ABB的户外高压交流隔离开关

第页ABB的户外高压交流隔离开关钟振蛟1前言前德国BBC公司成立于1900年，是瑞士BBC公司的分公司，它生产的户外高压隔离开关，在国际上曾经享有盛名，且率先研制出1000kV特高压单柱折架式隔离开关。世界上某些高压隔离开关专业公司如日本高岳等，就是由引进BBC的专利技术开展起来的。我国改革开放后，于上世纪70年代末大力开展电力建立的时候，当时的德国BBC公司，也和法国MG〔Egic〕、Alsthom、德国SIEMENS、日本高岳、荷兰HAPAM等国际知名公司一起，先后把高压隔离开关产品投放到中国电力市场。笔者曾在上海、辽宁、广东等地的500kV变电站看到BBC公司的252、550kKV高压隔离开关在运行。可是，自从上世纪80年代，世界上历史最悠久的两家电气公司瑞士BBC公司〔成立于1891年〕与瑞典ASEA公司〔成立于1883年〕联合成立ABB公司之后，在我国电力市场上就少了ABB高压隔离开关的身影。笔者曾多方寻觅ABB隔离开关的踪迹而未果。直到2019年，从网上看到北京ABB高压开关设备将生产高压隔离开关的信息，随后与ABB〔中国〕隔离开关负责人交谈中方得知：BBC与ASEA组成ABB后，BBC于2019年将高压隔离开关的技术出售给了荷兰HAPAM公司。如今，ABB决策者认为全球开展最快的市场是中国，看到了高压隔离开关的商机，特别在中国有着广阔的市场，于是在中国北京建立全球性电力产品生产基地，其中就包括72.5kV～550kV高压隔离开关。为此，从荷兰HAPAM把高压隔离开关的技术买了回来，并主要在中国基地进展生产，面向中国及世界电力市场。从2019年开场，北京ABB高压开关设备的高压隔离开关已经参与中国电力市场的角逐。目前已在内蒙古旗下营500kV变电站、湖北长阳220kV变电站及中铝青海第二铝厂等工程中标。久违了的ABB高压隔离开关，将在中国电力系统中重新出现。从笔者掌握的资料中了解到，原德国BBC公司生产的隔离开关，主要有TFB型170kV～765kV单柱双臂垂直伸缩式、SGF型123kV～420kV双柱水平中央开断式和TDA型三柱水平双断口式隔离开关。此外，美国ABB公司曾生产TTT型35kV～550kkV～800kkV～362kV双柱水平中央开断式及DRV型48kV～169kV双柱水平V形隔离开关，但现已停顿生产。目前，由北京ABB高压开关设备生产的高压隔离开关，其构造形式主要是源自荷兰HAPAM公司。荷兰HAPAM公司成立于1925年，是欧洲最大的隔离开关专业生产厂家，在全球80多个国家有10万组以上多种型号高压隔离开关和接地开关在可靠运行。目前，已有800余组HAPAM的隔离开关产品进入中国，在南桥-葛洲坝工程、贵港直流、安顺-肇庆,三峡至广东和上海等国家重要工程中运行。北京ABB高压开关设备当前在中国市场推出的几种高压隔离开关，其产品构造与目前在中国电力市场上畅销的法国Egic、AREVA、德国SIEMENS等外国公司的同类产品有所不同。本文在此对北京ABB的高压隔离开关做一些粗略介绍，以饷读者。2ABB高压隔离开关构造介绍及特点2.1ABB高压隔离开关的主要技术参数及构造特点 目前，ABB在中国北京基地生产的高压隔离开关计有：SSBII型双柱水平中央开断式、SSBIII型三柱水平双断口式、VKSBIII型双柱水平伸缩式及GSSB型单柱双臂垂直伸缩式隔离开关及ASB型接地开关，其主要技术参数见表1表1ABB高压隔离开关主要技术参数额定电压〔kV〕12324205501min工频耐受电压〔kV〕相对地1460460520740断口间16雷击冲击耐受电压〔kV〕相对地32555117514251800断口间375631175(+205)1425(+240)1800(+315)操作冲击耐受电压〔kV〕相对地95010501175断口间800(+295)900(+345