影響高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性的因素以及提高穩(wěn)定性的對(duì)策

國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司 常明林

1 高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀

高壓電氣開(kāi)關(guān)應(yīng)用十分普遍，隨著技術(shù)的精進(jìn)，應(yīng)用層次也逐漸深入。高壓電氣開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性關(guān)系到電力系統(tǒng)的總體運(yùn)作，同時(shí)高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)也是互相聯(lián)系的，只有提升高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性，才可以推動(dòng)電力系統(tǒng)進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。在我國(guó)高壓電氣開(kāi)關(guān)制造企業(yè)主要有沈陽(yáng)市高壓開(kāi)關(guān)廠和西安市高壓開(kāi)關(guān)廠等，研發(fā)型號(hào)為126-550kGIS等設(shè)備。

2 高壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備

2.1 HVX系列真空斷路器

HVX系列真空斷路器是基于全球的制造和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的新一代斷路器，適用于PIX 型開(kāi)關(guān)設(shè)備及其他主流的空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)，石油化工，公共基礎(chǔ)設(shè)施，工礦企業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。憑借VG 系列真空滅弧室的專(zhuān)利設(shè)計(jì)和施耐德電氣對(duì)真空滅弧室技術(shù)的應(yīng)用，使VG系列真空滅弧室以高穩(wěn)定性、大容量、小體積，長(zhǎng)壽命在中壓真空領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟。采用模塊化設(shè)計(jì)的彈簧操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，三相獨(dú)立的凸輪輸出，為真空滅弧室提供最佳的特性配合。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一級(jí)輸出和特有的軸承傳動(dòng)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的同時(shí)確保機(jī)構(gòu)穩(wěn)定操作滿(mǎn)足多種特殊場(chǎng)合應(yīng)用要求，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

2.2 VAH型真空斷路器

無(wú)論對(duì)于電廠，發(fā)電廠，工業(yè)或用戶(hù)變電站以及OEM，都需要靈活可靠的斷路器用于滿(mǎn)足高機(jī)械和電氣開(kāi)斷需求。VAH型真空斷路器是基于在真空技術(shù)領(lǐng)域的數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)專(zhuān)為高容量需求而研發(fā)，額定電流高達(dá)到6300A。適用于PIX-Gen開(kāi)關(guān)柜，也是重工業(yè)和發(fā)電機(jī)保護(hù)大容量斷路器的理想選擇。特別適合改造及擴(kuò)建該斷路器額定電壓達(dá)到17.5kV，額定雷電沖擊電壓（峰值）達(dá)到95kV，設(shè)計(jì)靈活，可用于固定式安裝和可抽出式手車(chē)，專(zhuān)門(mén)適用于現(xiàn)代化及擴(kuò)展的安裝系統(tǒng)。在12kV 額定電壓下可開(kāi)斷63kA 額定短路電流，極柱采用極其牢固的支撐和可通過(guò)空氣冷卻的敞開(kāi)式構(gòu)造，這是基于達(dá)到高機(jī)械和電氣開(kāi)斷循環(huán)、高絕緣水平和大額定電流的要求而設(shè)計(jì)的。施耐德電氣的VAH 斷路器符合全部的IEC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，已應(yīng)用于全世界范圍的工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)。傳統(tǒng)牢固的斷路器極柱結(jié)構(gòu)VAH斷路器的設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)斷路器極柱結(jié)構(gòu)。極柱通過(guò)絕緣子支撐在同一個(gè)支架上，結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)堅(jiān)固的支撐，真空滅弧室牢固地安裝在極柱部分，確保其不受任何外力干擾。在開(kāi)斷和關(guān)合期間，由電弧所產(chǎn)生的作用力僅作用于滅弧室觸頭部分。斷路器的這種簡(jiǎn)單及靈活的結(jié)構(gòu)可以為不同用戶(hù)的特殊需求提供解決方案。

