高中杰，涂大石

（1 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 太原設(shè)計(jì)院，山西太原030013；2 華電高科（北京）電氣有限公司，北京100192）

高速鐵路開關(guān)設(shè)備選型問題研究

高中杰1，涂大石2

（1 中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司 太原設(shè)計(jì)院，山西太原030013；2 華電高科（北京）電氣有限公司，北京100192）

我國電氣化鐵路牽引供電的基本要求是：200 km/h及以下采用戶內(nèi)空氣絕緣開關(guān)設(shè)備（27.5 k V單相單極居多），200～250 km/h采用戶外敞開式開關(guān)設(shè)備（2×27.5 k V和55 k V單相雙極居多），250 km/h以上采用戶內(nèi)氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（2×27.5 k V單相雙極居多）。伴隨著高速鐵路的快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定使用的電氣化鐵道開關(guān)設(shè)備存在的問題也逐漸暴露出來。

鐵路；電氣化；開關(guān)設(shè)備；鎧裝金屬封閉；氣體絕緣；選型

高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)比普通的電氣化鐵路牽引供電有一定的特殊性?？煽啃愿?，負(fù)載電流大（單饋線也要2 500 A以上），一般采用瞬間啟動電流更大（4 000 A，20 min）的AT供電方式。現(xiàn)在高速鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：宜選用SF6氣體絕緣柜（箱式氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，英文簡稱C－GIS，現(xiàn)GB 3906標(biāo)準(zhǔn)中稱為“充流體的金屬封閉開關(guān)設(shè)備”）。這種“最貴”的方式能否達(dá)到＂最安全＂的目的卻是值得探討的了。本文就高速鐵路27.5 k V開關(guān)設(shè)備的選型問題闡述觀點(diǎn)。

1 金屬封閉開關(guān)設(shè)備的分類

除進(jìn)出線外，完全被金屬外殼封閉的開關(guān)設(shè)備稱為金屬封閉開關(guān)設(shè)備。

GB 3906－1991年對金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備進(jìn)行了如下分類，雖然GB 3906－2006年版中不再要求按1991年版分類，而是按供電連續(xù)性和隔板類型（金屬或非金屬）進(jìn)行分類?？紤]到多年的習(xí)慣、分類的嚴(yán)謹(jǐn)性，高壓開關(guān)標(biāo)委會決定仍按1991年版的要求分類。

金屬封閉開關(guān)設(shè)備按使用地點(diǎn)分為戶外式與戶內(nèi)式，由于戶外式環(huán)境條件影響其安全性，使用很少。戶內(nèi)式居絕大多數(shù)。

金屬封閉開關(guān)設(shè)備按主絕緣方式分為空氣式、充流體式（俗稱為＂充氣柜＂、箱式氣體絕緣組合電器（CGIS））、固體絕緣式。

1.1 按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分

（1）鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備

某些組成部件（如主開關(guān)、電纜、母線）分別裝在接地的、用金屬隔板隔開的隔室中的金屬封閉開關(guān)設(shè)備；

（2）間隔式金屬封閉開關(guān)設(shè)備（具有非金屬隔板的）

與鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備一樣，某些元件也分別裝在單獨(dú)的隔室內(nèi)，但具有一個或多個非金屬隔板。隔板的防護(hù)等級應(yīng)符合GB 11022中6.12的規(guī)定；

（3）箱式金屬封閉開關(guān)設(shè)備

除鎧裝式、間隔式以外的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。金屬外殼具有以下特征：

①間隔的數(shù)目少于鎧裝式和間隔式金屬封閉開關(guān)設(shè)備；

②隔板的防護(hù)等級底于GB 11022中6.12的規(guī)定（IP2X）；

③沒有隔板。

1.2 金屬封閉開關(guān)設(shè)備按開關(guān)元件的安裝方式分

（1）固定式

開關(guān)元件固定安裝在柜內(nèi)，用母線把各個元件連接起來，構(gòu)成一個完整的導(dǎo)電電路。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，承載電流大。缺點(diǎn)是檢修不便、體積大、造價高、操作不便。

