，前者很像高压GIS，后者却很像一般金属封闭开关柜。

圆简形充气柜有三相共筒式和分相式两种结构。柜体材料有铸铝合金，也有钢板卷制，西门子8DA10/8DB10型为铝简分相式，Areva的W1型为钢板三相共筒式。平高公司40.5kV充气柜为铝简分相式，平开华明公司的40.5kV充气柜也为金属筒分相式。

充气柜式结构有各种形式，其主要区别在于:①气室的设置，有3气室、两气室和单气室。②一次回路中母线、3工位开关和真空断路器的排布方式，大致可分为3类:一类上中下布置，二类下中上布置，三类后中前布置。以第一类布置居多。

3.结构及工艺特点

与空气绝缘开关设备不同，气体绝缘开关设备的带电元件不是装在抽屉里，而是装在防腐蚀的焊接密封壳体内。断路器或母线和三工位开关也可装在两个分开的隔室内。而操动机构及所带脱扣器、辅助开关及电流、电压互感器和低压控制箱装在气室之外。

开断功能在真空开关管内进行。真空中的开距仅有十几毫米。由于电弧电压极低且电弧旋转，故触头熔焊极微小。固定在壳体壁上的焊接波纹管使之可从外部操动开关。三工位开关摆动操作，而断路器轴向操动。操动机构采用电动机储能的弹簧操动机构。所储能量足够二次重合闸之用。

除壳体的后壁外，壳体的所有外壁，包括加强横档、紧固件和套管均用激光全自动焊接，向内呈拱形的防爆模盒与壳体壁焊在一起。气体绝缘开关设备为确保产品性能和增加竞争能力，如西门子形成4大核心工艺，即钣金工艺、激光焊接工艺、浇注树脂工艺及铜件加工工艺。

4.充气柜的技术进步

充气柜C一GS技术的进步，国外主要表现在减少产品中SF6气体用量和研发非充SF6气体充气柜。如在欧洲，主要是减少新产品中SF6气体的用量。而在日本，一方面减少新产品中SF6气体的用量，另一方面，开发非SF6充气柜，如用于干压空气绝缘或用固体绝缘。SF6气体具有最优异的灭弧和绝缘性能，但被列为温室效应气体之一，因而被限制使用。为此要减少或不用SF6气体。

4.1减少新品中SF6气体的用量为寻找SF6的替代产品，科学家已研发了40多年。直到如今，所有检验过的可替代气体的性能远不如SF6气体的绝缘和灭弧性能。类似于SF6特性的可替代气体，如氯化物、氟化物或各种卤化碳混合物的缺点很多:①GWP系数（全球变暖系数〉很高。②CO2对臭氧层有害。③C一F混合物在分解时（电弧、局部放电>生成导电的积炭层。

现已发现的CF3I气体，其绝缘性能很好，在均匀电场中的绝缘水平是SF6气体的1.2倍，SLF的开断性能均为SF6气体的0.9倍，但价格昂贵，是SF6气体的100倍，因此进入实际应用还很不现实。为此，SF6开关设备制造厂家可行的办法是在产品设计中尽量减少SF6气体用量、泄漏量和排放量。采用先进的设计和焊接工艺及高性能密封材料，在减少SF6气体用量方面取得明显成效。例如世界三大输配电制造商之一的Areva(阿海法)公司SF6充气柜一代又一代从WI一WS—GWA发展中SF6充气量从100%(WI型)—90%(WS型)—40%(GWA型)。又如富士新开发的C—GIS2000型24kV充气柜的用气量从12kg减少为4.4kg(减少63%)，还有新开发的72/84kV充气柜，将SF6用量从老产品的100%减少为36%（减少64%)。

4.2混合气体C—GIs

1)绿色环保。12~24kV产品可用氮气和用N2+SF6混合气体绝缘，以技术创新和精确设计确保在提高产品性能的同时，减少产品对环境的危害。

2)体积更小。N2X—24kV单气箱柜在采用氮气或N2+SF6混合气体绝缘后，并没有因为气体绝缘强度的降低而增加尺寸，而是更小。N2X—24kV单气柜柜体尺寸为500mm×1050mm×2250mm，柜宽仅为空气柜的一半，大大缩小了电站的占地面积。

3）维护量小。高压带电体全被密封，高压绝缘不受大气环境影响，不易老化。绝缘和载流可靠性高，高压部分终生免维护。可降低设备的全寿命周期成本。

4)能耗更低。开关柜主回路电阻低，载流能力高，长期运行节约能耗。5）高模块化。灵活组合，拼接方便。用户现场不需处理气体。

4.3干式空气充气柜

在C一GIS中，虽然多数仍使用具有优异灭弧和绝缘性能的SF6气体，但也出现了非充SF6充气柜。如用氮气或干压缩空气取代SF6，现还出现固体绝缘柜及复合绝缘柜。如富士于2004年4月开发出C—GIS2100型24kV干缩压空气充气柜。该产品采用0.05MPa(表压)的压缩空气绝缘。该公司减少SF6充气量的C一GIS2000型和充干压空气充气柜的结构及外形尺寸

4.4复合绝缘开关柜

中压等级(24~84kV)开关柜是以绝缘介质使用SF6气体的箱型气体绝缘金属封闭开关设备(C—GIS）为主流产品，但SF6气体作为温室效应气体（全球变暖系数为23900）而被指定为限制排放气体，因此在削减SF6气体排放量的同时，期望使用无SF6气体的开关柜。在这一背景下，2000年以后，在24~36kV等级实现了无SF6气体开关柜的商品化。4.5固体绝缘柜

日本东芝公司于1999研发出高性能环氧树脂及高效的环氧树脂浇注技术，于2002年开发出24kV固体绝缘开关柜（SIS)。之后又进行了系列化，于2005年开发出36kVSIS，现又进行更高电压等级72kV及84kVSIS的开发.24kVSIS的主要参数为24kV/630—1250A/25kA。

固体绝缘柜带来一系列优势。这里将24kVSF6充气柜(C—GIS）和固体绝缘柜（SIS加以比较:C—GISSF6气体用量5kg，而SIS为零，有利于环保;C—GIS体积为2.7m3而SIS为1.7m3，仅为其63%。C—GIS零件数为2500个，而SIS为1200个，为其48%.一面固体绝缘柜（SIS）省下5kgSF6气体，相当于120tCO温室效果。

结束语

综上所诉，充气柜在我国发展方兴未艾。当前主要使用SF6气体绝缘，为了减少SF6气体使用量，出现了干压缩空气绝缘充气柜、复合绝缘充气柜以及固体绝缘充气柜等。这些代表了充气柜发展方向，值得关注。