试述高压开关设备的使用现状和改进发展趋势

摘要：我国电网建设与发展仍是一个旺盛时期，电网建设中所需的高压开关设备需求不仅量大，同时对于可靠性、稳定性、科技含量、产品质量和服务水平等必将会提出新的要求。借鉴传统的对高压开关设备习惯选型，认真组织、精心设计、科学配置，力求实用化的思考，是确保电网安全经济运行的重要举措。

关键词：高压开关；短路开断；电流断路；器智能化

中图分类号：TM421 文献标识码：A

1 .我国高压开关设备的现状

目前我国以40kV电压等级为界，40kV以上高压开关全部使用SF6断路器，40kV以下以真空断路器为主。SF6断路器分为两种结构，一种为罐式，目前在电网中运行的252kV，363kV，550kV罐式SF6断路器已有数百台，它以其优良的环境适应能力，系统配套性和高运行可靠性得到用户的认可。另一种为瓷柱式，它可以通过灵活串接方式获得任意电压额定值，加之低成本，使其在5OOkV以下的超高压领域显示出优势。 真空开关广泛应用于40kV以下电压等级的电网内，分为真空断路器和真空接触器两种。目前我国110kV双断真空断路器已研制成功，它是由单断口真空断路器串接而成。迄今为止，电力部门一直采川传统的维护方式:即定期维护技术，经过规定的一段时间，对设备进行规定项维护，这些项日是设备检查、更换零部件、解体检查等。定期维护技术对减少和防止设备的故障发生起到了良好的作用，但是这种定期维护方式存在不少缺陷，例如在设备解体检查时，需要对断路器及电器设备的一部分进行解体，不但作业时需要停电，而且视其项日还需要可观的人和零部件吏换费用；另外停电后设备状态和设备运行中的状态不一致，会影响一些数据判定。 短路开断电流和次数是高压开关设备的关键性技术指标，几程设计选型中都是经过仔细验算之后提出的参数指标。而这些技术参数体系的形成均是考虑开关设备在最严酷的使用条件下依照相关国际和国家标准规定，并通过试验验证之后确定的，应该说是比较科学的、实事求是的。

2 .高压开关设备的发展趋势

随着电力系统对配电系统的质量和可靠性要求的提高，对高压开关设备的性能要求也越来越高。为了满足当今社会对高质量产品的需求许多研究、设计和生产部门做了大量的工作；另外，基础理论，材料技术、生产工艺、加工工艺和新技术的应用，也使得高压开关设备的技术水平有了很大的进步。

2.1 我国中压等级的产品，产量最多的还是12kV电压等级的断路器及其成套装置，而且真空类占87%，所以下面主要分析12 k V的真空断路器及其成套装置。我国现在12kV真空断路器已可做到额定电流4000A，额定短路开断电流50kA，少数可做到额定短路开断电流63kA，基本上能满足配电的要求，但对于一些特殊场合，如发电厂、某些冶金和化工企业的厂用电系统，，还需要更高参数的产品。对于高参数产品的开发，不仅可满足市场的需要，还可提高制造厂产品的成套供货能力，扩大市场覆盖面。真空断路器的高参数除了反映在额定电流和短路开断的能力上，还反映在机械寿命上，如用在炼钢电炉上的真空断路器，电炉每天操作几十次，要求真空断路器的机械寿命为6万～12万次，西门子公司的3AH4型真空断路器，就用于电炉上，其操作次数机械寿命为12万次。发电机断路器有少油型、压缩空气型、SF6型和真空型。由于现在发电机单机容量越来越大，据悉原国家电力公司已有规定，今后火电厂要增加新的燃煤机组，至少要300 MW以上，这就使得短路开断能力差的少油型和压缩空气型断路器已不适用，SF6型及真空型断路器逐渐成为主流。

2.2进入21世纪，我国的输、变电设备将向更高的电压等级迈进。随着西部大开发战略的实施，西电东送，西北地区将上750kV电压等级的电网，我国将上1200kV电压等级的电网。750kV电压等级电网的启动，预示着我国另一个特高压等级1000kV或1200kV工程的启动也不是长远的和不可及的事情。新一级特高压等级的出现，将面临许多技术方面的问题，如基础研究、输电线路、变电所和电气设备。需要重点攻关的设备有：断路器。我国现在只能制造500kV的双断口SF6断路器，如何减少更高电压等级的断路器的断口，使体积减小，工作可靠，这是要重点攻关的课题。绝缘子。我国已能生产最大承受拉力为294 k N的玻璃绝缘子和合成绝缘子，发展到更高一级电压，需要研究最大承受拉力为392 k N和490 k N的绝缘子。 GIS的发展趋势有两方面：72.5～330kVGIS三相共箱化和复合化；550kVGIS的断路器部分由双断口减为单断口，1100kVGIS减为双断口，从而实现小型化。西部大开发，带来水电大开发，水电站一般建在崇山峻岭中，可供建筑的面积小；城网改造，220kV高电压直入负荷中心，闹市之中尺土寸金。GIS占地面积小，10年以上免维护，这就正好发挥它的优势，因此未来的发展，GIS的需求将大量增加。