（2）移開式

開關(guān)元件不固定安裝在柜內(nèi)，可以在柜內(nèi)移動甚至移出，可以形成工作位置、試驗(yàn)位置、移開位置。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是檢修方便、體積小、造價低、操作方便。缺點(diǎn)是安全性差、承載電流小、可視性差。開關(guān)設(shè)備代號見圖1所示。

2 戶外布置方式

200～250 km/h（包括重載鐵路）的電氣化鐵路開關(guān)設(shè)備我國采用戶外布置方式。經(jīng)常采用的開關(guān)設(shè)備分為敞開式和SF6氣體絕緣全封閉組合式（GIS）兩種。近年來也有一種介于兩者之間的結(jié)構(gòu)方式——復(fù)合電器（H·GIS），近年出現(xiàn)的半組合電器（PASS）也屬此類。

2.1 基本概念及其特點(diǎn)

敞開電器（AIS）：斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器等設(shè)備都是獨(dú)立的，在現(xiàn)場單獨(dú)安裝，再用導(dǎo)線連接起來，構(gòu)成各種電能傳輸電路。

氣體絕緣組合開關(guān)電器（GIS）：斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線等設(shè)備都組合在一個充有SF6氣體的容器內(nèi)，構(gòu)成各種電能傳輸電路。

復(fù)合電器（H·GIS）：罐式SF6斷路器（TGCB）、隔離開關(guān)（DS）、接地開關(guān)（ES）、快速接地開關(guān)（FES）、電流互感器（CT）、電壓互感器（PT）、避雷器等設(shè)備組合在一個充有SF6氣體的容器內(nèi)，再與架空母線、出線配合使用。其與GIS的區(qū)別就是母線沒有一同封閉在一起。

以上所述各種組合電器都是密封在圓筒式的金屬殼內(nèi)，可以承受較大的內(nèi)部或外部氣壓，以便更換氣體。

AIS、GIS、H·GIS、PASS性能比較見表1。

2.2 常見主接線方式

我國戶外牽引站27.5 k V側(cè)大多采用AIS方式。

該接線方式2×27.5 k V出線斷路器側(cè)采用50%備用，兩側(cè)都設(shè)計(jì)有隔離開關(guān)。但2×27.5 k V進(jìn)線斷路器只在出線端設(shè)計(jì)了隔離開關(guān)，進(jìn)線側(cè)沒有設(shè)計(jì)隔離開關(guān)，斷路器與變壓器須同時停電檢修，這對運(yùn)行沒有太大影響。

2.3 存在的主要問題

戶外布置方式的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省房屋建筑費(fèi)用，但是，隨著土地費(fèi)用的上漲，這一優(yōu)點(diǎn)并不是普遍存在。相反，有時占地面積增加的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了房屋建筑費(fèi)用，尤其在城市人口密集區(qū)以及艱險山區(qū)（土地平整費(fèi)用過高）。這種戶外布置方式的主要缺點(diǎn)如下：

（1）戶外高壓設(shè)備外絕緣性能受環(huán)境影響很大，尤其重度霧霾會直接降低其絕緣性能，造成閃絡(luò)擊穿事故；

（2）戶外溫度過低（－15℃以下），各種零部件配合間隙都要發(fā)生變化，潤滑脂的黏度也要變高，這不但會影響合、分閘的速度，還會造成開關(guān)拒分、拒合，使事故影響擴(kuò)大；

