高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)改進(jìn)的優(yōu)越性分析

危軍

（福建森達(dá)電氣股份有限公司，福建 福州 350007）

高壓開關(guān)是輸配電系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件，其運(yùn)行安全性極大地影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。雖然我國斷路器的水平不斷提高，然而，為了更好地促進(jìn)將來的電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)也在不斷地進(jìn)行修改和創(chuàng)新。過去幾年里，在政府財政和高新技術(shù)的大力支持下，高壓配電得到了很大的提升。這里簡要說明了電氣高壓開關(guān)的相關(guān)優(yōu)劣和創(chuàng)新。

1 電氣高壓開關(guān)設(shè)備

在電力系統(tǒng)中，泛指額定電壓3.6kV及以上開關(guān)設(shè)備統(tǒng)稱為高壓開關(guān)設(shè)備，其在系統(tǒng)運(yùn)行過程中起著通斷、控制和保護(hù)系統(tǒng)的作用。高壓開關(guān)設(shè)備不僅可在電網(wǎng)運(yùn)行過程中按實際需要對部分線路及設(shè)備進(jìn)行投入或退出控制，同時，還可在線路及設(shè)備發(fā)生故障時將該故障區(qū)段迅速從電網(wǎng)中切除，以確保其他無故障區(qū)段能夠正常運(yùn)行。在整個電網(wǎng)中，高壓開關(guān)設(shè)備占據(jù)著舉足輕重的地位，作為最重要的輸配電設(shè)備，其運(yùn)行的安全性和可靠性直接影響著整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行。以3.6～40.5kV高壓開關(guān)設(shè)備為例，高壓斷路器作為心臟元件，雖然種類繁多，但目前主要采用SF6或真空作為主要滅弧絕緣介質(zhì)。SF6是一種較常用的絕緣介質(zhì)，由于其電弧溶解性強(qiáng)、介質(zhì)電阻大、物理形態(tài)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。而真空滅弧常用于空氣和復(fù)合絕緣斷路器。高壓開關(guān)的維護(hù)通常是在規(guī)定的時間內(nèi)按照規(guī)定的計劃進(jìn)行，包括設(shè)備檢查、備件更換等。雖然定期維護(hù)可以減少事故發(fā)生，但這種維護(hù)方法也有可能存在問題。比如，在維修過程中需要停電；維修前后的工作狀態(tài)可能會發(fā)生變化，導(dǎo)致停電數(shù)據(jù)無法定義和分析。

2 隱患分析

2.1 外部客觀因素

隨著全球氣候變暖，紫外線強(qiáng)度增加，加快了電力系統(tǒng)中的絕緣件的老化進(jìn)度。一些不良商家以次充好，對絕緣材料成分配比的把控不嚴(yán)；為追求效率，縮短或減少生產(chǎn)工藝工序，造成絕緣件使用壽命的縮短。

2.2 商業(yè)因素

短時耐受電流通過開關(guān)柜時，在電動力的作用下，如果絕緣支撐件設(shè)計不夠或絕緣件機(jī)械強(qiáng)度不足，開關(guān)導(dǎo)電回路之間發(fā)生位移，直接影響產(chǎn)品的正常使用，如果絕緣件被破壞，將很有可能發(fā)生相對的起弧，造成相對的短路事故。另外，在銅排選擇時，很多企業(yè)一味地追求成本最優(yōu)化，只片面地計算了載流級力，忽略了銅排本身對短時耐受電流截面的要求。

2.3 企業(yè)技術(shù)實力

可靠的五防聯(lián)鎖是高壓成套開關(guān)設(shè)備最重的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一。而市場中較多的產(chǎn)品五防不齊，有的采用電氣聯(lián)鎖來實現(xiàn)。并且一些防護(hù)功能采用被動阻止方式實現(xiàn)，存在一定的弊端。

3 優(yōu)越性分析

3.1 環(huán)境保護(hù)

斷路器中所使用的保護(hù)氣體，應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性高、電絕緣性好、電弧分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。而六氟化硫作為能夠引起氣溫變暖的氣體，它的溫室作用是CO2氣體的23900倍以上。雖然現(xiàn)在有較多的企業(yè)使用了環(huán)保型氣體，但其電氣性能相較SF6氣體都略有不足。目前，應(yīng)用到開關(guān)設(shè)備中相對較為成熟的環(huán)保氣體有N2和干燥空氣。但這兩種氣體在使用上都有自身的一些缺點(diǎn)。如N2氣體無法檢漏，干燥空氣承載箱體干燥過程操作不易且費(fèi)時等問題，因此，還要在技術(shù)上進(jìn)一步突破。

3.2 復(fù)合材料

隨著材料技術(shù)的發(fā)展，高壓成套開關(guān)正朝著小型化方向發(fā)展，復(fù)合材料中的主要作用是增加帶電體相間及與接地體之間的安全距離。AGP技術(shù)的進(jìn)步，帶動了高壓固體絕緣開關(guān)設(shè)備的興起。一些新材料的出現(xiàn)，使得絕緣與抗老能力越來越強(qiáng)。

3.3 二次升級

現(xiàn)代高壓開關(guān)技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點(diǎn)是二次系統(tǒng)的升級，使其成為一種新的高壓開關(guān)技術(shù)。這是基于現(xiàn)代光電傳感的一種新型傳輸技術(shù)，設(shè)計用于信息采集，通過光纖傳輸信息，通過計算機(jī)處理信息，觀察高壓開關(guān)柜的運(yùn)行情況，識別高壓開關(guān)柜的狀態(tài)和誤差，將診斷信息傳送給遠(yuǎn)方的技術(shù)人員進(jìn)行同步操作，大大提高了高壓開關(guān)的操作安全性，有效降低了維護(hù)成本，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國網(wǎng)、南網(wǎng)都在大力推行。

