干燥空氣絕緣環網柜的技術特點與發展趨勢

宋光華

（深圳供電規劃設計院有限公司，廣東 深圳518000）

1 空氣環網柜和SF6氣體環網柜

空氣環網柜主要以壓氣式、產氣式、真空式為主開關形成一個整體，負荷開關采用工作、隔離的二工位或者加接地的三工位開關，機構采用電動或手動操作，有時與熔斷器配合使用，完成對電纜進出線路控制。

SF6環網柜是人們常說的充氣柜。SF6的優點是耐電強度高、滅弧能力強、無毒及化學性質穩定，是一種優良的絕緣及滅弧介質。主開關采用SF6負荷開關，其滅弧介質也就是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，在電氣設備中得到了廣泛應用。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，歷來積極推進減排任務。生態環境部數據顯示，截至2019年底，中國碳強度比2005年降低了48.1%，提前完成了2020年的目標。中國向全世界承諾的“2030年前達峰，2060年前碳中和”減排目標，再次釋放出鮮明信號：碳排放必將成為中國未來電力規劃的重點內容之一。在電網企業加速推進綠色低碳轉型的新時代，中壓開關柜用干燥空氣取代SF6氣體，是基于如下5個原因。

2.1 干燥空氣全球變暖潛能值為零

全球變暖潛能值（GWP）指標是為了比較不同氣體對全球變暖的影響而制定的。GWP值越大，與二氧化碳相比，該氣體在給定時間段內對全球變暖的貢獻度也就越大。SF6氣體的GWP值是二氧化碳的23 900倍，驚人的環境危害使其成為了《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。

作為開關柜的一個重要組成部分，平均每個間隔負荷開關或斷路器單元含有1 kgSF6氣體。萬一發生泄漏，導致這1 kgSF6氣體被釋放到大氣中，對環境的影響相當于駕駛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）。將這個數字乘以開關柜的總數3 000萬臺，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，干燥空氣產品是由21%高純氧氣+79%高純氮氣組成。這就使圍繞GWP的擔憂變得毫無必要。對溫室效應零貢獻，再加上顯而易見的環境安全性，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比如表1所示。

2.2 干燥空氣無需回收處理

環保型氣體絕緣金屬封閉開關設備在生產組裝過程中不使用SF6氣體，因此其設備不需采取氣體回收保護裝置，方便充氣，分解物不存在有害物質，是滿足環保要求的產品。環保型氣體絕緣金屬封閉開關設備長期運行不會對環境造成污染，也適合潮濕、惡劣環境，是免維護產品。而SF6氣體開關設備則不一樣，為最大程度減少泄漏事故，降低對環境的影響，在全使用周期都將SF6氣體封存在一個密閉的系統內。如需對SF6氣體電氣設備進行檢修，采用回收裝置進行現場回收氣體的做法，通過凈化處理設備祛除氣體雜質后，再將氣體充到電氣設備中使用。然而，在開斷操作下，SF6氣體會產生有毒副產物，因此使用完畢的SF6氣體被視為危險廢物。報廢處理SF6氣體的費用也相當高，約為設備本身價格的20%。使用干燥空氣可以徹底消除使用SF6氣體的需求，大幅降低開關柜對環境的影響，并且無需經過報廢回收處理，從而節省了相關成本。

2.3 使用干燥空氣為運營商帶來更多優勢

使用干燥空氣的全新無SF6氣體開關柜能夠為運營商帶來眾多優勢：①不僅保留了傳統SF6氣體設備備受看重的體積小巧的特點，而且操作方式也保持不變，因此技術人員無需接受任何培訓；②環保氣體負荷開關柜的三工位負荷開關采用并聯真空開斷技術，保留原有三工位操作習慣的同時，也能實現組合電器方案，為客戶提供經濟可靠的變壓器保護方案。

2.4 干燥空氣守護人員健康與安全

中壓開關柜要在公共場所使用，因此，在選擇SF6氣體替代氣體時，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，可保護公眾免于遭受潛在的健康和安全風險。它完全無毒，因此即使發生泄漏，對人和環境也安全無害。它不會給負責安裝和報廢回收的工作人員帶來健康風險，也無需制訂嚴格的設備處理條例來保護人員安全。與此相反，未經充分驗證的專利氣體則可能存在健康和安全風險。

2.5 干燥空氣打消監管顧慮

許多公司正在采取重大措施，大幅減少溫室氣體排放。這些戰略性努力不僅是出于提高可持續發展能力的愿望，也是因為受到了強大的監管壓力。在歐洲，SF6氣體的使用、處理、退役、監控和庫存記錄維護均受到監管程序的嚴格約束，而中國自2012年起就陸續出臺了相關政策措施，對SF6氣體的使用和回收進行管制。根據中國國家標準化管理委員會發布的標準，SF6氣體設備的檢修與退役過程產生的SF6氣體排放已被納入中國電網企業的溫室氣體核算和報告范圍。

考慮到未來愈發嚴格的監管政策，采用不受未來新規約束的環保型替代產品以保障運營連續性是明智之舉。干燥空氣中壓開關柜既可以提供可靠的絕緣開斷性能，也不受環境法規或碳稅影響。作為全球第二大經濟體和最大能源消費國，中國在全球能源轉型進程中處于舉足輕重的位置。不久前，十九屆五中全會提出了中國“十四五”時期經濟社會發展主要目標，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減少”。

綜上所述，干燥空氣作為絕緣介質，具有以下優點：①綠色環保；②導熱性好；③設備生產及維護過程中可以不使用通風及防護設備；④在生產過程或使用過程中，產生的金屬微粒對于干燥空氣絕緣的開關設備危害較小。

3 結束語

新型環網柜采用充干燥空氣作為絕緣介質代替對環境造成污染的SF6氣體，減少了溫室效應氣體排放，產品生命周期結束后，材料可回收率達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，在高海拔、嚴寒、潮濕、污穢等惡劣環境中安全使用。真空開關和三工位隔離/接地開關可同時具備手動和電動操作功能，開關設備具備智能化功能。

雖然環保型環網柜在環網柜朝著智能、綠色、環保方面取得了一定進步，但相比SF6其優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，特別是針對高壓GIS產品，還沒找到取代SF6氣體的辦法，因此在研制環保氣體這一方面，還需進一步努力。