2.3 CVX真空接觸器-熔斷器組合電器

CVX 系列真空接觸器采用全新固封極柱技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)，針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)適用于650mm 及325mm 寬PIX 及KYN28 型空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜。固封極柱CVX系列真空接觸器用于需要多次分、合閘操作的場(chǎng)合，可以滿(mǎn)足用戶(hù)頻繁操作的需求。采用高效可靠的供電及控制保護(hù)電子模塊，固封極柱CVX系列真空接觸器具有寬電壓供電，合閘驅(qū)動(dòng)、延時(shí)自動(dòng)降流保持等功能。標(biāo)準(zhǔn)化的連接端口，可以與微機(jī)控制系統(tǒng)匹配。CVX真空接觸器(配650mm柜寬)應(yīng)用固封極柱CVX 系列真空接觸器可廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、石化、鉆井平臺(tái)和廠礦配電等領(lǐng)域，選擇適當(dāng)?shù)娜蹟嗥?，用于配合和保護(hù)電動(dòng)機(jī)、變壓器和電容器組等。固封極柱CVX系列真空接觸器可為工程帶來(lái)有價(jià)值的解決方案。

2.4 ESW接地開(kāi)關(guān)

ESW接地開(kāi)關(guān)采用快速合閘機(jī)構(gòu)，具有短路關(guān)合能力，并帶有合分閘指示，透過(guò)觀察窗可以觀測(cè)到接地開(kāi)關(guān)所處的狀態(tài)接地開(kāi)關(guān)的整體設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸小等特點(diǎn)，接地開(kāi)關(guān)所有的銅件都是采用低電阻材料，保證性能的可靠性。

2.5 MiCOM系列保護(hù)裝置

MiCOM系列保護(hù)裝置于1999年首次發(fā)布，運(yùn)用最佳的繼電保護(hù)技術(shù)，集成最新技術(shù)的MiCOM系列依然是高度可靠的保護(hù)裝置。安全MiCOM 系列保護(hù)裝置具有全面的自檢功能，它可以準(zhǔn)確及時(shí)檢測(cè)故障從而確保設(shè)備高度可靠地運(yùn)行。其自帶的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)可以為整個(gè)變電站提供保護(hù)。通信就地和遠(yuǎn)方通信可以用MiCOM S1 Studio軟件實(shí)現(xiàn)。裝置后部的通信口用于和SCADA 系統(tǒng)和工程師站通信。P30 和P40 在插入以太網(wǎng)通信卡后就可以使用IEC61850 通信并使用高速Goose 信號(hào)。支持多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括并行冗余規(guī)約（PRP），整定通過(guò)MiCOM S1 Studio 軟件實(shí)現(xiàn)，只需要這個(gè)軟件就可以管理所有已安裝的MiCOM 保護(hù)裝置。內(nèi)置的數(shù)據(jù)模型管理器確保在電腦上總有最新的支持文件。大部分的MiCOM 保護(hù)裝置支持多個(gè)定值組，保證能夠在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方激活，或者通過(guò)專(zhuān)門(mén)的開(kāi)關(guān)量輸入激活，以滿(mǎn)足不同的系統(tǒng)運(yùn)行條件。

3 提升高壓線(xiàn)路電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性的技術(shù)方向

3.1 復(fù)合化

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備向更為微型化的角度發(fā)展，復(fù)合化的首要方法是將電纜線(xiàn)終端設(shè)備、工作電壓變電器、高壓避雷器、高壓隔離開(kāi)關(guān)置放在同一空間里，降低電箱容積的總數(shù)。隨著電子測(cè)量管理技術(shù)的發(fā)展，電流量變電器、電力電容器被廣泛運(yùn)用于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中，高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的容積會(huì)隨之大幅減少。

3.2 智能化

未來(lái)高壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備發(fā)展的一個(gè)突顯優(yōu)點(diǎn)是二次系統(tǒng)智能化，即從傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)展為以電子計(jì)算機(jī)為基本的當(dāng)代智能控制系統(tǒng)。這是因?yàn)楝F(xiàn)階段光學(xué)變電器、智能化配電站基礎(chǔ)理論的完善和技術(shù)的發(fā)展。運(yùn)用新的感應(yīng)器技術(shù)搜集信息，根據(jù)光纖傳輸激光焊接信息，用計(jì)算機(jī)解決相關(guān)問(wèn)題，監(jiān)控高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完成高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備情況的監(jiān)測(cè)和問(wèn)題的清除，再將常見(jiàn)故障清除信息，遠(yuǎn)程傳送給技術(shù)工作人員[1]。

