1100kV GIS隔离开关和接地开关的研制与应用

引言：介绍了新东北1100kV GIS隔离开关和接地开关的产品特点，对隔离开关和接地开关进行了深入分析研究，研制了参数高、技术先进、安全可靠的气体绝缘金属封闭开关设备用隔离开关和接地开关。

《特高压交直流电网》通过深入总结分析电网和能源发展规律认为，不管世界各国的经济发展水平、能源资源禀赋和电网发展阶段有多大不同，但对电网“坚强”和“智能”的要求是共同的。中国要解决东中部地区负荷中心能源紧缺的问题，减少环境污染，发展新能源，实现能源转换，关键是建立以特高压电网为骨干网架、以智能化为核心的坚强智能电网，在更大范围内优化能源配置，才能够保证电力安全、高效、清洁供应，满足客户多样化需求，为社会经济发展提供保障。根据我国1000kV特高压交流输变电工程发展的需要，为了进一步提高产品的技术性能和指标，巩固和扩大市场份额，增强我公司产品的竞争能力，我公司决定研制具有自主知识产权的1100kV GIS气体绝缘金属封闭开关设备。

新东北电气公司自主研发的新型1100kV GIS设备具有占地面积小，结构紧凑，可靠性高，且适用于高海拔及低温地区等特点。该产品在机械工业高压电器产品质量检测中心（沈阳）和国家高压电器产品质量监督检验中心（西安高压电器研究院）通过全部型式试验的考核，其技术性能已达到同类产品国际领先水平。 该GIS隔离开关开合母线转换电流1600A，开合小电流1A；接地开关短路关合171kA；以上参数已经达到国际先进水平，可以满足我国1000kV电网的需求。

一、隔离开关结构

1100kV GIS用隔离开关是GIS的重要组成部分，它以六氟化硫气体作为绝缘介质。

隔离开关的主要功能是将GIS 各元件进行隔离，形成有效可见断口，从而在被隔离并已安全接地的元件上进行检修。

隔离开关在开合小电流时，因GIS内部产生LC电磁振荡可能产生波头很陡、频率很高的操作过电压（VFTO），若设计不当对电网及人生安全产生危害。 1100kV GIS隔离开关采取了如下设计方法：

1）触头的屏蔽罩优化设计，防止电弧漂移接地的有效措施。

2）断口电场均匀分布，可防止在VFTO作用下对地闪络和减少电弧重燃。

3）提高隔离开关的分合闸速度以减少电弧重燃次数。

4）动、静主触头设计了铜钨合金的弧触头，避免触头表面因燃弧时间长可能烧损严重而影响断口绝缘。

我公司的隔离开关分为两种，一种为带有分合闸电阻的隔离开关，采用电动弹簧操动机构。一种为不带分合闸电阻的隔离开关，采用电动操动机构。

1.带电阻的隔离开关

带电阻的隔离开关结构见图1。

图1 带电阻的隔离开关

由于隔离开关动触头采用竖直操作方式，因此在隔离开关分合闸操作时，由于动触头重量的原因，使机构负荷相差极大，为克服上述问题，采用了动触头平衡装置。

为抑制隔离开关操作过程产生的陡波过电压，1100kV隔离开关增设了分合闸时串入的电阻。电阻安装在隔离开关的静触头的管壁上，开关从合闸状态开始分断到分断中间，在动触头与静触头之间产生电弧，静触头管壁上的电阻自然就在回路中串联，降低了产生多次重燃的概率，也就降低了陡波过电压的倍数。合闸时的次序相反，电阻也是在完全关合前接入，降低了产生多次重燃的概率。

2.不带电阻的隔离开

不带电阻的隔离开关结构见图2。

隔离开关采用直角式计结构，安装在积木式的外壳内，布置灵活，简化总体布置结构。动触头直连操动机构，不需拐臂及连杆转换。隔离开关设计有内窥镜，可检查触头分合闸位置。

图2 不带电阻的隔离开关

二、接地开关结构

接地开关分为两类，一种为快速接地开关，具有关合短路电流的能力，可以开合电磁感应电流和静电感应电流，另一类不具备上述能力，为检修用接地开关。接地开关结构见图3。

图3 接地开关

检修用接地开关用于在维修、大修或安装期间把GIS的各个对地绝缘部份接地，以便保护人身安全。快速接地开关可以关合短路电流、开合电磁感应电流和静电感应电流。另外，可以通过带绝缘法兰的接地开关，在不打开外壳的情况下，对GIS的某些装置进行各种试验，例如，试验电流互感器、测量断路器的操动时间、测量主回路电阻等。

通常情况下，在线路侧需配备快速接地开关，断路器两侧需配备检修用接地开关，以防止因操作失误引起事故。

三、操动机构结构

操动机构分为电动弹簧操动机构及电动操动机构。隔离开关及快速接地开关采用电动弹簧操动机构，检修接地开关采用电动操动机构。

电动弹簧操动机构是由传动机构、制动系统、缓冲器、微动开关、弹簧、门、辅助开关、电机、联锁机构等组装在一个钢结构的箱体内， 并配有手动储能用的摇手柄。

电动操动机构是由传动机构、制动系统、电机、摇手柄等组成。

机构动作原理主要由电机带动蜗轮、蜗杆转动，通过连杆系统实现分、合闸操作。

图4 传动机构 图5手动装置

四、产品的应用

目前1100kV GIS隔离开关和接地开关已经应用于南阳工程、浙北工程，运行平稳。

五、结束语

1100kV GIS用隔离开关和接地开关通过了所有型式试验项目，技术水平高，满足了我国1100kV电网建设的迫切需求，为我国电力发展提供了可靠性的保障。

参考文献

[1] 刘振亚.特高压电网[M].北京：中国经济出版社，2005.

[2] 黎斌.SF6高压电器设计 [M].北京：机械工业出版社，2009（3）.

[3] 李建基.高压开关设备实用技术 [M].北京：中国电力出版社，2005.

作者简介

张继红（1980-），女，工程师，从事高压电器设计工作。

（作者单位：新东北电气集团高压开关有限公司）