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  浅谈户外中压开关电器    3星级
作者:168dq  发布时间:2007/10/17  5151  来源:输配电设备网
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[摘要] 户外中压开关电器主要用于农网及城乡结合部。由于我国农网电力约占总电力1/3左右,因而户外中压开关电器用得很多,市场很大。我国户外中压开关电器年用量约4万台。该文介绍了农网特点及各类开关的特点,并介绍了柱上开关的发展。

[关键词] 农网;柱上开关;真空;SF6

  中图分类号:TM56   文献标志码:B   文章编号:1003-0867(2006)05-0049-02

1 柱上开关

  根据农网特点,原电力部于1986年制定了农村变电所模式方案:坚持“小容量、密布点、短半径、造价低、安全可靠、技术先进”的发展方向。

  具体有两种模式方案:第一方案(即近期方案),10 kV侧采用柱上SF6或真空断路器和综合集控装置,35 kV侧采用油或无油断路器;第二方案(即远期方案),10 kV侧采用重合器和分段器;35 kV侧采用熔断器和负荷隔离开关。

  目前我国90%以上农村变电所处于第一方案,而第二方案有明显增长的趋势。

  农网电压等级为110 kV、35 kV、10 kV、220/380 V。其中110 kV用的断路器或GIS,同城网没有差别。35 kV和10 kV级产品独具特色,如10 kV级产品为柱上式,35 kV级断路器为落地布置。第二方案中35 kV级用负荷隔离开关+熔断器,也可布置在柱上。 来源:www.tede.cn

  对于标称电压为10 kV和35 kV的电网,使用的高压开关的额定电压(电网最高工作电压)应为12 kV和40.5 kV。在这两个等级中,SF6开关和真空开关作为两大支柱,取代了原来了多油开关。其中产品包括断路器、重合器、分段器和负荷隔离开关。

  农网用的开关不同于城网的,它属于小容量、小型化、户外式及柱上安装。由于农网用开关多装在柱上,故不需建房,可节约面积和造价30%~40%。但由于农网用开关多装在户外,因此必须解决好户外开关的外绝缘问题。

  目前市场上的柱上开关形式多样,性能也各不相同。具体可分以下几类: 

    (1)按出产国可分为国产和进口两种; 

    (2)按触头灭弧能力可分为断路器、负荷开关;

    (3)按灭弧介质可分为真空、SF6;

    (4)按绝缘介质可分为油绝缘、空气绝缘、SF6绝缘及固体绝缘; 

    (5)按操动机构可分为电磁操动机构、弹簧操动机构、永磁操动机构; 

    (6)按产品使用功能可分为断路器、重合器、分段器、负荷隔离开关; 

    (7)按出线套管的材质可分为瓷套管和硅橡胶套管。

2 各类开关的特点

2.1 国产开关

  按国内电力系统的使用特点进行设计制造。一般采用弹簧操动机构,可进行电动和手动分合闸操作。电流互感器二次电流按5A设计;可设多组、多变化,有利于满足继电保护、遥测、计量的不同要求。一般开关本身配置刀闸,并且开关与刀闸之间设有操作闭锁。

2.2 进口开关

  所有进口开关的共同点是:①电流互感器二次电流按1A设计。一般为600/1和1000/1两种选择。 ②所有开关均不配刀闸。③配有专用的操作控制器。控制器的控制、保护功能齐全,可选择性强,有利于上下级的保护配合。④采用零表压下的SF6气体绝缘,不受外部环境的影响。操动机构制造工艺精细且大多密封在SF6气体腔内,现场免维护。

2.3 断路器、重合器、负荷开关、分段器

  断路器:具有很强的灭弧能力。可关合、切断故障电流。配备含微机保护的控制器,可实现对分支线路的保护。

  重合器:开关本体与断路器完全相同,区别在于控制器的功能上,断路器的控制器功能简单,仅具备控制线路电流,保护现场,其他功能是靠FTU实现。而重合器的控制器除了具备断路器控制器的所有功能外,还具有自具功能,它具有3次以上的重合闸功能、多种特性曲线、相位判断功能、与自动化系统的连接功能等,价格较高。 

  负荷开关:可以关合故障电流,开断额定负荷电流,有真空和SF6灭弧两种型式。其主要作为线路分段开关。配备智能控制器就成为分段器,造价较低。

3 户外柱上开关的发展

3.1 增大容量

  农网原来用多油断路器(如DW10型),其容量(短路开断电流)仅为3.15 kA,难以满足农网日益增长的容量要求。自从无油化后,采用真空和SF6断路器,其容量大增,形成8 kA、12.5 kA、16 kA、20 kA系列,完全能满足农网发展对断路器的要求。多油断路器已被淘汰。

3.2 减少用气量和排气量

  SF6等6种气体,在1997年《京都议定书》中被列为温室效应气体,其中CO2影响最大,占60%; SF6虽仅占0.1%,但具有潜在危险,因一个SF6分子对温室效应的影响为CO2分子的23900倍,且排入大气的SF6气体寿命特长(约3200年)。

  鉴于以上情况,农网用SF6开关制造厂都在结构设计和密封上下功夫,以减少用气量和排气量。如40.5 kV SF6断路器,由原设计的罐式结构改为支柱式结构,只用SF6灭弧而用瓷柱对地绝缘,大大减少了用气量。IEC标准规定SF6气体年漏气量为1%,而目前许多厂改进密封结构、密封材料和减少密封长度,做到年漏气量小于0.5%。

