40.5kV風(fēng)電專用高壓真空負(fù)荷隔離開關(guān)的設(shè)計(jì)

吳勝連 朱佩龍

（1.象山縣供電局，浙江 象山 315700；2.寧波天安（集團(tuán)）股份有限公司，浙江 寧波 315700）

1 概述

風(fēng)能、太陽能等可再生能源是從根本上解決能源問題的主要途徑之一。2012年 10月國家發(fā)改委發(fā)布了《中國風(fēng)電發(fā)展路線圖 2050》，設(shè)立了中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)：到2020年、2030年和2050年，風(fēng)電裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億、4億和10億kW，在2050年，風(fēng)電將滿足17%的國內(nèi)電力需求，這意味著今后數(shù)十年內(nèi)裝機(jī)容量就將有大幅增長空間。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)把風(fēng)能通過旋轉(zhuǎn)葉片及發(fā)電機(jī)變?yōu)榻涣麟娔埽妷簽?690V），然后通過 35kV箱變內(nèi)的升壓變壓器和 35kV開關(guān)設(shè)備送入電力系統(tǒng)，一般按一機(jī)一變的原則，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配套設(shè)置一臺(tái)35KV箱變，每臺(tái)箱變需一臺(tái) 35kV開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備中的主元件采用真空負(fù)荷隔離開關(guān)+熔斷器組合電器是比較經(jīng)濟(jì)的。

2 現(xiàn)有風(fēng)電用的負(fù)荷開關(guān)產(chǎn)品缺陷

目前可用于風(fēng)電場的負(fù)荷隔離開關(guān)（+熔斷器組合電器）的產(chǎn)品不多，而且這些產(chǎn)品雖然可滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸電網(wǎng)的參數(shù)和功能，但在使用中還不夠完善。適合風(fēng)電用的負(fù)荷開關(guān)典型產(chǎn)品型號(hào)主要有NALF36（如圖1所示）、FZRN21-40.5（如圖2所示）等。如圖3是FZRN21-40.5安裝在35kV風(fēng)電箱變高壓側(cè)示意圖。圖中可看出，負(fù)荷開關(guān)在實(shí)際使用時(shí)，若需要更換熔斷器，一般需在隔離斷口處插入一絕緣隔板來把帶電部位與熔斷器間進(jìn)行隔離來保證維護(hù)人員的安全，而這一方法其實(shí)是很不安全的，實(shí)際操作中幾乎不會(huì)采用。實(shí)際上，對(duì)開關(guān)的熔斷器室進(jìn)行維護(hù)時(shí)，一般需要把35kV集電線側(cè)停電后，維護(hù)人員才進(jìn)入更換，但這會(huì)造成相連的其他風(fēng)機(jī)箱變同時(shí)停電，停電面廣，停電時(shí)間長，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。圖4所示是一種改進(jìn)型高壓開關(guān)室。該高壓開關(guān)室雖然把熔斷器室與隔離開關(guān)室進(jìn)行了左右布置，但二個(gè)室的頂部是相通的，并沒有完全隔開，安全性沒有得到徹底解決，且連接負(fù)荷開關(guān)一次母線走線需占較大空間，所構(gòu)成的箱變體積較大，高度較高。

