高压开关设备的现状与发展

高压开关设备的现状与发展

0高压开关设备高压开关设备是电气产品，主要用于能源系统的能源电压、电源的转换，以及控制、保护和切断电路。它的电压等级大多位于3.5～46kV之间,主要用户群体多是变电站、输配电线路、发电站和矿产企业等。高压开关设备主要通过以下2个方面来保证电网系统的正常运行和维修人员的人身安全:(1)在输配电线路和电力设备发生紧急情况时,能将故障部分快速从电网中切除;(2)可以灵活地确定部分线路投入运行与否。本文介绍了我国高压开关设备的现状和发展情况,分析了其分类及特点,并对高压开关柜的“五防”作了简要阐述。1开关设备使用现状20世纪70年代初,我国由于各项技术还不够完善,必须从国外引进SF6断路器。多年来,经过不断研发和创新,如今SF6断路器和真空断路器已经在我国电力系统中占据举足轻重的地位。目前,我国以40kV电压等级为界,40kV以上高压开关设备全部使用SF6断路器,40kV以下使用真空断路器。SF6断路器主要有2种结构:(1)罐式,其具有较好的适应性和协调性,且安全性极高,目前主要用于国家电网中;(2)瓷柱式,其最大特点是可以通过串接方式获得自选电压值,价格相对低廉,在500kV以下的超高压领域有绝对的优势。真空断路器和真空接触器主要运用于40kV以下电压等级的电网中。在我国,中低压配电系统主要运用110kV双断口真空断路器,这种断路器是由单断口真空断路器串接而成。2真空灭弧室的应用随着社会经济的不断发展,在电力系统运行过程中,对配电系统的可靠性以及高压开关设备的性能要求都进一步提高。基于社会对于高质量产品的要求,许多设计、研究以及生产部门都做了大量的研究测试工作,除此之外,新技术的广泛应用也使电力系统高压开关设备的技术水平有了显著提高。新时期,高压开关设备主要往以下几个方向发展:(1)环保。之前,SF6气体因其具有优良的灭弧和绝缘性能,在电力系统高压电气中得到了广泛应用,但在1997年《京都议定书》签署之后,各国都逐渐停止使用。但到目前为止,还没有找到合适的替代气体,因此SF6气体在整个电力系统电气生产中的作用仍不可小觑。(2)应用新型材料。相对于室内产品来说,户外产品的环境(如湿热、污秽、烟雾、高海拔以及大气污染等)适应性能要求比较高,在此基础上,自洁型材料以及耐紫外线强度高的新型有机绝缘材料(如户外硅橡胶、聚氨醋、户外环氧树脂及陶瓷等新型材料)在户外产品中的应用越来越广泛。此外,真空断路器具有少维护、免维护及灭弧性能优良的特点,特别是低重燃、小型化的真空灭弧室的发明应用,使其在户外产品中所占的比例越来越高。(3)免维护。目前,高压电气生产厂家的目标和方向主要是免维护产品的研究与开发。现今,应用于SF6断路器/重合器的弹簧操动机构可以做到免维护,应用于真空断路器/重合器的弹簧操动机构基本上可以实现1000次机械性能稳定的操作,而电磁操动机构可以实现5000次机构操作的寿命,满足了大部分用户的需求。但是控制永磁操动机构的蓄电池、电容器以及电子设备的平均使用寿命只能达到7年,这与电力系统设备本身的要求并不相符。(4)小型化。与以前的户外配电设备相比,现今户外配电设备的重量和尺寸在很大程度上都减小了,这主要依赖于气体绝缘技术、复合绝缘技术以及小型化真空灭弧室的广泛使用。与此同时,在电力系统中,电子测量控制技术的进一步发展,在一定程度上推动了电容式分压器和电流传感器在高压电气中的应用,这降低了电力系统中高压电器的体积和重量。(5)组合电器。在使用过程中,户外配电开关设备经常需要与多种高压电气设备结合使用,所以大多数生产厂家将2种以上的电气设备组合起来,如负荷开关—隔离开关组合电器、负荷开关—熔断器组合电器、断路器—隔离开关组合电器等,这不仅方便了用户的安装和使用,而且降低了产品的成本。(6)最佳人机关系。将操动简便可靠、电动遥控操动、清晰的状态指示融入到开关设计中,加上模块化的设计、插接式安装方式,使得现场快速安装成为可能。新型的控制器及配网自动化系统可以将开关的状态即时传送到运行管理人员的电脑上,“四遥”系统的实现大大减少了运行人员的工作量。(7)智能化。电力系统中,智能化的高压开关设备是集传统的数字技术、在线监测技术、网络技术和通信技术于一体的新一代机电一体化产品,它既是一个独立的个体,又是一个完整的系统。