三相共箱化是将主回路元件的三相装在公用的接地外壳内，内充SF6气体绝缘，并用环氧树脂浇铸绝缘子加以支撑和分隔。目前，对于500kVGIS一般只做到母线三相共箱化，元件三相分箱。三相共箱化可缩小间隔宽度，如西门子8 DN8型72.5～145kVGIS为三相共箱式结构，其占地面积仅为普通型GIS（分相式）的50%，间隔宽度仅为0．8 m；日本的275kV三相共箱式GIS，将占地面积缩小了30%。 复合化是将断路器、电压互感器、隔离开关和接地开关共置于一个充SF6气体的罐内，由于线路侧元件复合化了，故大大减少了气罐的数量，也减少了密封部位和密封长度，加工简单，体积缩小。 为提高断路器的可靠性，降低操作功，20世纪80年代以来，利用电弧本身能量灭弧的自能灭弧结构开始问世，其工作原理一般称为自膨胀原理，或称为热膨胀原理和自能式灭弧原理。它是在短路开断时用电弧自身的能量加热SF6气体形成压力差吹弧，在开断小电流时用压气助吹熄弧。由于自能式灭弧是利用电弧自身的能量灭弧的，减少了灭弧室所需的压气能量，从而减少了操作功，其操作功仅为单压式的1/4～1/3，故可以使用可靠性较高的弹簧操动机构，免除了液压气动机构的漏液、泄气隐患，提高了系统的可靠性和安全性。SF6自能式灭弧断路器出现于20世纪80年代中期，90年代后期已进入第二代自能式灭弧，现在ALSTHOM公司和AEGT＆D公司声称已发展到420kV电压等级。将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器和电压互感器有机地组合，使之成为紧凑型组合式开关设备，这种设备大大节省变电站的占地面积，占地面积为敞开式开关设备的60%，简化了安装工序（整体运输），减少了维护费用。这种设备的价格比敞开式贵少许，但比GIS便宜很多，可节省投资。例如我国江阴市某变电站从ABB公司引进了145kV紧凑型组合式开关设备，其综合造价只比采用常规敞开式开关设备的方案增加10%。因此，对这种技术、经济指标先进的紧凑型高电压设备，我们在“十五”期间应加紧研制。

“九五”后期，我国一些厂家已研发出126kV自能式SF6断路器，如原广州市高压电器厂于1998年通过鉴定的126kV电压等级、额定电流2500A、额定短路开断电流31.5kA的自能式SF6断路器。自能式灭弧断路器有操动机构简单的优点，但当短路开断容量增大时，开断速度受电弧本身能量的限制而不能提高，这是今后要努力解决的问题。断路器的正常开断操作可在较低速度下进行，从而减少断路器开断时的冲击力和机械磨损，不仅可减少机械故障和提高可靠性，还能提高断路器的操作使用寿命。实现定相合闸，降低合闸操作过电压，取消合闸电阻，进一步提高可靠性。实现选相分闸，控制实际燃弧时间，使断路器起弧时间控制在燃弧的最佳相位角，不受系统燃弧时差要求的限制，从而提高断路器的实际开断能力。改变现有的试探性自动重合闸而成为自适应的自动重合闸，即做到在短路故障开断后，如故障仍存在，则拒绝重合；只有待故障消除后，才能重合，给系统的稳定带来好处。

3.结束语

我国高压开关设备的发展很快，有些产品己接近国外先进产品水平，但还应继续加大科技投入，加大研制开发力度，以求尽快赶超国际先进水平。因为，我国相关企业有必要了解掌握其发展动态，特别是高压真空开关、低压真空接触器的发展情况，在设计中如有可能应尽量采用国内先进的高压开关设备。展望未来，高压开关设备将向超导、无触点方向发展，届时电力系统将不可是现在的概念和模式。

参考文献：

曹荣江.高压开关设备的使用现状和改进发展趋势[J].高电压技术,1980年01期