)900(+450)额定电流及额定短时耐受电流1250、1600A：80kA〔峰值〕－32kA/3S2000A：100kA〔峰值〕－40kA/3S3150A：125kA〔峰值〕－50kA/3S4000A：160kA〔峰值〕－63kA/3S各类隔离开关的额定参数范围SSBII型SSBIII型VKSBIII型GSSB型额定电压：72.5～420kV额定电流：1600、2000、3150、4000A额定电压：72.5～550kV额定电流：1250、2000、3150A额定电压：245～550kV额定电流：2000、3150、4000A额定电压：123～550kV额定电流：2000、3150、4000AABB高压隔离开关共有的构造特点是：1．导电臂采用铝镁硅合金材料制成，强度高、重量轻、导电性能好、耐腐蚀能力强。2．转动导电接触采用青铜滚珠轴承，转动灵活、导电可靠、耐久性好。3．传动部件与导电部件通过复合尼龙材料进展隔离，防止传动部件通过电流而退火降低机械强度。4．钢铁部件均经热镀锌处理，能保证运行30年不腐蚀。5．瓷瓶底座轴承采用针式轴承和滚珠轴承混合式构造，使基座长期承受巨大的轴向力。轴承上下均采用高效密封。6．轴销、紧固件采用不锈钢制成，触头弹簧也配用不锈钢弹簧，抗腐蚀性能好。2.2SSBII型双柱水平中央开断式隔离开关 双柱水平中央开断式隔离开关，每相两端可旋转的绝缘支柱安装在一个底座上，两个导电臂分别固定在绝缘支柱顶端。操作机构驱动一端绝缘支柱转动并通过穿插连杆使另一端绝缘支柱同时反向转动90°，实现隔离开关分闸和合闸。可以一侧或两侧附装接地开关。适用于变电站作为进出线隔离开关。 SSBII型隔离开关产品外形如图1所示。导电臂采用∏形铝合金型材制成，一个导电臂端头装铜板弯成的触头；另一个导电臂端头装外压不锈钢弹簧的触指。触头、触指均镀银，其形状见图2。触头具有自清扫能力。触头前端接触圆弧，特意做成一前一后，有利于减少合闸时触头滑动的阻力。触头上方有屏蔽罩，具有均匀电场、降低电磁干扰的作用，同时防止雨雪、沙尘和阳光直接作用于触头接触部位。 两个绝缘支柱下部通过装有滚针和滚珠轴承而且密封的轴承座安装到底座上。轴承座构造见图3，其上设有加油孔，用户可视情况定期加油，厂家建议每隔5年加一次。 两个出线座中，导电棒与导电座的导电连接，采用上下两排镀银青铜滚珠，两排滚珠之间用不锈钢弹簧支撑，其间充填润滑脂，为全密封构造，不需要维护〔如图4〕。由于构造设计合理，密封良好，可保证30年使用寿命内防尘,水和湿气,并自润滑免维护运行.滚珠采用锡青铜镀银的特殊材质，硬度高，其与轴套之间的公差配合小，耐磨损，最大接触电阻仅为9微欧，能够可靠的防止接触发热故障。在国外已经有了近40年的运行经历，没有发生过任何问题。这种“铜滚珠导电轴承〞是ABB隔离开关的特色构造之一。以前国产隔离开关有些也采用类似的滑动接触，但由于加工精度、公差配合达不到要求，故不能保持长时间的接触压力和密封性，只好改用软连接。虽然软连接体积较大,有被腐蚀和折断的缺点,不易封闭,但是构造简单,制造容易,本钱低,接触可靠,所以仍然被广泛应用. 国外公司双柱水平中央开断式隔离开关构造比照见表2。 表2国外公司双柱水平中央开断式构造比照公司、型号工程ABB意大利COELMEAREVASIEMENS日本高岳加拿大EMSPECSSBIICBD/SDCD、S2DACRTHBESR-16200导电臂∏形铝合金型材铝合金型材∏形铝合金型材铝合金圆管铜板/铝合金板铝合金圆管触头铜板弯成铜板弯成铜板弯成鼓形铜板弯成铜触头触指外置弹簧触指外置弹簧片触指/软连接U形触指〔外置弹簧〕自力形触指〔铜铬锆合金〕外置弹簧触指自力形触指出线端活动接触镀银青铜滚珠触指铝导电带镀锡铜导电瓣铜导电带多触点弹簧触子额定电压〔kV〕72.5～42072.5～55072.5～525123～24535～252110～3302.3SSBIII型三柱水平双断口式隔离开关 三柱水平双断口式隔离开关，每相有3个绝缘支柱安装在一个底座上，两端支柱固定，静触头装在其顶端，动导电臂安装在中间转动支柱顶端。