到目前为止,智能化这一概念只是一个泛指,对于电力系统的一个元件来说,可以理解为按照电气智能化的要求培植一个或多个元素以及功能,如通讯接口、传感器等;而对于开关成套设备(如开关柜、配电设备等)来说,则可以理解为对整个电力系统的综合性要求,如远动化、自动化、在线监测、“四遥”等。高压开关柜由柜体和断路器2大部分组成,具有架空进出线和母线联络等功能,应满足交流金属封闭开关设备标准的相关要求。柜体由壳体、电气元件、二次端子及连接线等组成。当前,我国以直流输电工程为依托,不失时机地开展直流输电系统设计、模拟技术研究。“十五”期间,西安高压电器研究所从ABB公司完整地引进、消化、吸收了直流输电工程系统研究与成套设计技术,参与了我国三常线、三上线等输电工程建设及云广线直流输电工程建设等特高压直流输电工程的前期研究,对直流输电系统的研究进行了创新。目前,开关行业基本拥有进行超高压直流工程系统设计所应具备的国际先进水平的数字仿真系统、实时模拟系统及其专有技术,具备了独立从事超高压直流系统研究与成套设计的能力以及开展特高压直流系统研究工作的技术手段,拥有从事直流工程成套系统设备研究与设计的技术队伍。国内开关行业产品试验检测技术水平有了显著提高,代表我国高压电器产品试验检测水平的国家高压电器质量监督检验中心的产品试验检测能力已达到大中型制造厂试验站的检测要求,也足以满足产品试制、出厂试验的要求。3高压设备的分类和性能3.1继电器及其不能接触的高压开关柜按照不同的安装方式,断路器可分为以下3种:手车式、移开式和固定式。由于手车式高压开关柜具有良好的互换性,所以重要电气设备基本都在可移动的手车上面进行安装,这样能大大提高设备工作的稳定性,确保电力的稳定供应。常见的手车类型主要有计量手车、隔离手车、电容器手车等。固定式断路器是指安装方式固定不变的电气元件,其最大优点为经济性好,操作简单方便。继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动性,通常应用于自动化的控制电路中,实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”,故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。按照继电器的安装地点,可以将其分为户外式和户内式2种。高压开关柜按柜体结构可分为箱式金属封闭开关柜、铠装式金属封闭开关柜、间隔式金属封闭开关柜和敞开式开关柜。金属封闭开关柜具体介绍如下:(1)箱式金属封闭开关柜(一般用字母X来替代),以金属封闭式的开关设备为开关柜外壳。如GC-2A(F)型高压开关柜,其外壳有一小部分是敞开的开关设备。(2)铠装式金属封闭开关柜(一般用字母K来替代),主要由互感器、断路器、母线等组成,分别安装在用金属隔板隔开的接地的隔室中,如KYN28A-12型高压开关柜。(3)间隔式金属封闭开关柜(一般用字母J来替代),该开关柜与铠装式金属封闭开关设备相似,其主要电气元件也分别安装于用金属隔板制成的单独的隔室内,如JYN2-12型高压开关柜。3.2聚苯胺系统的设备(1)采用热缩绝缘材料及环氧涂覆绝缘工艺,优化电极形状,柜体结构紧凑,占地面积小。(2)开关柜柜体选用优质冷轧钢经数控钣金加工成形后,通过高强度螺栓螺母和铆螺母连接而成,构件表面采用喷塑或镀锌工艺。(3)可配用国产ZN85-40.5真空断路器和法国施耐德SF1、SF2型及阿尔斯通FP系统SF6断路器,以满足不同用户的需求。(4)开关柜各功能小室均采用金属板封隔,并设有独立的压力释放通道。断路器、接地开关等操作均可在开关柜关闭的情况下进行,即可实现关门操作。开关柜的结构适应性强,主接线方案可达到198种以上,能满足不同用户的需要。手车、断路器、接地开关和后柜门之间设有防止误操作的机械联锁装置。4真空有主要出血管路无法进入预期工作位置(1)防止带电挂接地线:合接地刀若要投入,高压开关柜内的真空断路器在工作时不能出现合闸现象。(2)防止带负荷合闸:高压开关柜里面的真空断路器小车在试验规定的位置合闸后,小车断路器无法进入预计工作位置。(3)防止误入带电间隔:高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时,盘柜后门将使用接地刀上的机械与柜门闭锁。(4)防止带接地线合闸:高压开关柜内的接地刀在合位时,合接地刀无法投入。(5)防止带负荷拉刀闸:高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时,小车断路器无法退出工作位置。