淺談高壓開關設備的選擇

馬小燕

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

淺談高壓開關設備的選擇

馬小燕

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

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

高壓開關設備；高壓斷路器；高壓隔離開關；GIS；敞開式設備

高壓開關設備在電力系統的地位十分重要，正常運行時通過斷路器、隔離開關可以調整、控制系統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的安全運行。因此高壓斷路器、隔離開關的可靠運行成為電力系統安全運行的重要保證。如何選用斷路器、隔離開關已成為電力部門、高壓電力用戶基建和生產中的重要問題。

一、高壓斷路器的選擇

高壓斷路器的主要任務是：在正常運行時用它接通或切斷負荷電流；在發生短路故障或嚴重過負荷時，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。

由于高壓開關設備有多種形式，所以，選擇高壓斷路器，不僅要求其設備與電網運行參數相匹配，還要考慮設備所在位置的電網結構、主接線形式、環境條件、運行維護對斷路器形式、滅弧介質、斷路器操動機構形式的要求。

1.電網結構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，如何在停電期間轉供負荷，這是選擇GIS設備必須考慮的問題；其次，變電所處于不斷發展的區域，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)，可充分發揮節省占地、布置清晰、無保護死區的優點；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(外)橋接線，或進出線較少的雙母線接線，采用GIS則更能體現其優勢。

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備，以減少設備檢修停電時間和檢修次數，提高供電的可靠性。那么同樣是敞開式設備，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，為監視絕緣狀況，需定期進行絕緣測試。排除制造個案，僅從結構本身看，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構、傳動形式相同，二者的可靠性、維護量大致相同(當然，不同制造廠、不同結構產品有所不同)。

GIS(H-GIS)是將更大范圍的配電設備組裝到一個金屬殼內，因此，比暴露在大氣環境下設備運行可靠性更高、維護量更小。一旦GIS內部出現故障，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備。

4.環境條件與斷路器形式、滅弧介質的選擇

污穢嚴重的地方如果選用敞開設備，不僅因設備需大爬距增加工程造價，而且因污染嚴重，設備易受腐蝕，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，因此罐式斷路器應是寒冷地區電網的優選。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SF6的混合比例推算出來的)。真空斷路器環境適應范圍廣、維護量小、環保，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，應首選真空斷路器。但真空斷路器受向高電壓發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。按照國家標準、電力行業標準“當產品的設計、工藝、生產條件或使用的材料及主要元件發生重大改變而影響到產品性能時，應作相應的形式試驗”，像這種將絕緣、滅弧介質作了“重大改變”的斷路器，更應該進行相應的形式試驗。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.斷路器操動機構形式的選擇

如果不考慮操動機構的運動特點，單純從使用者的角度出發，結構簡單、維護量小且方便、可靠性高的操動機構就是好的操動機構。

斷路器操動機構形式的選擇同樣要考慮其運行所在地的環境條件。

影響操動機構的環境條件主要是環境溫度、溫差、風沙。尤其是環境溫度，對斷路器操動機構的特性有著非常大的影響。當溫度低時，閥體內彈簧特性變化，各傳動環節，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。

在實際中不難發現，許多制造商按一般環境條件進行設計、制造的產品，一旦在低溫環境下有供貨需求，僅在產品“使用條件”進行文字改動，如-25℃改為-40℃，而對產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，僅在機構箱內增加加熱器。而加熱器功率的選擇是否滿足產品技術條件中規定的“-40℃”要求，只能到運行“現場考核”。所以為了保障電網在低溫下的安全運行，必須選用經過低溫下動作特性試驗合格的斷路器。

當然，凡是設備的選擇都要進行經濟技術比較。比較的方式不同，可能得出的結論也不同。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，前者比后者技術先進，運行可靠性高，按一次性投資比較，后者經濟。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濟。同樣，其他各種斷路器的技術經濟比較應該以設備使用壽命期的全部費用比較，而不應以一次性投資進行比較。

二、隔離開關的選擇

隔離開關設有滅弧裝置，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。選用隔離開關時，要考慮以下幾個方面：

1.隔離開關結構形式的選擇

一般情況下，設計院、使用單位對隔離開關結構形式的選擇考慮最多的是隔離開關結構形式對占地面積的影響，而忽略了隔離開關結構形式與環境之間的關系。

與斷路器相同，隔離開關的選用與其使用地點的環境關系很大。只是受其影響的具體環境條件不同，這是斷路器與隔離開關結構差別造成的。如，最低環境溫度影響對SF6斷路器很大，而隔離開關卻不受其影響(但年溫差的大小對隔離開關有影響)；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(特定結構的)隔離開關的操作性能、導電性能影響很大。而現行標準中的隔離開關形式試驗，不能將上述各種環境條件和工況全部考慮到。因此在選用隔離開關時，應特別注意被選用的隔離開關的各關鍵部位的結構。

2.關于額定電流的選擇

運行了一段時間的隔離開關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。電力行業標準規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，從而增加隔離開關載流的可靠性。但溫升試驗與現場的實際相差較遠，有的設備通過了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。兩種試驗結果，哪個結果說明載流能力好，可比性如何?沒有科學的論證。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備。在實際運行和溫升試驗中發生載流故障的部位都是導體的連接 (鉸接、對接)部位。由于隔離開關的主要薄弱點在于此，在可能的情況下，一般選擇隔離開關的額定電流要比實際流過的電流大很多。制造廠應在導體的連接部位采取不受環境影響的結構，如自清潔的銅墨觸頭、導體之間采用軟聯片連接等，使隔離開關在使用壽命期內的實際載流能力與銘牌額定電流相近。

3.短時耐受電流持續時間的選擇

短時耐受電流持續時間的選擇與開關設備所在地保護配置有直接關系。220kV及以上變電站，除非終端變電站，短時耐受電流持續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的接地刀材質并非通過了動熱穩定試驗的設備材質(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)，對這種產品應按不合格產品處理。

4.隔離開關、接地開關切合感應電流的選擇

隨著電力系統的迅速發展，同桿并架的線路越來越多。隔離開關、接地開關切合感應電流的要求越來越多。IEC、國家、行業對此制定了相應的標準。現在的問題是：按照已有標準進行的相關試驗，滿足不了實際的需要，要么感應電壓低于實際需求，要么感應電流小于實際需求。產生問題的原因之一是：標準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、接地開關需要切合的感應電壓、電流，都比高電壓的高，與現行標準恰恰不同。運行部門、設計部門應不斷積累這方面的數據，為今后修訂標準提供依據。

在現今國內市場，同一電氣參數的隔離開關價格差異很大，其隔離開關的用材差異也很大，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，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等。隔離開關在變電站的位置比較特殊，這決定了隔離開關的檢修比斷路器更難，隔離開關的故障比斷路器對電力系統的影響更大。

［1］顧霓鴻.高壓開關設備的發展與應用［J］.中國電力，1996，（12）.

［2］劉思亮.建筑供配電［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

TM

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1673-0046（2010）8-0159-02