干燥空气绝缘环网柜的技术特点与发展趋势

宋光华

（深圳供电规划设计院有限公司，广东 深圳518000）

1 空气环网柜和SF6气体环网柜

空气环网柜主要以压气式、产气式、真空式为主开关形成一个整体，负荷开关采用工作、隔离的二工位或者加接地的三工位开关，机构采用电动或手动操作，有时与熔断器配合使用，完成对电缆进出线路控制。

SF6环网柜是人们常说的充气柜。SF6的优点是耐电强度高、灭弧能力强、无毒及化学性质稳定，是一种优良的绝缘及灭弧介质。主开关采用SF6负荷开关，其灭弧介质也就是SF6。

2 干燥空气取代SF6气体气体的原因

SF6气体作为一种绝缘灭弧介质，在电气设备中得到了广泛应用。然而，其超高的全球变暖潜能值（GWP）使其成为《京都议定书》规定限制排放的6种温室气体之一。中国作为《京都议定书》的主要缔约国，历来积极推进减排任务。生态环境部数据显示，截至2019年底，中国碳强度比2005年降低了48.1%，提前完成了2020年的目标。中国向全世界承诺的“2030年前达峰，2060年前碳中和”减排目标，再次释放出鲜明信号：碳排放必将成为中国未来电力规划的重点内容之一。在电网企业加速推进绿色低碳转型的新时代，中压开关柜用干燥空气取代SF6气体，是基于如下5个原因。

2.1 干燥空气全球变暖潜能值为零

全球变暖潜能值（GWP）指标是为了比较不同气体对全球变暖的影响而制定的。GWP值越大，与二氧化碳相比，该气体在给定时间段内对全球变暖的贡献度也就越大。SF6气体的GWP值是二氧化碳的23 900倍，惊人的环境危害使其成为了《京都议定书》和欧洲2003/87指令要求控制的6种温室气体之一。

作为开关柜的一个重要组成部分，平均每个间隔负荷开关或断路器单元含有1 kgSF6气体。万一发生泄漏，导致这1 kgSF6气体被释放到大气中，对环境的影响相当于驾驶1辆汽车行驶约20万km（1辆汽车每km排放约120 g二氧化碳）。将这个数字乘以开关柜的总数3 000万台，选出SF6气体最佳替代气体的必要性便不言而喻。

与中压开关柜可以使用的其他气体相比，干燥空气的GWP值为零，自然状态下的干燥空气是一种无色、无臭、无味的混合气体，干燥空气产品是由21%高纯氧气+79%高纯氮气组成。这就使围绕GWP的担忧变得毫无必要。对温室效应零贡献，再加上显而易见的环境安全性，无疑是干燥空气成为SF6气体最佳替代气体的最重要原因。SF6与干燥空气的特性对比如表1所示。

2.2 干燥空气无需回收处理

环保型气体绝缘金属封闭开关设备在生产组装过程中不使用SF6气体，因此其设备不需采取气体回收保护装置，方便充气，分解物不存在有害物质，是满足环保要求的产品。环保型气体绝缘金属封闭开关设备长期运行不会对环境造成污染，也适合潮湿、恶劣环境，是免维护产品。而SF6气体开关设备则不一样，为最大程度减少泄漏事故，降低对环境的影响，在全使用周期都将SF6气体封存在一个密闭的系统内。如需对SF6气体电气设备进行检修，采用回收装置进行现场回收气体的做法，通过净化处理设备祛除气体杂质后，再将气体充到电气设备中使用。然而，在开断操作下，SF6气体会产生有毒副产物，因此使用完毕的SF6气体被视为危险废物。报废处理SF6气体的费用也相当高，约为设备本身价格的20%。使用干燥空气可以彻底消除使用SF6气体的需求，大幅降低开关柜对环境的影响，并且无需经过报废回收处理，从而节省了相关成本。

2.3 使用干燥空气为运营商带来更多优势

使用干燥空气的全新无SF6气体开关柜能够为运营商带来众多优势：①不仅保留了传统SF6气体设备备受看重的体积小巧的特点，而且操作方式也保持不变，因此技术人员无需接受任何培训；②环保气体负荷开关柜的三工位负荷开关采用并联真空开断技术，保留原有三工位操作习惯的同时，也能实现组合电器方案，为客户提供经济可靠的变压器保护方案。

2.4 干燥空气守护人员健康与安全

中压开关柜要在公共场所使用，因此，在选择SF6气体替代气体时，健康和安全成为首先要考虑的问题。干燥空气作为一种安全替代气体，可保护公众免于遭受潜在的健康和安全风险。它完全无毒，因此即使发生泄漏，对人和环境也安全无害。它不会给负责安装和报废回收的工作人员带来健康风险，也无需制订严格的设备处理条例来保护人员安全。与此相反，未经充分验证的专利气体则可能存在健康和安全风险。

2.5 干燥空气打消监管顾虑

许多公司正在采取重大措施，大幅减少温室气体排放。这些战略性努力不仅是出于提高可持续发展能力的愿望，也是因为受到了强大的监管压力。在欧洲，SF6气体的使用、处理、退役、监控和库存记录维护均受到监管程序的严格约束，而中国自2012年起就陆续出台了相关政策措施，对SF6气体的使用和回收进行管制。根据中国国家标准化管理委员会发布的标准，SF6气体设备的检修与退役过程产生的SF6气体排放已被纳入中国电网企业的温室气体核算和报告范围。

考虑到未来愈发严格的监管政策，采用不受未来新规约束的环保型替代产品以保障运营连续性是明智之举。干燥空气中压开关柜既可以提供可靠的绝缘开断性能，也不受环境法规或碳税影响。作为全球第二大经济体和最大能源消费国，中国在全球能源转型进程中处于举足轻重的位置。不久前，十九届五中全会提出了中国“十四五”时期经济社会发展主要目标，其中明确指出要使“能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少”。

综上所述，干燥空气作为绝缘介质，具有以下优点：①绿色环保；②导热性好；③设备生产及维护过程中可以不使用通风及防护设备；④在生产过程或使用过程中，产生的金属微粒对于干燥空气绝缘的开关设备危害较小。

3 结束语

新型环网柜采用充干燥空气作为绝缘介质代替对环境造成污染的SF6气体，减少了温室效应气体排放，产品生命周期结束后，材料可回收率达90%以上。采用微正压力气体绝缘方式，降低了气体泄漏可能，使其安全可靠。高压电器元件全部密封于金属壳体内，在高海拔、严寒、潮湿、污秽等恶劣环境中安全使用。真空开关和三工位隔离/接地开关可同时具备手动和电动操作功能，开关设备具备智能化功能。

虽然环保型环网柜在环网柜朝着智能、绿色、环保方面取得了一定进步，但相比SF6其优异的绝缘性能和灭弧性能，充N2和干燥空气绝缘性能在同等压力下仅为SF6的1/3，特别是针对高压GIS产品，还没找到取代SF6气体的办法，因此在研制环保气体这一方面，还需进一步努力。