馬小燕

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚州 225127）

淺談高壓開關(guān)設(shè)備的選擇

馬小燕

（揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚州 225127）

文章總要從使用者的角度探討了關(guān)于高壓開關(guān)設(shè)備的選擇，重點闡述了高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)在實際使用時，要考慮所在地電網(wǎng)的條件以及開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、使用的材料等是否適合使用的環(huán)境條件。尤其以GIS和敞開式設(shè)備為例，比較了它們的優(yōu)缺點，討論它們的使用場合。

高壓開關(guān)設(shè)備；高壓斷路器；高壓隔離開關(guān)；GIS；敞開式設(shè)備

高壓開關(guān)設(shè)備在電力系統(tǒng)的地位十分重要，正常運行時通過斷路器、隔離開關(guān)可以調(diào)整、控制系統(tǒng)運行方式及電力負荷的分配，在事故情況下，通過斷路器可以迅速將故障點隔離，以保證整個電力系統(tǒng)的安全運行。因此高壓斷路器、隔離開關(guān)的可靠運行成為電力系統(tǒng)安全運行的重要保證。如何選用斷路器、隔離開關(guān)已成為電力部門、高壓電力用戶基建和生產(chǎn)中的重要問題。

一、高壓斷路器的選擇

高壓斷路器的主要任務(wù)是：在正常運行時用它接通或切斷負荷電流；在發(fā)生短路故障或嚴(yán)重過負荷時，借助繼電保護裝置用它自動、迅速地切斷故障電流，以防止擴大事故范圍。

由于高壓開關(guān)設(shè)備有多種形式，所以，選擇高壓斷路器，不僅要求其設(shè)備與電網(wǎng)運行參數(shù)相匹配，還要考慮設(shè)備所在位置的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、主接線形式、環(huán)境條件、運行維護對斷路器形式、滅弧介質(zhì)、斷路器操動機構(gòu)形式的要求。

1.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與斷路器形式的選擇

由于GIS擴建時的過度停電時間較長，對于互帶能力不強的電網(wǎng)，如何在停電期間轉(zhuǎn)供負荷，這是選擇GIS設(shè)備必須考慮的問題；其次，變電所處于不斷發(fā)展的區(qū)域，需要不斷地擴建(在同一母線上有二、三期甚至四期擴建)的變電所不宜選用GIS，而適合選用H-GIS。

2.主接線形式與斷路器形式的選擇

對于一個半接線的場所，采用落地罐、H-GIS(母線在外的組合電器)，可充分發(fā)揮節(jié)省占地、布置清晰、無保護死區(qū)的優(yōu)點；如果出線較多的雙母線采用GIS，則其出線的空氣間隙大大超過GIS的間距，將不得不通過增加母線筒的長度(增加費用)，以滿足出線布置的要求。因此，對于內(nèi)(外)橋接線，或進出線較少的雙母線接線，采用GIS則更能體現(xiàn)其優(yōu)勢。

3.運行維護與斷路器形式的選擇

如果使用部門希望選用免維護或少維護的設(shè)備，以減少設(shè)備檢修停電時間和檢修次數(shù)，提高供電的可靠性。那么同樣是敞開式設(shè)備，采用支柱式加電流互感器與罐式斷路器比較，罐式斷路器的CT二次線圈附在套管上，主回路及其絕緣利用了斷路器絕緣部分——SF6氣體和環(huán)氧絕緣子，因此其CT的故障極少。而單獨的CT其主回路與二次線圈間、與地電位間的絕緣、屏蔽需要多層纏繞，制造、裝配中的任何疏忽都可能造成缺陷。此外，在運行中，為監(jiān)視絕緣狀況，需定期進行絕緣測試。排除制造個案，僅從結(jié)構(gòu)本身看，罐式斷路器的CT比獨立的CT可靠性高、維護量小。而斷路器本身因其結(jié)構(gòu)、傳動形式相同，二者的可靠性、維護量大致相同(當(dāng)然，不同制造廠、不同結(jié)構(gòu)產(chǎn)品有所不同)。

GIS(H-GIS)是將更大范圍的配電設(shè)備組裝到一個金屬殼內(nèi)，因此，比暴露在大氣環(huán)境下設(shè)備運行可靠性更高、維護量更小。一旦GIS內(nèi)部出現(xiàn)故障，其維修難度、檢修時間都遠遠超過支柱、罐式斷路器和其他敞開式設(shè)備。