（3）受風(fēng)沙日照的影響，各零部件、絕緣件都要加速銹蝕和老化，這對安全運(yùn)行極為不利；

（4）在風(fēng)、雨、雪、霧天氣，人員操作、巡視和檢修都不安全；

（5）27.5 k V側(cè)開關(guān)設(shè)備占地面積是戶內(nèi)方案的2～3倍；

（6）27.5 k V側(cè)開關(guān)設(shè)備造價是戶內(nèi)方案的2～3倍。

3 戶內(nèi)布置方式

3.1 氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備

高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范要求：宜使用氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備。其全稱應(yīng)該是箱型SF6氣體絕緣固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備，一般型號為XGN□－27.5（或2× 27.5）。按新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該稱為“充流體式金屬封閉開關(guān)設(shè)備”（簡稱C－GIS，或“充氣柜”）。本文僅限于討論充SF6氣體的方式，不含充其他氣體和液體以及固體絕緣的方式。高速鐵路大多數(shù)為2×27.5 k V單相雙極的AT供電方式，常見的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)方式見圖2。

3.2 主接線方案

250 km/h以上的高速鐵路牽引變電站主接線方案基本有以下特點(diǎn)（參見圖4）。

（1）出線側(cè)無備用回路；

（2）在開關(guān)柜內(nèi)，斷路器只在母線側(cè)設(shè)計(jì)有隔離開關(guān)，出線側(cè)沒有隔離開關(guān)；

（3）進(jìn)出線全部采用電纜；

（4）在出線線路上設(shè)計(jì)隔離開關(guān)、聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)。

當(dāng)某個出線斷路器故障退出運(yùn)行，同一方向供電的另一臺斷路器通過聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)同時向相反方向線路供電。

3.3 充氣柜的優(yōu)點(diǎn)

（1）絕緣性能不受周圍環(huán)境的影響，絕緣穩(wěn)定性有了提高；

（2）體積小，運(yùn)輸方便；

（3）柜體本身占地面積?。?/p>

（4）各種操作都實(shí)現(xiàn)了電動操作，自動化程度高。

3.4 充氣柜存在的問題

這種充氣柜的一些優(yōu)點(diǎn)是有前提條件的，在一般場合優(yōu)點(diǎn)并不突出。

（1）在惡劣環(huán)境條件下（高原地區(qū)、環(huán)境污染嚴(yán)重地區(qū)、高鹽霧環(huán)境（如鉆井平臺）），使用空氣絕緣柜不夠安全，充氣柜的優(yōu)勢才能體現(xiàn)出來。否則就沒優(yōu)勢，甚至浪費(fèi)。

（2）體積小，但整體占用面積卻不一定小。

①由于每個單元回路只在母線與斷路器之間設(shè)有隔離開關(guān)，斷路器與電纜之間無法設(shè)計(jì)隔離開關(guān)，只能在戶外再設(shè)計(jì)柱上安裝的隔離開關(guān)、接地開關(guān)；

②有些檢修、巡視需要在柜后進(jìn)行，柜后距墻要留出1 000 mm以上的檢修通道，占地面積加大；

③由于無法設(shè)計(jì)成上架空出線方式，只能下電纜出線方式。而電氣化鐵路絕大多數(shù)都要求架空出線直接與接觸網(wǎng)相連，所以只能用電纜過渡到桿上再架空引出，增加了設(shè)備和占地面積；

④為了電纜進(jìn)出，需要設(shè)計(jì)與配電室同面積的電纜夾層。

以上這些原因使得最終占地面積并沒有減小，反而增加。

（3）一旦發(fā)生事故，卻又很難及時檢修、更換。例如，PT放電這樣的小事故都很難不停電處理。

（4）箱式組合電器（C－GIS）不同于常規(guī)的筒式組合電器（GIS），其承受的大氣壓力非常有限，一般不能在常壓下更換氣體，只能在真空房內(nèi)進(jìn)行。這就埋下了巨大的安全隱患——無法現(xiàn)場檢修！而筒式組合電器（GIS）可以承受較大的大氣壓力，可以在現(xiàn)場更換絕緣氣體、檢修，兩者有很大的區(qū)別。