通过操动机构驱动中间转动支柱实现分、合闸，分闸状态有两个串联断口，相间距离比双柱水平中央开断式小。可以一侧或两侧附装接地开关。可作为变电站的进出线隔离开关。 SSBIII型隔离开关产品外形如图5所示。导电臂为∏形铝合金型材制成。与通常三柱水平双断口式不同之处是：外压弹簧式触指装在导电臂两端，静触头那么为梭形铜触头。动、静触头均镀银，其形状如图6所示。动触头上设有钩板，合闸后具有自锁功能，以保证短路电流作用下，触头可靠接触。静触头顶部设有屏蔽罩，防止产生电晕和降低电磁干扰，同时防止雨雪、沙尘、阳光直接作用于触头接触部位。 国外公司三柱水平双断口式隔离开关构造比照见表3 表3国外公司三柱水平双断口式构造比照公司、型号工程ABB意大利COELMEAREVASIEMENS美国SSL日本高岳SSBIITCBS3CDDRRDATHSF导电臂∏型铝合金型材铝合金方管铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管铜角板动触头外置弹簧触指触指〔外置弹簧〕铜板自力型触指〔铜铬锆合金〕铜板铜板静触头梭形铜触头铜板U形触指〔外置弹簧〕梭形铜触头U形触指〔外置弹簧〕外置弹簧触指导电臂动作平动平动平动＋翻转45°平动平动＋翻转45°1．平动2．平动＋翻转90°额定电压〔kV〕72.5~55072.5~30072.5~55036~80072.5~110072.5~2452.4VKSBIII型双柱水平伸缩式隔离开关 双柱水平伸缩式隔离开关由静触头支柱，折叠伸缩的动触臂支柱和操作绝缘子组成。合闸时操动机构通过操作绝缘子及传动装置，使动触臂由折叠状态向水平方向伸展，直到动触头与静触头完全接触。相间距离小，分闸垂直高度也不高，可一侧或两侧附装接地开关，适合于变电站作为进出线隔离开关。当两组双柱水平伸缩式组成共静触头柱时，适用于变电站的1倍半接线。 VKSBIII型隔离开关产品外形如图7所示。 VKSBIII型的前、后导电臂采用铝镁硅铝合金圆管，为了安装方便，连接部位压扁。前、后导电臂之间及后导电臂与铸铝导电基座之间的活动接触，采用多点滑动接触的“铜滚珠导电轴承〞。其原理与SSBII型出线端一样，如图8所示。在轴套1和轴套2之间通过一排镀银青铜滚珠来导电，滚珠利用蝶簧压紧，导电性能优异。优质橡胶O形密封圈，使其具有良好的密封性能，有效地防止电接触面受外界环境的影响。 采用双导电臂构造，便于提高额定电流。导电臂的折叠伸缩采用单连杆驱动。平衡弹簧放置于导电基座上，并且置于单独防护筒之中，可以防止生锈腐蚀。这种设计防止了导电臂内积水结冰而产生拒动的问题，并通过复合尼龙材料将所有传动部件与导电部件隔离，防止传动部件通过电流而退火降低机械强度。 动触头为插入式，具有自清扫功能。其为喇叭形构造，具有很大的接触范围，导向性能非常好，触头上方设有钩板，合闸后使动触头锁定在合闸位置。动、静触头外形及合闸过程见图9。在触头开断处和导电臂的绞接部位设置有屏蔽罩，防止电晕和降低电磁干扰。 图10为共静触头的2VKSBIII型单极根外形。 国外公司双柱水平伸缩式隔离开关构造比照见表4 表4国外公司双柱水平伸缩式构造比照公司、型号工程ABBEgicAREVASIEMENS加拿大EMSPECVKSBIIIOHSPO、SPOLKRFVB-15506导电臂铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管触头接触形式插入式(静触头为触指)钳夹式插入式(静触头为触指)插入式(动触头为触指)插入式(动触头为触指)关节导电方式镀银青铜滚珠轴承铜滚柱接触盘铝导电带软连接多点弹簧触子伸缩传动机构单连桿传动齿轮齿条齿轮齿条不详双连桿传动平衡弹簧布置单独置于封闭筒内置于导电臂内置于导电臂内置于导电臂内置于传动基座额定电压〔kV〕245~550245~765245~800245~550550110~5502.5GSSB型单柱双臂垂直伸缩式隔离开关 单柱双臂垂直伸缩式，通常简称剪刀式。