4.環(huán)境條件與斷路器形式、滅弧介質(zhì)的選擇

污穢嚴(yán)重的地方如果選用敞開設(shè)備，不僅因設(shè)備需大爬距增加工程造價，而且因污染嚴(yán)重，設(shè)備易受腐蝕，影響其使用壽命和運行安全，因而選用GIS、H-GIS較適宜。適合在寒冷地區(qū)使用的支柱式SF6斷路器很少，而罐式斷路器使得氣體加熱容易實現(xiàn)，因此罐式斷路器應(yīng)是寒冷地區(qū)電網(wǎng)的優(yōu)選。雖然混合氣體斷路器可以解決低溫時SF6氣體液化問題，但由于運行維護中的氣體處理尚沒有好辦法，最好不采用(況且有的國外廠商推出的混合氣體斷路器的開斷能力僅僅是根據(jù)SF6的混合比例推算出來的)。真空斷路器環(huán)境適應(yīng)范圍廣、維護量小、環(huán)保，因而在開斷性能滿足要求的前提下，能使用真空斷路器的地方，應(yīng)首選真空斷路器。但真空斷路器受向高電壓發(fā)展所遇到的各種難題制約，目前僅在35kV及以下被廣泛選用。

為滿足低溫環(huán)境運行需要，有的制造廠選擇在已通過全部形式試驗的SF6斷路器上改SF6氣體為混合氣體，或降低SF6的額定壓力。按照國家標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“當(dāng)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、生產(chǎn)條件或使用的材料及主要元件發(fā)生重大改變而影響到產(chǎn)品性能時，應(yīng)作相應(yīng)的形式試驗”，像這種將絕緣、滅弧介質(zhì)作了“重大改變”的斷路器，更應(yīng)該進行相應(yīng)的形式試驗。但是有的國外廠商推出的混合氣體斷路器的開斷能力僅僅是根據(jù)SF6的混合比例推算出來的，一些制造廠對降低了SF6額定壓力的斷路器的開斷能力試驗僅進行100%短路開斷試驗，不能證明其全部的開斷性能。

5.斷路器操動機構(gòu)形式的選擇

如果不考慮操動機構(gòu)的運動特點，單純從使用者的角度出發(fā)，結(jié)構(gòu)簡單、維護量小且方便、可靠性高的操動機構(gòu)就是好的操動機構(gòu)。

斷路器操動機構(gòu)形式的選擇同樣要考慮其運行所在地的環(huán)境條件。

影響操動機構(gòu)的環(huán)境條件主要是環(huán)境溫度、溫差、風(fēng)沙。尤其是環(huán)境溫度，對斷路器操動機構(gòu)的特性有著非常大的影響。當(dāng)溫度低時，閥體內(nèi)彈簧特性變化，各傳動環(huán)節(jié)，如二級閥、工作缸、提升桿的動作阻力增大，液壓油運行黏度增大，動作時間變長，分合閘速度降低，乃至拒動。

在實際中不難發(fā)現(xiàn)，許多制造商按一般環(huán)境條件進行設(shè)計、制造的產(chǎn)品，一旦在低溫環(huán)境下有供貨需求，僅在產(chǎn)品“使用條件”進行文字改動，如-25℃改為-40℃，而對產(chǎn)品本身不作適合低溫的任何改動，也不進行低溫下的動作特性試驗，僅在機構(gòu)箱內(nèi)增加加熱器。而加熱器功率的選擇是否滿足產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定的“-40℃”要求，只能到運行“現(xiàn)場考核”。所以為了保障電網(wǎng)在低溫下的安全運行，必須選用經(jīng)過低溫下動作特性試驗合格的斷路器。

當(dāng)然，凡是設(shè)備的選擇都要進行經(jīng)濟技術(shù)比較。比較的方式不同，可能得出的結(jié)論也不同。比如選用500kV落地罐斷路器，與選用支柱式斷路器和電流互感器相比較，前者比后者技術(shù)先進，運行可靠性高，按一次性投資比較，后者經(jīng)濟。但按壽命期費用比較，使用500kV落地罐斷路比使用敞開式斷路器加電流互感器更經(jīng)濟。同樣，其他各種斷路器的技術(shù)經(jīng)濟比較應(yīng)該以設(shè)備使用壽命期的全部費用比較，而不應(yīng)以一次性投資進行比較。

二、隔離開關(guān)的選擇

隔離開關(guān)設(shè)有滅弧裝置，因而不能接通和切斷負荷電流，它的主要用途是：隔離高壓電源、倒閘操作、接通和切斷較小電流。選用隔離開關(guān)時，要考慮以下幾個方面：

1.隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)形式的選擇

一般情況下，設(shè)計院、使用單位對隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)形式的選擇考慮最多的是隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)形式對占地面積的影響，而忽略了隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)形式與環(huán)境之間的關(guān)系。