（5）不能排除氣體泄露的可能性，隱患還是存在的。

（6）運(yùn)行方式不夠靈活，沒有備用斷路器。

（7）造價達(dá)到空氣絕緣柜的2～3倍。

3.5 現(xiàn)場實(shí)際使用情況

京廣高鐵新鄉(xiāng)供電段管段，在半年時間里，發(fā)生各種機(jī)械故障多起（見表2）。故障類型主要是機(jī)電結(jié)合元件（如各種微動開關(guān)）抗振動能力不足，發(fā)生移位，不能準(zhǔn)確動作；在活動密封處發(fā)生SF6氣體泄漏，氣壓下降，絕緣強(qiáng)度不足，而且隨著操作次數(shù)的累計(jì)增加，事故越加頻繁。

分析這些故障發(fā)現(xiàn)主要是設(shè)計(jì)問題。

（1）所選用的微動開關(guān)并不是高重復(fù)精度的產(chǎn)品，而是普通橋式微動開關(guān)，即使本身沒有發(fā)生位移，其觸點(diǎn)的動作位置也要變化，造成定位不準(zhǔn)。如聯(lián)鎖其他電路，則會發(fā)生拒分、拒合事故。隔離開關(guān)動、靜觸頭嚙合量精度一般在±5 mm，折算到微動開關(guān)側(cè)則只有±0.2 mm，則微動開關(guān)的重復(fù)動作精度必須在±0.1 mm以下，而且固定還要絕對牢固。

（2）三工位隔離開關(guān)的動觸臂采用絕緣絲杠驅(qū)動，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動驅(qū)動觸臂擺動。由于隔離開關(guān)每天至少要動作一次，換算成絲杠旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)就要達(dá)到200多圈。絲杠的原動端在大氣環(huán)境下，被動端在SF6壓力氣體室內(nèi)，中間靠普通橡膠圈密封（見圖3）。密封圈磨損后密封性能下降，必然漏氣。另外，在回收氣體時都要抽真空，密封處要承受一個大氣壓力，也容易漏氣，降低氣體濃度。

（3）在檢修前都要回收氣體抽真空，箱體外殼要承受一個大氣壓力。這對于筒式結(jié)構(gòu)來講沒什么危害，但對箱式柜來講影響很大：會造成箱體變形。繼而產(chǎn)生密封不嚴(yán)、傳動受阻、定位不準(zhǔn)等事故。

3.6 對行車的影響

2012年11月26日衛(wèi)輝變電所211柜SF6氣體發(fā)生泄漏，閉鎖啟動，退出運(yùn)行。暫由212柜通過線路隔離開關(guān)帶211供電的下行線。這時段內(nèi)如果發(fā)生事故跳閘，則會造成該方向行車完全中斷。

根據(jù)這次事故說明氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備在外絕緣方面的確比較可靠，但是一旦出現(xiàn)事故處理起來卻十分麻煩，恢復(fù)時間很長，運(yùn)行維護(hù)人員很難自行處理。

4 電氣化鐵道開關(guān)設(shè)備的發(fā)展方向

開關(guān)設(shè)備的外絕緣受環(huán)境影響很大，但在平原地區(qū)這一問題并不突出，尤其這些年來采取了很多加強(qiáng)絕緣的方式：

（1）增加了爬電距離，達(dá)到20 mm/k V。

（2）有的絕緣件開始使用憎水性很強(qiáng)的硅橡膠作為與空氣的接觸層，抗凝露能力大有提高；

（3）安全距離由300 mm增大到360 mm，這對絕緣安全極為有利；

（4）充分采用有限元分析方法，在設(shè)計(jì)初期就對電場較強(qiáng)的地方進(jìn)行完善設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品發(fā)生放電的幾率大幅降低；

（5）溫濕度控制裝置已普遍使用，這對防凝露也有很大益處。

我國電氣化鐵道開關(guān)設(shè)備在設(shè)計(jì)選型方面有些不合理，應(yīng)該從最低端的網(wǎng)柵式向箱式開關(guān)柜、金屬間隔式開關(guān)柜、鎧裝式開關(guān)柜、氣體絕緣開關(guān)柜逐步發(fā)展。而實(shí)際情況是大量使用網(wǎng)柵式（目前還在使用），少量使用箱型移開式，高速鐵路直接使用氣體絕緣式的。沒有大量使用性價比最高的鎧裝柜，這與電力行業(yè)的使用情況正好相反。由于電力行業(yè)的開關(guān)柜用量極大，具有豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)：在一般場合使用空氣絕緣的鎧裝柜，在條件嚴(yán)酷的場合可以使用充氣柜。實(shí)踐證明，這是比較理想的選擇。