  在12 kV,户外真空断路器有了很大发展,它用真空灭弧室灭弧,仅用少量SF6气体作绝缘,或完全不用SF6而用固体绝缘或用干燥空气绝缘。

3.3 操动机构多元化

  电磁操动机构。结构简单,使用简便,工作可靠,制造成本低。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器反力特性的要求,还可手动分闸。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大,要求配用昂贵的蓄电池,加上结构笨重,动作时间较长。常用的机构有CD10、CD17和CD19型。

  永磁操动机构。永磁操动机构是一种新概念的操动机构。它有单稳定和双稳态之分,特点是结构简单,开关状态靠永久磁铁的磁力保持,机械传动部件非常少。机构密封程度较高。它由电磁操动,永磁保持和电子控制三部分组成。

  对于户外断路器和重合器来说,由于产品安装在柱上,不易检修,而且户外环境条件恶劣,弹簧机构在长期运行中因润滑脂失效、零部件生锈、动作不灵活,而永磁机构体积小,可密封在箱体内,免受恶劣环境的影响,同时重合器要求频繁操作,永磁机构以其储能快且寿命长,正好适应重合器的操作要求。因此对柱上开关,国外大多采用永磁机构,例如,Whipp & Bourne、ABB以及Siemens等公司的柱上产品都配用了永磁机构。目前永磁机构价格贵。永磁机构将弹簧机构的机械问题变成电问题,如电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题,对制造提出了高要求,且需要经受运行考验,取得运行经验。   弹簧操动机构。在我国,户外柱上开关配弹簧机构居多。弹簧操动机构的制造和运行经验丰富,可修可调,且价格比永磁机构便宜。其优点是不需要大功率直流电源,电动机功率小,交直流两用。其缺点是结构比较复杂,零件数多,且要求加工精度高,制造工艺复杂。

  目前用得多的弹簧机构为CT17型和CT19型两种机构基本相同,前者为直推式输出,后者为转动式输出。

  进口弹簧操动机构目前以三角板式操动机构为代表。结构简单零部件少,整个机构密封在SF6腔体内,故障概率极低。其功能不但能满足电动操作,还可以手动分、合闸操作,即使是控制器故障也能尽快手动恢复送电。

3.4 灭弧原理精彩纷呈

  农网用SF6开关的灭弧不仅有压气式,还有旋弧式及旋弧+热膨胀混合式。总的趋势是向后两种自能式发展。自能式最大优势是不用操动机构提供灭弧压力,相比压气式大大减少了操作功,从而简化了操动机构。

  例如,在户外用量大的LW3-12型SF6断路器就采用先进的旋弧式灭弧原理,该产品问世已20多年,但使用一直经久不衰。又如LW8-40.5型SF6断路器,在原先压气的基础上改进喷口结构,利用电弧堵塞效应提高灭弧能力,使之开断电流从31.5 kA提高到40 kA。再如国内又开发出LW8-40.5A型SF6断路器,采用压气+自能灭弧原理,而LW8-40.5B型产品采用旋弧灭弧原理。ABB公司的OHB型户外SF6断路器也采用自能+压气灭弧原理,其中自能占70%,压气占30%。 来源:www.tede

3.5 安全保护更加完善

  SF6开关安全运行受两个因素影响最大:一是SF6气体泄漏。一旦泄漏到不许可的程度,则开关就会失灵,为此制造厂家给开关安装了密度继电器,对SF6气体压力进行监控。其上设置三个压力值:设计压力(额定压力)、报警压力和最低功能压力。当到达最低功能压力时,开关即闭锁;二是爆炸。一旦开关出现故障(如内部故障电弧),强大的电弧能量会使SF6气体压力急剧上升,当壳体承受不了时,就会发生爆炸,危及周围设备和人身安全。为此制造厂家在开关壳体上设置防爆膜盒。防爆膜盒耐受的压力低于壳体的耐受压力,当发生内部故障电弧时,防爆膜盒先爆破,将高压力从安全方向释放出去。

3.6 农网开关智能化

  配网自动化以故障自动诊断、故障区域自动隔离、非故障区自动恢复送电为目的。开关的选型也要以此为依据,重合器和分段器可使馈线自动化。

  农网自动化中,必须具有故障识别和恢复供电功能,要做到这点,必须采用智能化开关电器。重合器具有多次重合功能,能有效地排除临时故障,且自带控制和操作电源(如高效锂电池),操作不受外界继电器控制而由微处理器控制。分段器由切负荷灭弧室和隔离闸刀组成,具有记忆和识别功能,能隔离永久性故障线段,恢复供电。   重合器和分段器一般装在柱上,简化了传统变电所的接线方式,取消了控制室、高压配电室、继保盘、电源柜、高压开关柜等设备,省去了大量建设投资,节省占地面积1/3,大大缩短了施工周期。

  重合器和分段器配合,实现识别故障与恢复供电功能有多种方案。其中主要有电流—时间方案(简称电流法)和电压—时间方案(简称电压法)。这两种方案不依赖信道建设,除适合中小城网外,尤其适合农网现状。它不仅能够最大限度地避免瞬时性故障停电,提高农网供电可靠性,而且最大限度地缩小了永久性故障的停电范围。

4参考文献

[1] 李建基. 高压开关设备实用技术. 北京:中国电力出版社,2005

[2] 沙声强. 县级配网自动化系统柱上开关的特性与选型. 今日电气,2004,(4),22~23.
责任编辑:168dq  
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