第一節(jié) 高壓開關(guān)設(shè)備的相關(guān)概念

一、高壓開關(guān)的定義

高壓開關(guān)是電壓超過1KV用來接通或斷開電路的設(shè)備總稱。高壓開關(guān)包括隔離開關(guān)、熔斷器、斷路器和各種組合開關(guān)電器等，其中隔離開關(guān)和熔斷器的結(jié)構(gòu)比斷路器簡單，因而稱為簡易開關(guān)電器。

二、高壓開關(guān)設(shè)備的組成及介紹

高壓開關(guān)設(shè)備是指高壓開關(guān)與控制、測量、保護、調(diào)節(jié)裝置以及輔件、外殼和支持件等部件及其電氣和機械的聯(lián)結(jié)組成的總稱。

第二節(jié) 我國高壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用

一、我國高壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展歷程

1、開關(guān)設(shè)備全工況的試驗 研究

典型事故調(diào)查，近幾年來，全國發(fā)生了多次由于開關(guān)柜絕緣問題造成重大事故：

1)1982年8月，北京供電局大郊亭變電所，在合閘送電時連續(xù)兩次發(fā)生開關(guān)柜絕緣問題，燒毀開關(guān)柜1臺，燒損8臺，燒毀電流互感器4只，支柱絕緣子40多支，隔離開關(guān)7組，致使全部連續(xù)停電數(shù)天。

分析 事故原因，發(fā)生事故的前幾天，正值連續(xù)下雨，配電室電纜溝內(nèi)進(jìn)水，室內(nèi)溫度很高，開關(guān)柜絕緣受潮，致使在合閘操作時，造成開關(guān)柜相間閃絡(luò)。

2)1986年2～10月，湖南金竹山電廠連續(xù)六次發(fā)生廠用電6kV開關(guān)柜內(nèi)閃絡(luò)起火，燒毀、燒損開關(guān)柜9臺、支柱絕緣子近百個，其他設(shè)備數(shù)十件、造成機組甩負(fù)荷，機爐停運。

3)1985年天津變電所合閘送電時，開關(guān)柜閃絡(luò)，引起避雷器爆炸、配電室起火，燒毀開關(guān)柜8臺。

1986年唐山某變電所開關(guān)柜運行中無操作，絕緣隔板燒焦起火。

1987年6～7月河南焦作東郊變電所，分別發(fā)生兩起由于開關(guān)觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開關(guān)柜母線支柱絕緣子閃絡(luò)、炸裂，造成三相短路的事故。

2、環(huán)境因素對開關(guān)設(shè)備的影響

我國是具有多種氣候類型的國家，南方多屬亞濕熱或濕熱地區(qū)。雖然開關(guān)柜安裝在戶內(nèi)的設(shè)備，但絕大多數(shù)安裝開關(guān)柜的配電室都不是密閉的房屋，目前更不具備空調(diào)條件。因此安裝在重工業(yè)、化學(xué)工業(yè)，在山區(qū)、江河、沿海地區(qū)以及濕熱帶氣候地區(qū)的開關(guān)柜就容易受到來自外部環(huán)境的影響，如潮氣、凝露、灰塵和化工污穢。這些環(huán)境條件比正常的條件嚴(yán)酷得多。其中濕度、溫度及污穢是影響開關(guān)設(shè)備壽命和運行安全的決定因素。

3、編制《戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜和元部件凝露及污穢試驗技術(shù)條件》(報批稿)

以上的 分析 說明環(huán)境條件對于開關(guān)設(shè)備的壽命和運行安全起著重要作用，但目前世界各國，包括IEC都沒有關(guān)于戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備在嚴(yán)酷環(huán)境條件下的試驗標(biāo)準(zhǔn)及方法。為此，國際電工委員，在擬定嚴(yán)酷氣候條件下的封閉式(金屬或絕緣外殼)開關(guān)設(shè)備的補充規(guī)范時，專門組建了一個工作組。

本課題在1986年3月召開的第一次工作會議上曾制訂了開展本課題的方向、步驟和計劃。其中包括編制符合我國國情，滿足運行工況，能為開關(guān)設(shè)備設(shè)計、試驗和制造提供一定科學(xué)依據(jù)的"戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜全工況絕緣試驗技術(shù)條件"就是本課題的主要任務(wù)之一。

在IEC298出版物："交流金屬封閉式開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備"中，認(rèn)為戶內(nèi)設(shè)備一般不會出現(xiàn)凝露。目前國內(nèi)和IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對戶內(nèi)設(shè)備也都不考慮污穢情況。但事實上，開關(guān)柜在運行中發(fā)生的大量絕緣閃絡(luò)事故，多是由于環(huán)境條件的影響，使絕緣材料受潮，設(shè)備絕緣表面產(chǎn)生凝露和附著污穢，因而設(shè)備絕緣水平下降造成事故。