與斷路器相同，隔離開關(guān)的選用與其使用地點的環(huán)境關(guān)系很大。只是受其影響的具體環(huán)境條件不同，這是斷路器與隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)差別造成的。如，最低環(huán)境溫度影響對SF6斷路器很大，而隔離開關(guān)卻不受其影響(但年溫差的大小對隔離開關(guān)有影響)；覆冰 (厚度在0mm～10mm之間)、雨雪對斷路器影響不大，但對隔離開關(guān)的操作性能影響很大；沙塵對斷路器幾乎沒有影響，但對(特定結(jié)構(gòu)的)隔離開關(guān)的操作性能、導(dǎo)電性能影響很大。而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的隔離開關(guān)形式試驗，不能將上述各種環(huán)境條件和工況全部考慮到。因此在選用隔離開關(guān)時，應(yīng)特別注意被選用的隔離開關(guān)的各關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)。

2.關(guān)于額定電流的選擇

運行了一段時間的隔離開關(guān)的實際載流能力遠低于銘牌的額定電流早已是不爭的事實。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行溫升試驗要通過1.1倍的額定電流，就是想通過這一試驗方式減小隔離開關(guān)實際的載流能力與額定電流之間的差距，從而增加隔離開關(guān)載流的可靠性。但溫升試驗與現(xiàn)場的實際相差較遠，有的設(shè)備通過了1.1倍的額定電流的溫升試驗，但溫升裕度卻很小；有的設(shè)備通過1.0倍的額定電流的溫升試驗，但溫升裕度卻很大。兩種試驗結(jié)果，哪個結(jié)果說明載流能力好，可比性如何?沒有科學(xué)的論證。但使用部門更愿意選用通過1.1倍的額定電流的溫升試驗的設(shè)備。在實際運行和溫升試驗中發(fā)生載流故障的部位都是導(dǎo)體的連接 (鉸接、對接)部位。由于隔離開關(guān)的主要薄弱點在于此，在可能的情況下，一般選擇隔離開關(guān)的額定電流要比實際流過的電流大很多。制造廠應(yīng)在導(dǎo)體的連接部位采取不受環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)，如自清潔的銅墨觸頭、導(dǎo)體之間采用軟聯(lián)片連接等，使隔離開關(guān)在使用壽命期內(nèi)的實際載流能力與銘牌額定電流相近。

3.短時耐受電流持續(xù)時間的選擇

短時耐受電流持續(xù)時間的選擇與開關(guān)設(shè)備所在地保護配置有直接關(guān)系。220kV及以上變電站，除非終端變電站，短時耐受電流持續(xù)時間只要大于失靈保護動作時間加斷路器最長開斷時間即可。而對終端變電站則要考慮后備保護動作時間。目前實際選用中存在的問題是：有的供貨方提供的隔離開關(guān)的接地刀材質(zhì)并非通過了動熱穩(wěn)定試驗的設(shè)備材質(zhì)(有的用普通鋼管做接地刀或接地刀的接地連接截面過小等)，對這種產(chǎn)品應(yīng)按不合格產(chǎn)品處理。

4.隔離開關(guān)、接地開關(guān)切合感應(yīng)電流的選擇

隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，同桿并架的線路越來越多。隔離開關(guān)、接地開關(guān)切合感應(yīng)電流的要求越來越多。IEC、國家、行業(yè)對此制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在的問題是：按照已有標(biāo)準(zhǔn)進行的相關(guān)試驗，滿足不了實際的需要，要么感應(yīng)電壓低于實際需求，要么感應(yīng)電流小于實際需求。產(chǎn)生問題的原因之一是：標(biāo)準(zhǔn)制定只考慮了同桿并架同電壓的線路，而實際上更多的是同桿并架不同電壓的線路。這種同桿并架的線路，低電壓等級的隔離開關(guān)、接地開關(guān)需要切合的感應(yīng)電壓、電流，都比高電壓的高，與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)恰恰不同。運行部門、設(shè)計部門應(yīng)不斷積累這方面的數(shù)據(jù)，為今后修訂標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。

在現(xiàn)今國內(nèi)市場，同一電氣參數(shù)的隔離開關(guān)價格差異很大，其隔離開關(guān)的用材差異也很大，其性能、可靠性差異也很大。甚至有的制造商為追求最低價中標(biāo)，用不合格的材料作替代，如用普通鋼管代銅或鋁做接地刀，用收購來的淘汰下來的瓷瓶組裝成新隔離開關(guān)等。隔離開關(guān)在變電站的位置比較特殊，這決定了隔離開關(guān)的檢修比斷路器更難，隔離開關(guān)的故障比斷路器對電力系統(tǒng)的影響更大。

［1］顧霓鴻.高壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用［J］.中國電力，1996，（12）.

［2］劉思亮.建筑供配電［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

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1673-0046（2010）8-0159-02