每相只有一个绝缘支柱和一个操作绝缘子，剪刀形折臂固定在绝缘支柱顶上。动触头为钳夹式，借助折臂的伸缩，动触头便能与悬挂在母线上的桿状静触头夹紧或分开，完成隔离开关分、合闸。分闸后形成垂直的绝缘断口，其分合闸状态清晰，利于巡视。可附装接地开关，作为下层母线接地用。适用于变电站用作母线隔离开关，直接安装在架空母线正下方，可以节省占地面积和引线导线，特别在双母线带旁路母线的布置中，节省效果最正确。 GSSB型隔离开关产品外形如图11所示。 GSSB型为双折架，即两把剪刀，可以很方便地提高额定电流。导电臂为铝合金圆管，为了安装方便，连接部位压扁。上、下导电臂之间的活动接触，采用与VKSBIII型构造一样的专用“铜滚珠导电轴承〞，见图12。下导电臂与兼作导电体的铸铝传动箱之间的活动接触，其具体构造见图13。该导电轴承体积小，导电性、密封性、抗腐性、耐久性非常好。 操作绝缘子通过连杆驱动一侧下导电臂摆动，借助反向连桿带动另一侧下导电臂反向摆动，实现折架伸缩。平衡弹簧用以抵消导电折架合闸所产生的重力矩，使操作轻便。传动箱内部布置见图14。传动箱有盖为封闭型，箱内元件不受雨雪、沙尘及污染气体侵袭，不会生锈腐蚀。传动部件与导电部件分别独立配置，并通过复合尼龙材料将所有传动部件与导电部件隔离，防止通过电流而退火降低机械强度。动触头顶端及导电臂绞接处均设有屏蔽罩，以防止产生电晕和降低无线电干扰。 上导电臂的动触头为固定在铝管上的∏形镀银铜板。触头钳夹范围和接触区大，可以用于硬母线及软母线。 双母线接线的母线隔离开关，需要具有开合母线转换电流的功能。ABB公司GSSB型备有几种具有开合母线转换电流功能的静触头，可供用户选择。比拟复杂的一种构造，其静触头两端各设置一个灭弧室，操作时动触头通过辅助触桿驱动灭弧室中速动触头，将电弧在灭弧室中熄灭，从而使动、静触头上不再有电弧出现，大大提高了开断母线转换电流的能力。在KEMA试验结果为330V，1600A，350次。但是，这种静触头价格比拟贵。一种比拟简单实用的静触头如图15所示。在静触头上增设铜钨合金棒、铜钨合金块及弹簧等构成灭弧回路。合闸时，在动触头与静触头接触之前，分闸时，在动触头与静触头分开之后，通过静触头两侧的接触臂将电弧转移到灭弧回路并熄灭。防止在动触头与静触头之间发生电弧烧伤。 国外公司单柱双臂垂直伸缩式隔离开关构造比照见表5。 表5国外公司单柱双臂垂直伸缩式构造比照公司、型号工程ABBSIESMENSAREVA日本高岳EgicGSSBPRPTPD2SP导电臂铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管铝合金圆管铝合金管关节导电方式镀银青铜滚珠轴承1．镀锡铜软辫2．表带形触指Z形触指盘铜导电带铜滚轮接触盘平衡弹簧布置置于封闭传动箱内封闭于导电夹头与传动轴间置于封闭传动箱中置于封闭传动箱内置于封闭传动箱内传动箱铸铝〔兼作导电体〕铸铝〔兼作导电体〕铸铝〔兼作导电体〕钢制〔外加导电板〕铝合金〔兼作导电体〕额定电压〔kV〕123～550123～525123～550245~76572．5～3002.6ASB型接地开关 ASB型接地开关，包括72.5~550Kv,可以独立使用，也可以附装到ABB各型隔离开关上。接地开关与隔离开关同时采用电气和机械联锁。 ASB型接地开关外形见图16。接地开关为两步动作方式，手动或电动机构操作，接地刀桿从水平位置旋转90°到垂直位置，至限位块挡住后，再垂直插入静触头中，保证可靠接触，并由自锁机构锁住在