3.3 高穩(wěn)定性

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性關(guān)鍵反映在兩個(gè)層面。一個(gè)是電氣設(shè)備穩(wěn)定性，另一個(gè)是機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性。因?yàn)楝F(xiàn)階段技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的適用，電氣設(shè)備穩(wěn)定性有顯著提升。機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性與設(shè)計(jì)生產(chǎn)水準(zhǔn)和原材料技術(shù)息息相關(guān)。近些年，新型材料在環(huán)氧樹(shù)脂、瓷器、聚氨酯、硅膠等高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中獲得應(yīng)用，設(shè)備的絕緣性能在一定水平上增強(qiáng)了機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性。可是機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性，依然是限制高壓電器總體能力的首要因素，非常值得進(jìn)一步探尋。

3.4 高壓大容量

現(xiàn)階段，伴隨著超高壓輸電工程項(xiàng)目的開(kāi)展，500kV 額定電壓系統(tǒng)軟件飛速發(fā)展，從技術(shù)合理性和穩(wěn)定性的方面看來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作容積大、工作電壓高的隔離開(kāi)關(guān)。斷路器的常規(guī)運(yùn)行(額定電壓)電流量為5000A，短路故障斷開(kāi)電流量為63kA，幾乎達(dá)到現(xiàn)階段供電系統(tǒng)的要求。高壓大容量可以達(dá)到遠(yuǎn)距離輸電的要求，更合乎電力網(wǎng)體系的發(fā)展前景。

3.5 環(huán)保性

根據(jù)以往電力公司的工作經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐中大量使用的多是用以SF6高壓斷路器的SF6氣體。SF6是無(wú)色、無(wú)毒性、無(wú)氣味、不易燃的人工合成可塑性氣體，特性平穩(wěn)，具備抗靜電特性和出眾的滅弧特性，因此被廣泛運(yùn)用于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。但SF6是造成全球變暖的有害氣體之一，所造成的全球變暖溫室效應(yīng)是CO2所造成的22000 倍。目前，經(jīng)過(guò)電力工作者的不斷努力，已經(jīng)找到能夠替代SF6的氣體，應(yīng)用到開(kāi)關(guān)設(shè)備中相對(duì)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)，N2氣體無(wú)法檢漏，干燥空氣承載箱體干燥過(guò)程操作不易且費(fèi)時(shí)等問(wèn)題。

4 高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性影響因素

4.1 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸點(diǎn)之間的分離速率

由于高壓線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的基本工作原理是靠動(dòng)靜接觸點(diǎn)之間的接觸和分離，假如彼此之間的分離出來(lái)速率不合理，散播電弧的面積和長(zhǎng)度便會(huì)提升，進(jìn)而影響開(kāi)關(guān)的反應(yīng)速度。靜態(tài)接觸分離出來(lái)速率會(huì)提升電弧的面積和長(zhǎng)短，AC電弧超出0之后，會(huì)比較嚴(yán)重地影響靜態(tài)接觸點(diǎn)的氣體壓力，進(jìn)而造成高壓電氣開(kāi)關(guān)的電壓起伏。

4.2 中斷器基本上構(gòu)造的影響

滅弧室是高壓電氣開(kāi)關(guān)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，由分割器、電導(dǎo)體、電流量變電器、靜態(tài)接觸、挪動(dòng)接觸、機(jī)殼等構(gòu)成，基本構(gòu)造結(jié)構(gòu)對(duì)高壓電氣開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性有較大影響。依據(jù)開(kāi)關(guān)的高壓電氣開(kāi)關(guān)滅弧能量區(qū)分，電開(kāi)關(guān)分為外界電力能源和本身電力能源。根據(jù)本身功能關(guān)掉電，分離出來(lái)工作能力可以直接決策電流量的高低。在穩(wěn)定管理值范疇內(nèi)，掉線(xiàn)的電流量越大，相對(duì)應(yīng)電弧的動(dòng)能就越大，電弧點(diǎn)燃時(shí)間就越少，這種領(lǐng)域的差別也會(huì)造成開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性的差別[2]。

