高壓開關設備技術改進的優越性分析

危軍

（福建森達電氣股份有限公司，福建 福州 350007）

高壓開關是輸配電系統的主要構成部件，其運行安全性極大地影響電網的穩定。雖然我國斷路器的水平不斷提高，然而，為了更好地促進將來的電力網絡發展，相關技術也在不斷地進行修改和創新。過去幾年里，在政府財政和高新技術的大力支持下，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的相關優劣和創新。

1 電氣高壓開關設備

在電力系統中，泛指額定電壓3.6kV及以上開關設備統稱為高壓開關設備，其在系統運行過程中起著通斷、控制和保護系統的作用。高壓開關設備不僅可在電網運行過程中按實際需要對部分線路及設備進行投入或退出控制，同時，還可在線路及設備發生故障時將該故障區段迅速從電網中切除，以確保其他無故障區段能夠正常運行。在整個電網中，高壓開關設備占據著舉足輕重的地位，作為最重要的輸配電設備，其運行的安全性和可靠性直接影響著整個電力系統的運行。以3.6～40.5kV高壓開關設備為例，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。SF6是一種較常用的絕緣介質，由于其電弧溶解性強、介質電阻大、物理形態穩定等優點，得到了廣泛的應用。而真空滅弧常用于空氣和復合絕緣斷路器。高壓開關的維護通常是在規定的時間內按照規定的計劃進行，包括設備檢查、備件更換等。雖然定期維護可以減少事故發生，但這種維護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可能會發生變化，導致停電數據無法定義和分析。

2 隱患分析

2.1 外部客觀因素

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

2.2 商業因素

短時耐受電流通過開關柜時，在電動力的作用下，如果絕緣支撐件設計不夠或絕緣件機械強度不足，開關導電回路之間發生位移，直接影響產品的正常使用，如果絕緣件被破壞，將很有可能發生相對的起弧，造成相對的短路事故。另外，在銅排選擇時，很多企業一味地追求成本最優化，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 企業技術實力

可靠的五防聯鎖是高壓成套開關設備最重的質量標準之一。而市場中較多的產品五防不齊，有的采用電氣聯鎖來實現。并且一些防護功能采用被動阻止方式實現，存在一定的弊端。

3 優越性分析

3.1 環境保護

斷路器中所使用的保護氣體，應具有化學穩定性高、電絕緣性好、電弧分辨率高等優點。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。雖然現在有較多的企業使用了環保型氣體，但其電氣性能相較SF6氣體都略有不足。目前，應用到開關設備中相對較為成熟的環保氣體有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。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時等問題，因此，還要在技術上進一步突破。

3.2 復合材料

隨著材料技術的發展，高壓成套開關正朝著小型化方向發展，復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技術的進步，帶動了高壓固體絕緣開關設備的興起。一些新材料的出現，使得絕緣與抗老能力越來越強。

3.3 二次升級

現代高壓開關技術發展的一個顯著特點是二次系統的升級，使其成為一種新的高壓開關技術。這是基于現代光電傳感的一種新型傳輸技術，設計用于信息采集，通過光纖傳輸信息，通過計算機處理信息，觀察高壓開關柜的運行情況，識別高壓開關柜的狀態和誤差，將診斷信息傳送給遠方的技術人員進行同步操作，大大提高了高壓開關的操作安全性，有效降低了維護成本，取得了較大的經濟效益。目前，國網、南網都在大力推行。

3.4 高可靠性

國家電網的各類設備標準化的推行，在一定成度上促進了產品的質量提升，阻止了一些技術實力不足的企業產品進入市場。對市場環境的肅清有著巨大推動作用。但由于標準化要求對柜體的結構的規格非常詳細，且要進行封存留樣。這從某方面限制了生產制造企業對產品的改進創新。

4 使用改進發展趨勢

4.1 優化性能

目前，我國的電力系統中，一次設備和二次設備仍處于相對分離狀態。因此，必須解決配電網規模化建設改造中一次高壓開關和二次智能饋線終端設備不匹配的問題。不同生產廠家生產的一次設備與二次設備不能兼容，后期設備無法擴展增加某一些功能等。國家電網早在2016年就提出了配電設備一二次融合技術方案。旨在提高配電一二次設備的標準化、集成化水平，并完善一二次設備聯調測試機制和要求，提升配電設備運行水平和運維質量與效率。它不是簡單地將一二次設備進行集成，而是在一次設備有序的融合二次設備的部分功能。在未來電力系統中，二次設備本身逐漸變小或看不到設備本身。一次設備內安裝有智能元器件，使其具有計量、測量、保護、監測、控制等功能。一二次設備相輔相成，讓一次設備運行與維護更加智能化。

4.2 母排合理設計產品

每個項目都側重于安全問題和成本經濟。成本經濟不可犧牲產品的質量。設計高壓開關設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能力。按GB/T3906附錄D計算公式如：

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

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

當設計小電流大短耐的系統時，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，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 五防聯鎖優化

高壓開關設備的五防是必須嚴格做到的。并且應是以預防性操作為主、強行阻斷操作為輔。把誤操作防止在誤動作發出的開始，而不是在誤操作的過程中強行限制阻止。強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。而預防式設計是在不滿足操作條件的情況下，無法對設備進行下一步的操作。如KYN28中置柜，斷路器不在具備操作條件的情況下，接地開關機械操作類操作孔處關閉狀態，操作手柄無法插入。如為電動接地開關，而電動接地開關電機不得電。此類的預防式設計，更安全地杜絕了誤操作的發生。

5 結語

本文簡要描述了高壓開關設備的一些不足之處，并提出了改進意見。對高壓開關設備的質量提高有一定的作用。而高壓開關設備的正常使用，為電力系統的穩定運行提供了重要保證。只有保證高壓開關設備的質量，才能使我國的電力發展滿足自身的需要。因此，將高壓開關事故發生的可能性降到最低就顯得尤為重要。產品應嚴格按照標準設計、生產，不斷改進提高產品質量，為我國電網建設創造穩定的運行環境。高壓開關設備作為電網的重要組成部分之一，對電網的可靠性和安全性起著重要的作用。隨著科學技術的不斷發展和完善，高壓開關設備生產技術也在不斷地提高。一二次融合技術的成熟，將開關技術推到了一個新的起點。環保氣體取代SF6氣體，使我國的碳達峰、碳中和又向前邁進了一步。高壓開關設備質量的提高是一個長期的課題，依然是電力人當前和今后不斷努力的方向。