目前大量使用的箱式柜存在的主要問題：

（1）箱式開關(guān)柜由于隔室太少（只有一個高壓隔室），一點(diǎn)出線弧光短路，會損壞所有柜內(nèi)高壓元件，尤其二次導(dǎo)線，再恢復(fù)送電困難；

（2）電弧光保護(hù)的作用是讓進(jìn)線斷路器無延時跳閘（進(jìn)線斷路器一般只能設(shè)置限時電流速斷保護(hù)），保護(hù)開關(guān)柜免受更大的損壞。箱式柜內(nèi)只能安裝一個弧光探頭，不論回路哪里故障都要讓進(jìn)線跳閘，造成不必要的大面積停電，嚴(yán)重影響行車；

（3）防護(hù)等級太低，對操作人員的保護(hù)有限。

金屬間隔式開關(guān)柜由于隔板有絕緣板，容易受潮、老化，引起擊穿放電。

所以，以上兩種柜型在國內(nèi)、外已經(jīng)被淘汰，用量極少。

4.1 鎧裝柜安裝方式的選擇

按照斷路器安裝方式開關(guān)柜分為固定式與移開式兩種，前一種方式的斷路器固定安裝在開關(guān)柜內(nèi)，通過上、下隔離開關(guān)與母線側(cè)和出線側(cè)隔離或接通。后一種方式的斷路器可以在開關(guān)柜內(nèi)移動，也可以移除柜外，實(shí)現(xiàn)與母線側(cè)和出線側(cè)隔離或接通。

在20世紀(jì)90年代之前，斷路器大多還是少油式的，每次開斷短路電流后都要換油檢修，設(shè)計(jì)成移開式的比較方便檢修。但是，現(xiàn)在斷路器都是真空式，幾乎免維護(hù)，壽命高達(dá)20年以上。所以再使用移開式（手車式）的開關(guān)柜就根本沒有必要了。相反，移開式開關(guān)柜安全性低的問題卻顯現(xiàn)出來，尤其是大電流電路，隔離觸頭接觸的可靠性遠(yuǎn)不如隔離開關(guān)可靠性高。文獻(xiàn)［1］載流故障占所有事故的2.3%，開關(guān)柜占（全部載流事故的）其中77.8%。主要集中在12～40.5 k V中壓開關(guān)設(shè)備上，觸頭過熱，引線過熱，常擴(kuò)大為絕緣事故。主要是由于插頭接觸不良、插頭偏心等原因?qū)е逻^熱，以致起弧燒壞設(shè)備。

4.2 鎧裝柜絕緣方式的選擇

絕緣方式主要有空氣絕緣、氣體絕緣和固體絕緣3種方式。氣體絕緣存在的問題上文已經(jīng)討論過了，固體絕緣這幾年來曾經(jīng)推廣過一段時間（僅限12 k V），但由于絕緣容易老化、散熱困難、額定電流過?。?30 A）等問題，推廣范圍有限。

文獻(xiàn)［1］絕緣事故占所有事故的14.3%，開關(guān)柜及斷路器占（全部絕緣事故的）其中73.2%。主要是柜內(nèi)放電、CT閃絡(luò)和相間閃絡(luò)。斷路器與開關(guān)柜不匹配，絕緣尺寸不夠，柜內(nèi)隔板吸潮，爬距不足，老舊開關(guān)改造不徹底，未進(jìn)行加強(qiáng)絕緣措施等原因造成。在40.5 k V開關(guān)柜中該問題更為突出。