圖1 NALF36外形示意圖

圖2 FZRN21-40.5外形示意圖

圖3 FZRN21-40.5安裝在35kV風(fēng)電箱變高壓側(cè)示意圖

圖4 某公司生產(chǎn)的35kV風(fēng)電箱變高壓側(cè)示意圖

3 FT16-40.5風(fēng)電專用高壓真空負(fù)荷隔離開關(guān)（+熔斷器組合電器）設(shè)計(jì)原理

為了解決現(xiàn)有負(fù)荷開關(guān)在風(fēng)電應(yīng)用中存在的上述缺點(diǎn)，專門開發(fā)了 FT16-40.5風(fēng)電專用高壓真空負(fù)荷隔離開關(guān)（+熔斷器組合電器）。負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。開關(guān)分左右二部分，右部為熔斷器，左部為隔離開關(guān)，熔斷器與隔離開關(guān)間有一金屬底架隔開，二者間通過固封有真空滅弧室的穿墻套管使熔斷器和隔離開關(guān)間形成電氣連接。真空滅弧室用環(huán)氧樹脂AGP工藝固封在穿墻式固封極柱內(nèi)，使得固封極柱即具有滅弧作用又具有穿墻式功能，布局更為緊湊，同時(shí)真空滅弧室被外層設(shè)有裙邊的環(huán)氧樹脂絕緣材料包覆，爬距增大，可適合高海拔地區(qū)使用。

圖5 負(fù)荷開關(guān)外形和結(jié)構(gòu)

當(dāng)該開關(guān)裝于35kV開關(guān)柜時(shí)，從圖6可看出，熔斷器室是一個(gè)由金屬板隔開的獨(dú)立的一個(gè)隔室，當(dāng)需要更換熔斷器時(shí)，通過操作機(jī)構(gòu)先使負(fù)荷開關(guān)分閘，然后打開隔離開關(guān)，再合上熔斷器下端的接地刀，此時(shí)，即使 35kV集電線上帶電狀態(tài)也可打開該熔斷器室（各個(gè)操作步驟都設(shè)有嚴(yán)格的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)），維護(hù)人員可安全地進(jìn)入該隔室更換熔斷器。圖7是該開關(guān)安裝在35kV風(fēng)電箱變中（熔斷器和隔離開關(guān)上下布置）示意圖。

圖6 FT16-40.5負(fù)荷天關(guān)安裝在35kV風(fēng)電箱變高壓側(cè)示意圖（左右布置）

圖7 負(fù)荷開關(guān)安裝在35kV箱變中（熔斷器與隔離開關(guān)上下布置）示意圖

FT16-40.5戶內(nèi)交流高壓真空負(fù)荷隔離開關(guān)（+熔斷器組合電器）除了在保障維護(hù)人員安全性上有突出的優(yōu)點(diǎn)外，還具備了以下功能：①具有明顯隔離斷口；②負(fù)荷開關(guān)具有手電動(dòng)二用操作功能；③當(dāng)負(fù)荷開關(guān)熔斷器單相熔斷后，開關(guān)在撞擊器作用下而脫扣，避免變壓器缺相運(yùn)行；④完善的“五防”功能。產(chǎn)品主要參數(shù)見表1。

表1

4 結(jié)論

FT16-40.5戶內(nèi)交流高壓真空負(fù)荷隔離開關(guān)（+熔斷器組合電器）的基本參數(shù)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合GB3906《3.6-40.5 kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制》要求，并通過了國家高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心全套型式試驗(yàn)。產(chǎn)品由于采用的穿墻式固封極柱即具有滅弧作用又具有穿墻式功能，使得整個(gè)產(chǎn)品布局緊湊，安裝在風(fēng)電箱變時(shí)可形成兩個(gè)有獨(dú)立的熔斷器隔室，從而確保維護(hù)人員在更換熔斷器時(shí)的人身安全，同時(shí)真空滅弧室被外層設(shè)有裙邊的環(huán)氧樹脂絕緣材料包覆，爬距增大，產(chǎn)品可適合高海拔地區(qū)使用。目前該產(chǎn)品已在內(nèi)蒙華電玫瑰營風(fēng)電場、新疆哈密風(fēng)電場等多個(gè)風(fēng)電場掛網(wǎng)運(yùn)行，狀況良好。

[1] 國家發(fā)改委能源研究所.中國風(fēng)電發(fā)展路線圖2050.2011.

[2] 西安高壓電器研究所等.高壓開關(guān)設(shè)備國內(nèi)外產(chǎn)品水平(第五版).2011.

[3] 金鐵,陳光,陳利軍,等.風(fēng)力發(fā)電與輸變電設(shè)備[J].電氣技術(shù),2009(8).

[4] 風(fēng)力發(fā)電場設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范.DL/T 2383-2007.