干燥空氣絕緣環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

宋光華

（深圳供電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳518000）

1 空氣環(huán)網(wǎng)柜和SF6氣體環(huán)網(wǎng)柜

空氣環(huán)網(wǎng)柜主要以壓氣式、產(chǎn)氣式、真空式為主開關(guān)形成一個(gè)整體，負(fù)荷開關(guān)采用工作、隔離的二工位或者加接地的三工位開關(guān)，機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)或手動(dòng)操作，有時(shí)與熔斷器配合使用，完成對(duì)電纜進(jìn)出線路控制。

SF6環(huán)網(wǎng)柜是人們常說的充氣柜。SF6的優(yōu)點(diǎn)是耐電強(qiáng)度高、滅弧能力強(qiáng)、無毒及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是一種優(yōu)良的絕緣及滅弧介質(zhì)。主開關(guān)采用SF6負(fù)荷開關(guān)，其滅弧介質(zhì)也就是SF6。

2 干燥空氣取代SF6氣體氣體的原因

SF6氣體作為一種絕緣滅弧介質(zhì)，在電氣設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。然而，其超高的全球變暖潛能值（GWP）使其成為《京都議定書》規(guī)定限制排放的6種溫室氣體之一。中國作為《京都議定書》的主要締約國，歷來積極推進(jìn)減排任務(wù)。生態(tài)環(huán)境部數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，中國碳強(qiáng)度比2005年降低了48.1%，提前完成了2020年的目標(biāo)。中國向全世界承諾的“2030年前達(dá)峰，2060年前碳中和”減排目標(biāo)，再次釋放出鮮明信號(hào)：碳排放必將成為中國未來電力規(guī)劃的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在電網(wǎng)企業(yè)加速推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的新時(shí)代，中壓開關(guān)柜用干燥空氣取代SF6氣體，是基于如下5個(gè)原因。

2.1 干燥空氣全球變暖潛能值為零

全球變暖潛能值（GWP）指標(biāo)是為了比較不同氣體對(duì)全球變暖的影響而制定的。GWP值越大，與二氧化碳相比，該氣體在給定時(shí)間段內(nèi)對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)度也就越大。SF6氣體的GWP值是二氧化碳的23 900倍，驚人的環(huán)境危害使其成為了《京都議定書》和歐洲2003/87指令要求控制的6種溫室氣體之一。

作為開關(guān)柜的一個(gè)重要組成部分，平均每個(gè)間隔負(fù)荷開關(guān)或斷路器單元含有1 kgSF6氣體。萬一發(fā)生泄漏，導(dǎo)致這1 kgSF6氣體被釋放到大氣中，對(duì)環(huán)境的影響相當(dāng)于駕駛1輛汽車行駛約20萬km（1輛汽車每km排放約120 g二氧化碳）。將這個(gè)數(shù)字乘以開關(guān)柜的總數(shù)3 000萬臺(tái)，選出SF6氣體最佳替代氣體的必要性便不言而喻。

與中壓開關(guān)柜可以使用的其他氣體相比，干燥空氣的GWP值為零，自然狀態(tài)下的干燥空氣是一種無色、無臭、無味的混合氣體，干燥空氣產(chǎn)品是由21%高純氧氣+79%高純氮?dú)饨M成。這就使圍繞GWP的擔(dān)憂變得毫無必要。對(duì)溫室效應(yīng)零貢獻(xiàn)，再加上顯而易見的環(huán)境安全性，無疑是干燥空氣成為SF6氣體最佳替代氣體的最重要原因。SF6與干燥空氣的特性對(duì)比如表1所示。

2.2 干燥空氣無需回收處理

環(huán)保型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備在生產(chǎn)組裝過程中不使用SF6氣體，因此其設(shè)備不需采取氣體回收保護(hù)裝置，方便充氣，分解物不存在有害物質(zhì)，是滿足環(huán)保要求的產(chǎn)品。環(huán)保型氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備長期運(yùn)行不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，也適合潮濕、惡劣環(huán)境，是免維護(hù)產(chǎn)品。而SF6氣體開關(guān)設(shè)備則不一樣，為最大程度減少泄漏事故，降低對(duì)環(huán)境的影響，在全使用周期都將SF6氣體封存在一個(gè)密閉的系統(tǒng)內(nèi)。如需對(duì)SF6氣體電氣設(shè)備進(jìn)行檢修，采用回收裝置進(jìn)行現(xiàn)場回收氣體的做法，通過凈化處理設(shè)備祛除氣體雜質(zhì)后，再將氣體充到電氣設(shè)備中使用。然而，在開斷操作下，SF6氣體會(huì)產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物，因此使用完畢的SF6氣體被視為危險(xiǎn)廢物。報(bào)廢處理SF6氣體的費(fèi)用也相當(dāng)高，約為設(shè)備本身價(jià)格的20%。使用干燥空氣可以徹底消除使用SF6氣體的需求，大幅降低開關(guān)柜對(duì)環(huán)境的影響，并且無需經(jīng)過報(bào)廢回收處理，從而節(jié)省了相關(guān)成本。