3.4 高可靠性

國家電網(wǎng)的各類設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的推行，在一定成度上促進(jìn)了產(chǎn)品的質(zhì)量提升，阻止了一些技術(shù)實力不足的企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)入市場。對市場環(huán)境的肅清有著巨大推動作用。但由于標(biāo)準(zhǔn)化要求對柜體的結(jié)構(gòu)的規(guī)格非常詳細(xì)，且要進(jìn)行封存留樣。這從某方面限制了生產(chǎn)制造企業(yè)對產(chǎn)品的改進(jìn)創(chuàng)新。

4 使用改進(jìn)發(fā)展趨勢

4.1 優(yōu)化性能

目前，我國的電力系統(tǒng)中，一次設(shè)備和二次設(shè)備仍處于相對分離狀態(tài)。因此，必須解決配電網(wǎng)規(guī)模化建設(shè)改造中一次高壓開關(guān)和二次智能饋線終端設(shè)備不匹配的問題。不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的一次設(shè)備與二次設(shè)備不能兼容，后期設(shè)備無法擴(kuò)展增加某一些功能等。國家電網(wǎng)早在2016年就提出了配電設(shè)備一二次融合技術(shù)方案。旨在提高配電一二次設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、集成化水平，并完善一二次設(shè)備聯(lián)調(diào)測試機(jī)制和要求，提升配電設(shè)備運(yùn)行水平和運(yùn)維質(zhì)量與效率。它不是簡單地將一二次設(shè)備進(jìn)行集成，而是在一次設(shè)備有序的融合二次設(shè)備的部分功能。在未來電力系統(tǒng)中，二次設(shè)備本身逐漸變小或看不到設(shè)備本身。一次設(shè)備內(nèi)安裝有智能元器件，使其具有計量、測量、保護(hù)、監(jiān)測、控制等功能。一二次設(shè)備相輔相成，讓一次設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)更加智能化。

4.2 母排合理設(shè)計產(chǎn)品

每個項目都側(cè)重于安全問題和成本經(jīng)濟(jì)。成本經(jīng)濟(jì)不可犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計高壓開關(guān)設(shè)備時在滿足一次母排載流能力的同時，還必須考慮其短時耐受電流的熱效應(yīng)能力。按GB/T3906附錄D計算公式如：

式中，S為導(dǎo)體橫截面積（mm2）；I為電流有效值（A）；a為材質(zhì)系數(shù)（鋁-8.5、銅-13）；t為電流通過時間s；△θ為溫升（K）。

注：對裸導(dǎo)體一般取180K，如果時間超過2s但小于5s，△θ值可增加到215K。

當(dāng)設(shè)計小電流大短耐的系統(tǒng)時，特別要注意短時耐受電流的熱效的要求。例如，短耐31.5kA，額定電流630A系統(tǒng)，一般銅排截面選300mm2就能滿足載流要求。但通過上述的公式可計算出，截面要求為330.5mm2。因此，必須選截面360mm2的銅排。

4.3 五防聯(lián)鎖優(yōu)化

高壓開關(guān)設(shè)備的五防是必須嚴(yán)格做到的。并且應(yīng)是以預(yù)防性操作為主、強(qiáng)行阻斷操作為輔。把誤操作防止在誤動作發(fā)出的開始，而不是在誤操作的過程中強(qiáng)行限制阻止。強(qiáng)行阻止操作基本上采用的都是限位塊方式。在操作到一定程度時，利用限位塊來鎖定止動。這對設(shè)備配件本身就是一種損壞。由于操作者施加操作力的不同，對配件的損壞程序也有所差異。而預(yù)防式設(shè)計是在不滿足操作條件的情況下，無法對設(shè)備進(jìn)行下一步的操作。如KYN28中置柜，斷路器不在具備操作條件的情況下，接地開關(guān)機(jī)械操作類操作孔處關(guān)閉狀態(tài)，操作手柄無法插入。如為電動接地開關(guān)，而電動接地開關(guān)電機(jī)不得電。此類的預(yù)防式設(shè)計，更安全地杜絕了誤操作的發(fā)生。

5 結(jié)語

本文簡要描述了高壓開關(guān)設(shè)備的一些不足之處，并提出了改進(jìn)意見。對高壓開關(guān)設(shè)備的質(zhì)量提高有一定的作用。而高壓開關(guān)設(shè)備的正常使用，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保證。只有保證高壓開關(guān)設(shè)備的質(zhì)量，才能使我國的電力發(fā)展?jié)M足自身的需要。因此，將高壓開關(guān)事故發(fā)生的可能性降到最低就顯得尤為重要。產(chǎn)品應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、生產(chǎn)，不斷改進(jìn)提高產(chǎn)品質(zhì)量，為我國電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。高壓開關(guān)設(shè)備作為電網(wǎng)的重要組成部分之一，對電網(wǎng)的可靠性和安全性起著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，高壓開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)也在不斷地提高。一二次融合技術(shù)的成熟，將開關(guān)技術(shù)推到了一個新的起點(diǎn)。環(huán)保氣體取代SF6氣體，使我國的碳達(dá)峰、碳中和又向前邁進(jìn)了一步。高壓開關(guān)設(shè)備質(zhì)量的提高是一個長期的課題，依然是電力人當(dāng)前和今后不斷努力的方向。