經(jīng)過多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明：空氣是最可靠、安全和環(huán)保的絕緣介質(zhì)。只要保證足夠的安全距離，沒有過大的局部場強(qiáng)，就可以安全運(yùn)行。

單相27.5 k V電氣化鐵道開關(guān)設(shè)備對地最高電壓為31.5 k V，40.5 k V三相系統(tǒng)對地電壓為23.4 k V，這就意味著同樣條件下前者的絕緣要求還要大于后者。國家電網(wǎng)公司2005年就要求40.5 k V戶內(nèi)安全距離由300 mm加大到360 mm，鐵道行業(yè)也更需要加大開關(guān)設(shè)備的安全距離。

4.3 現(xiàn)有鎧裝移開式開關(guān)柜事故原因

（1）由于歷史的原因，手車式結(jié)構(gòu)已被廣泛認(rèn)可，習(xí)慣性思維使得開發(fā)設(shè)計(jì)人員還是按照移開式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)上沒有重大突破；

（2）為了追求小型化，大量使用有機(jī)絕緣材料，絕緣老化問題不可避免；

（3）隨著外殼、各個隔室防護(hù)等級的提高，必然不利于散熱，尤其觸頭盒全密封，使得最大的發(fā)熱源——隔離觸頭散熱困難，溫升過高更加劇老化；

（4）手車式結(jié)構(gòu)由于移動部件笨重，不但操作困難，變形越加嚴(yán)重，動、靜觸頭偏差超過限度后，載流能力下降，溫升過高；

（5）由于鎧裝柜防護(hù)等級高，主要溫升點(diǎn)不便觀測（有時即使觀測到也無法處理），這也是釀成事故的原因之一。

4.4 鎧裝固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備是未來的發(fā)展方向

運(yùn)行事故統(tǒng)計(jì)表明高壓開關(guān)柜燒毀事故已呈上升趨勢，這不能不引起我們的極大關(guān)注。這些問題國內(nèi)、外都給予了充分的重視，這在GB 3906－2005［2］中就已充分體現(xiàn)。首先在標(biāo)準(zhǔn)附錄F中F.1條“與GB 3906－1991相比，分類的變化”中明確指出：前版標(biāo)準(zhǔn)主要圍繞可抽出式的空氣絕緣外殼而編寫的。現(xiàn)在的趨勢朝著固定式和GIS方向發(fā)展，需要本標(biāo)準(zhǔn)代表這些設(shè)備。其次在8.2條“設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)選擇”中又一次明確：固定式的總裝，尤其是采用了少維護(hù)元件的總裝可以提供終生低投入高收益的布置。

4.4.1 現(xiàn)階段固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的不足之處

體積龐大，尤其大電流柜，占地面積大，安裝、運(yùn)輸同樣也很困難；隔室間防護(hù)等級有的未達(dá)到IP20要求，外觀不夠理想；隔離開關(guān)操作力太大，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的應(yīng)變性差；材料消耗和工時成本都不夠經(jīng)濟(jì)。開關(guān)（斷路器）參數(shù)檢測困難，直接影響運(yùn)行安全；有的不能靠墻安裝，占地面積大；有些沒有考慮安裝快速接地開關(guān)，不符合GB 3906－2006要求；接線方式不夠靈活，架空出線占地面積過大。

4.4.2 固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的新思路

針對上述問題，提出以下新的思路，作為設(shè)計(jì)固定式開關(guān)柜總的原則。

（1）為了實(shí)現(xiàn)小型化，首先實(shí)現(xiàn)元件組合化。例如，把斷路器與隔離開關(guān)組合成一個元件；

（2）雖然斷路器固定安裝，但是，還要像手車一樣方便安裝、移出，作到可維護(hù)、能維護(hù)；

（3）所有元件的操作都要實(shí)現(xiàn)電動為主、手動為輔，提高自動化程度，便于智能化、遠(yuǎn)動操作；

（4）電路簡單，方案靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)開發(fā)出圖3所示新型結(jié)構(gòu)的開關(guān)柜。