4.3 絕緣層磁吹原材料的影響

在高壓線(xiàn)路開(kāi)關(guān)中，靜態(tài)接觸中間的電造成氣體分子結(jié)構(gòu)觸電和工作電壓隨意變化，帶電粒子的加速運(yùn)動(dòng)造成電弧，這是氣體的自放電狀況。顆粒的細(xì)化和原料油會(huì)導(dǎo)致電弧自身的熱量損害，造成導(dǎo)電率的衰落，最后電弧會(huì)熄滅，現(xiàn)階段絕緣層物質(zhì)氣體為SF6，這是絕緣層實(shí)際效果最佳的氣體，廣泛運(yùn)用于高壓電氣開(kāi)關(guān)，作用機(jī)制和相對(duì)應(yīng)的滅弧特性必須深入分析，因此絕緣層材料的運(yùn)用也會(huì)影響電氣開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性。

5 高壓電氣開(kāi)關(guān)常見(jiàn)的設(shè)備問(wèn)題

5.1 變換電路連接點(diǎn)造成的設(shè)備常見(jiàn)故障

針對(duì)高壓電氣開(kāi)關(guān)儀器設(shè)備，變換電路關(guān)鍵由汞、鉛等金屬材料構(gòu)成，電流量根據(jù)電路后再次造成發(fā)熱量，溫度相對(duì)應(yīng)升高。因而如式（1）：

式（1）中：Ρ 為變換電路造成的熱功率；Ι 為正確引導(dǎo)流電路流動(dòng)性的電流量；R 為正確引導(dǎo)流電路的電阻測(cè)量。

變換電路造成發(fā)熱量，造成溫度升高。這對(duì)高壓電氣開(kāi)關(guān)電氣設(shè)備沒(méi)有很大危害，但假如轉(zhuǎn)換電路中產(chǎn)生更多節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換電路的電阻器會(huì)提升，全部轉(zhuǎn)換電路的卡路里會(huì)快速積累，轉(zhuǎn)換電路的一部分發(fā)熱量也會(huì)增加。在這樣的情況下，高壓開(kāi)關(guān)家用電器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度相對(duì)性上升，設(shè)備表層金屬材料空氣氧化速率加速，最后非常容易提升設(shè)備衰老速率。

5.2 導(dǎo)流回路節(jié)點(diǎn)造成設(shè)備常見(jiàn)故障

高壓電氣開(kāi)關(guān)對(duì)子系統(tǒng)軟件的維護(hù)、絕緣和散熱通常根據(jù)其自身介質(zhì)開(kāi)展。可是，受環(huán)境因素的危害，介質(zhì)慢慢造成一定的損害，造成所有發(fā)熱量。在高壓電氣開(kāi)關(guān)運(yùn)作時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)介質(zhì)伴隨著運(yùn)作慢慢降低，介質(zhì)的消耗指數(shù)提升，造成介質(zhì)損耗，設(shè)備因介質(zhì)損耗而發(fā)生的熱額定功率提升，造成常見(jiàn)故障[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

高壓電氣開(kāi)關(guān)的穩(wěn)定性對(duì)于我國(guó)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全性運(yùn)行具有重要的影響。近些年，高壓電氣開(kāi)關(guān)在穩(wěn)定性層面獲得了提升，校比過(guò)往有顯著的發(fā)展，保障供電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全性運(yùn)行。但是高壓線(xiàn)路電氣開(kāi)關(guān)依然存在難以避免的問(wèn)題和必須填補(bǔ)的空缺，這就對(duì)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)安全性運(yùn)行具備一定的安全隱患。隨著各類(lèi)新設(shè)備、新技術(shù)新工藝、新型材料和新工藝的研發(fā)幅度增加，及供電系統(tǒng)中運(yùn)用范疇的擴(kuò)張，將為在我國(guó)高壓電氣開(kāi)關(guān)穩(wěn)定性給予確保，可以進(jìn)一步推動(dòng)在我國(guó)供電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和客戶(hù)用電量安全系數(shù)。