電氣高壓開關設備技術的現狀與改進分析

王志彪 高炳燦 李步樓

平高集團有限公司 河南平頂山 467000

隔離開關主要用來隔離線路或電源，可以開斷母線轉換電流、套管和母線等小的充電電流及電壓互感器的勵磁電流等，裝在直流濾波器高壓側的直流隔離開關還可以開合諧波電流。接地開關主要是在檢修設備時，為確保人身安全而保證設備接地；也可用于人為接地而造成電力系統的接地短路，達到控制保護的目的。直流轉換開關將高壓直流輸電系統中的直流運行電流從一個運行回線轉換到另一個運行回線，主要由開斷裝置、轉換回路、非線性電阻器三個并聯支路組成。

1 高壓交流開關設備

①油斷路器是指觸頭在變壓器油中關合和開斷，利用變壓器油作為滅弧介質的斷路器。這種油斷路器現在已經不再生產。②真空斷路是指觸頭在真空中關合和開斷，利用真空作為絕緣介質和滅弧介質的斷路器，其要求的真空度在pa以上。真空斷路器的電壓等級大多在126kV及以下，目前，在中壓范圍已得到廣泛使用。③SF6斷路器以六氟化硫氣體作為絕緣介質和滅弧介質，具有開斷容量大、絕緣水平高等優點。但對大氣環境的溫室效應帶來不利影響，這是它的缺點。瓷柱式SF6斷路器的開斷元件放在絕緣支柱上，使處于高電位的觸頭、導電部分及滅弧室與地絕緣；絕緣支柱則安裝在接地基座上，稱為外殼帶電斷路器，也稱之為絕緣支柱式斷路器。電壓等級范圍一般不超過550kV，額定電流為3150A、4000A、5000A等，其主要元件包括滅弧室、絕緣支柱和操作機構。按滅弧室斷口數量來分，可分為單斷口和雙斷口斷路器。按操作方式來分，SF6斷路器可分為分相操作和三極聯動斷路器。

2 高壓開關設備問題

2.1 結露產生的原因

所謂結露現象是指柜體內表面溫度下降到露點溫度以下時，內壁表面會發生水珠凝結現象。由空氣內水分和環境溫度的特性可知，結露發生取決于實時的環境溫度和柜內部溫度、相對濕度以及露點溫度。控制柜設計時，可知只要存在溫度差ΔT，就有結露的可能，且環境相對濕度越高，形成結露的溫度差ΔT越小。例如：相對濕度為90%時，溫度差ΔT為1．5-1．8時就會形成結露，相對濕度為60%時，溫度差ΔT為6．9-7．6時才會形成結露。也就是說，在一定的溫度條件下，空氣中的相對濕度越高，結露的溫度越是接近環境空氣溫度。環境溫度越接近露點溫度，凝露就越容易發生[1]。

2.2 開關容量設計及日常運行故障問題

設計開關容量的過程中，設計人員對系統容量計算過小，導致觸頭選擇太小，觸頭在實際負荷的作用下會出現溫升超標問題。安裝觸頭時，由于缺乏嚴格的安裝標準，動、靜觸頭間的接觸面積過小，通過該區域的有效電阻較大，觸頭局部出現溫升情況。此外，高壓開關柜內的開關無法按照開關操作標準進入到指定位置，觸頭間出現孔隙，電流通過該位置時會在局部出現放電情況，進而產生嚴重的升溫發熱情況。

3 高壓開關設備控制措施

3.1 設置加熱器

在實際設備運行中，有的電站在加熱器投入的戶外柜體內產生了結露，沒投入加熱器的卻沒有。這是因為開關控制柜一般都設置在電纜溝的上方，方便電纜進入柜體的位置，柜體下部采用電纜泥、防火水泥和電纜接頭等方式進行封堵。一般電纜溝內的濕度相對較大，由于“煙囪效應”的影響，不管封堵的多嚴密，水分子都會通過柜體底部電纜進線處源源不斷進入柜體內，如下圖所示。加熱器安裝在控制柜的底部，使柜內底部和頂部形成溫度差。當環境濕度特別大，柜外溫度急速變化時，柜體內不大的溫度差，都會在柜體內部溫度低的區域形成結露。這就需要將加熱器分散布置。由于現在的控制柜內的元件布置比較緊湊，多個加熱器分散布置比較困難[2]。

圖1 高壓開關加熱器

3.2 日常運行檢修

日常運行維修過程中，維修人員應定期對開關動、靜觸頭的穩定性進行檢查，同時觀察外觀的顏色是否發生變化。此外，對觸頭間的彈性性能進行檢查，同時檢查光滑性是否符合標準。完成設備檢修后，在開關動、靜觸頭位置涂抹導電膏，提升觸頭的導電能力，降低電流通過開關觸頭的電阻，預防觸頭出現發熱情況。設備正常運行過程中，使用紅外溫度測試儀對開關觸頭和銅排溫度進行檢測，并根據溫度調整負荷對檢測出故障的設備進行維修。

3.3 使用溫濕度控制器

通過傳感器檢測溫度、濕度，按照設定值啟動加熱器。讓加熱器只在需要啟動的時候投入，保障柜體防結露的要求。但是現在國內市場上溫控器的使用電氣壽命一般都不高，通常溫度傳感器壽命僅僅5-6年，濕度傳感器，對灰塵、鹽霧等耐受較差，使用壽命更短。根據南方某地區對變電站的統計，溫濕度控制器故障率達到49．5%。實際投入率也不高，個別的元件僅僅只有80%。這就需要對溫控器進行定期檢查維護，有些溫控器安置在封閉的箱體內，這給檢修維護帶來較大的工作量和不確定性。且溫控器的成本比較高，在運行中個別的溫控器發生了著火燒毀控制柜的情況，給開關安全運行帶來了隱患[3]。

4 結語

高壓開關設備是電力系統中必不可少的重要設備，目前交流開關設備的技術已經成熟，直流開關設備技術正逐步完善，可根據特高壓交直流電網的發展需要，研制出滿足運行工況要求的產品。未來高壓開關設備的發展方向是：優化滅弧室結構，降低操作功，提高開關運行可靠性，做到終身免維護；大力推動智能開關的研制和應用，推進選相分合閘技術（CS）的應用；開關設備小型化、組合化、模塊化，減少占地面積；尋找可替代SF6的絕緣介質，發展環保型開關設備。