該結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)就是把斷路器與上、下隔離開關(guān)組合成一個元件，而且觸臂是上、下直線運(yùn)動，使導(dǎo)電電路近乎成一條直線，達(dá)到最短，也使整個柜子實(shí)現(xiàn)最小。在這種條件下，全部實(shí)現(xiàn)空氣主絕緣、安全距離不小于360 mm、額定電流達(dá)3 150 A、斷路器可以推進(jìn)、抽出。目前在國內(nèi)、外文獻(xiàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)道。

5 設(shè)計(jì)實(shí)例

方案出線設(shè)計(jì)有50%備用，出線側(cè)有隔離開關(guān)、接地開關(guān)，可以省卻線路上的隔離開關(guān)和接地開關(guān)。優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）子結(jié)構(gòu)上已達(dá)到鎧裝的要求，防護(hù)等級達(dá)到IP4X/IP2X（隔室間），有了安全保障；

（2）額定電流達(dá)到3 150 A，為重載鐵路、高速鐵路的應(yīng)用創(chuàng)造了條件；

（3）接線清晰明了，開關(guān)動作過程清晰可見，減少了運(yùn)行人員誤操作的可能；

（4）與充氣柜相比較，同樣的主接線方式綜合占地面積和建筑面積減少20%以上，降低了綜合造價；

（5）斷路器兩側(cè)都設(shè)計(jì)有隔離開關(guān)，檢修方便，供電的連續(xù)性最高，運(yùn)行方式靈活；

（6）可以節(jié)省50余根動力電纜，100多個電纜頭，僅此一項(xiàng)就可節(jié)省造價200余萬元；

（7）開關(guān)操作都以電動為主，極大地降低了危險性和操作強(qiáng)度；

（8）地開關(guān)安裝在柜內(nèi)，且能關(guān)合短路電流，省卻了戶外桿上接地開關(guān)還保證了安全。

6 結(jié)束語

高速鐵路在我國雖然發(fā)展很快，但運(yùn)行時間還很短，存在的問題還有可能沒有暴露出來，需要進(jìn)一步的總結(jié)和分析。對牽引變電站宜選用氣體絕緣柜的要求還有待商榷。

［1］ 宋杲，崔景春，袁大陸.2004年國家電網(wǎng)公司高壓開關(guān)運(yùn)行分析［J］.高壓開關(guān)，2005，22（3）：7-13.

［2］ 王季梅，吳維忠，魏一鈞，劉文進(jìn).真空開關(guān)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［3］ 徐國政，張節(jié)容，錢家驪，黃瑜瓏.高壓斷路器原理和應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2000.

［4］ 王季梅.真空開關(guān)理論及其應(yīng)用［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1986.

［5］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 4787－2010高壓交流斷路器用均壓電容器［S］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

［6］ 黎 斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［7］ 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 3906 3.6～40.5 k V交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備［S］.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［8］ GB1122.高壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求［S］.

Research On Switch Equipment Selection of High-speed Railway

GAO Zhongjie1，TU Dashi2
（1 Design Institute of Taiyuan，China Railway Engineering Consulting Group Co.，Ltd.，Taiyuan 030013 Shanxi，China；2 Huadian Tech Center（Beijing）Electric Co.，Ltd.，Beijing 100192，China）

The basic requirement of traction power supply for electrified railway of our country is：indoor air insulated switch equipment is used at 200 km/h and below（single-phase unipolar 27.5 k V mostly）；outdoor open switch equipment is used at 200－250 km/h（single-phase bipolar 2×27.5 k V and 55 k V mostly），indoor gas insulated switch equipment is used at more than 250 km/h（single-phase bipolar 2×27.5 k V mostly）.Along with the rapid development of high-speed railway，the problems of electrified railway switch equipment which the standard stipulates have gradually exposed.

railway；electrify；switch equipment；armored metal-enclosed；gas insulation；selection

U223.6

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.31

1008－7842（2014）05－0113－07

1—）男，工程師（

2014－03－14）