2.3 使用干燥空氣為運(yùn)營商帶來更多優(yōu)勢(shì)

使用干燥空氣的全新無SF6氣體開關(guān)柜能夠?yàn)檫\(yùn)營商帶來眾多優(yōu)勢(shì)：①不僅保留了傳統(tǒng)SF6氣體設(shè)備備受看重的體積小巧的特點(diǎn)，而且操作方式也保持不變，因此技術(shù)人員無需接受任何培訓(xùn)；②環(huán)保氣體負(fù)荷開關(guān)柜的三工位負(fù)荷開關(guān)采用并聯(lián)真空開斷技術(shù)，保留原有三工位操作習(xí)慣的同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)組合電器方案，為客戶提供經(jīng)濟(jì)可靠的變壓器保護(hù)方案。

2.4 干燥空氣守護(hù)人員健康與安全

中壓開關(guān)柜要在公共場所使用，因此，在選擇SF6氣體替代氣體時(shí)，健康和安全成為首先要考慮的問題。干燥空氣作為一種安全替代氣體，可保護(hù)公眾免于遭受潛在的健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。它完全無毒，因此即使發(fā)生泄漏，對(duì)人和環(huán)境也安全無害。它不會(huì)給負(fù)責(zé)安裝和報(bào)廢回收的工作人員帶來健康風(fēng)險(xiǎn)，也無需制訂嚴(yán)格的設(shè)備處理?xiàng)l例來保護(hù)人員安全。與此相反，未經(jīng)充分驗(yàn)證的專利氣體則可能存在健康和安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 干燥空氣打消監(jiān)管顧慮

許多公司正在采取重大措施，大幅減少溫室氣體排放。這些戰(zhàn)略性努力不僅是出于提高可持續(xù)發(fā)展能力的愿望，也是因?yàn)槭艿搅藦?qiáng)大的監(jiān)管壓力。在歐洲，SF6氣體的使用、處理、退役、監(jiān)控和庫存記錄維護(hù)均受到監(jiān)管程序的嚴(yán)格約束，而中國自2012年起就陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)政策措施，對(duì)SF6氣體的使用和回收進(jìn)行管制。根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，SF6氣體設(shè)備的檢修與退役過程產(chǎn)生的SF6氣體排放已被納入中國電網(wǎng)企業(yè)的溫室氣體核算和報(bào)告范圍。

考慮到未來愈發(fā)嚴(yán)格的監(jiān)管政策，采用不受未來新規(guī)約束的環(huán)保型替代產(chǎn)品以保障運(yùn)營連續(xù)性是明智之舉。干燥空氣中壓開關(guān)柜既可以提供可靠的絕緣開斷性能，也不受環(huán)境法規(guī)或碳稅影響。作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體和最大能源消費(fèi)國，中國在全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中處于舉足輕重的位置。不久前，十九屆五中全會(huì)提出了中國“十四五”時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展主要目標(biāo)，其中明確指出要使“能源資源配置更加合理、利用效率大幅提高，主要污染物排放總量持續(xù)減少”。

綜上所述，干燥空氣作為絕緣介質(zhì)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①綠色環(huán)保；②導(dǎo)熱性好；③設(shè)備生產(chǎn)及維護(hù)過程中可以不使用通風(fēng)及防護(hù)設(shè)備；④在生產(chǎn)過程或使用過程中，產(chǎn)生的金屬微粒對(duì)于干燥空氣絕緣的開關(guān)設(shè)備危害較小。

3 結(jié)束語

新型環(huán)網(wǎng)柜采用充干燥空氣作為絕緣介質(zhì)代替對(duì)環(huán)境造成污染的SF6氣體，減少了溫室效應(yīng)氣體排放，產(chǎn)品生命周期結(jié)束后，材料可回收率達(dá)90%以上。采用微正壓力氣體絕緣方式，降低了氣體泄漏可能，使其安全可靠。高壓電器元件全部密封于金屬殼體內(nèi)，在高海拔、嚴(yán)寒、潮濕、污穢等惡劣環(huán)境中安全使用。真空開關(guān)和三工位隔離/接地開關(guān)可同時(shí)具備手動(dòng)和電動(dòng)操作功能，開關(guān)設(shè)備具備智能化功能。

雖然環(huán)保型環(huán)網(wǎng)柜在環(huán)網(wǎng)柜朝著智能、綠色、環(huán)保方面取得了一定進(jìn)步，但相比SF6其優(yōu)異的絕緣性能和滅弧性能，充N2和干燥空氣絕緣性能在同等壓力下僅為SF6的1/3，特別是針對(duì)高壓GIS產(chǎn)品，還沒找到取代SF6氣體的辦法，因此在研制環(huán)保氣體這一方面，還需進(jìn)一步努力。