因此，在編制試驗技術(shù)條件時，除了保留戶內(nèi)開關(guān)柜以前所有的試驗項目外，修改了有關(guān)使用條件和適用范圍的條款，特別補充了"凝露試驗"、"人工污穢試驗"和"高溫試驗"項目。由于"高溫試驗"項目準(zhǔn)備另立專題進(jìn)行試驗 研究 ，僅就"凝露試驗"和"人工污穢試驗"項目的編制過程和考慮的原則作了說明。

4、10kV高壓開關(guān)柜絕緣距離驗證

1)復(fù)合絕緣試驗：交流金屬封閉式開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備廣泛采用絕緣材料制成的隔板和活門，構(gòu)成復(fù)合絕緣以達(dá)到縮小體積降低成本的目的，這就使得設(shè)備的絕緣問題較一般純空氣絕緣變得復(fù)雜多了。據(jù)有關(guān)報道：GFC-15-02型高壓開關(guān)柜，在焦作供電局的焦南變安裝投運后先后三次因靜觸頭對絕緣板放電使靜觸頭支持絕緣子炸裂而造成事故。水電部高壓開關(guān)技術(shù)通訊(82-85合訂本)明確指出，此類開關(guān)"由于未進(jìn)行過隔板在受潮、臟污及相對濕度為90%等實際使用條件下的絕緣強度考核，開關(guān)柜前后封閉又不完善，空氣絕緣距離不能保證安全運行"。

以往的運行經(jīng)驗表明，影響復(fù)合絕緣水平的因素有大氣條件、板材質(zhì)量、隔板表面清潔狀況、帶電體與隔板間的空氣凈距、隔板的接地部位離帶電體的距離等等?，F(xiàn)有開關(guān)柜的設(shè)計對上述后兩個絕緣距離缺乏足夠的 研究 ，表現(xiàn)在靜觸頭離隔板的距離沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范。

2)閃絡(luò)電壓：在常溫常濕條件下進(jìn)行了全波沖擊50%破壞性放電試驗，其結(jié)果見下表；在常溫常濕和凝露條件下進(jìn)行了工頻閃絡(luò)試驗，其結(jié)果見下表。

全波沖擊放電電壓



工頻閃絡(luò)電壓

5、JYN口-6-10防"火燒連營"防污閃型開關(guān)柜絕緣結(jié)構(gòu)選擇與試制方案

1)經(jīng)調(diào)研收集了技術(shù)資料(國際兩部技術(shù)文件與引進(jìn)同類型產(chǎn)品的說明書)，對其材質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選，取長補短，采用復(fù)合式絕緣結(jié)構(gòu)、優(yōu)化組合。特別吸取水電站尾水渠旁濕度特別大，由SN3-10/3000型少油斷路器組裝的11kV戶外開啟式開關(guān)柜，運行30多年成功經(jīng)驗，而設(shè)計了具有在過電壓的情況下，對有時產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)放電及絕緣表面放電，能及時恢復(fù)并不會影響其它設(shè)備水平的開關(guān)柜。

2)從防凝露與防污閃角度出發(fā)，套管爬距，相間與對地距離都參照戶外的尺寸，對戶內(nèi)的設(shè)備防污閃更為有利。

3)開關(guān)柜寬必須由840mm改為1000mm，用到火電廠6kV廠用配電系統(tǒng)上?？蓪⒔祲哼\行的絕緣余度利用上，再按戶外6kV安全距離推算為115mm，可保留840mm的柜寬。

4)對我國30萬kW以上機組，引進(jìn)真空斷路器的柜寬800mm，安全距離為100mm，其手車柜保持原封不動，安裝在國產(chǎn)840mm、電氣間隔125mm柜內(nèi)。

5)開關(guān)柜采用最新設(shè)計的組合式母線瓷穿墻套管，母線還不增加接頭(改造舊設(shè)備可利用原有母線)，與全塑固體絕緣包覆鎧裝柜降低造價；真空斷路器柜15%、少油斷路器柜25%。

6)6kV手車柜隔板相間處開口后，再用黃銅焊平的降溫措施(改造舊設(shè)備經(jīng)驗)。

7)母線室增加入風(fēng)管(逆止閥)，降低其運行溫度，錦州開關(guān)廠已發(fā)現(xiàn)母線溫度偏高，必須增加母線截面。

8)設(shè)計方案完全具備設(shè)計院選型選廠的規(guī)定：如在相應(yīng)工程或相似條件有1～2臺設(shè)備運行并超過兩年，已證明產(chǎn)品的安全可靠。

通過引進(jìn)國外先進(jìn)的電力技術(shù)和設(shè)備，提高了中國電力工業(yè)的技術(shù)裝備水平。通過消化吸收、攻關(guān)創(chuàng)新，加大了先進(jìn)電力生產(chǎn)設(shè)備的國產(chǎn)化力度。建議采用10kV開關(guān)柜全工況技術(shù)攻關(guān)的成果上，再吸取金屬鎧裝中置式手車柜結(jié)構(gòu)與我國制造運行50年經(jīng)驗，爭取設(shè)計與制造出超過引進(jìn)技術(shù)性能的全工況開關(guān)柜。

二、高壓開關(guān)設(shè)備在我國的應(yīng)用情況

全球高壓開關(guān)設(shè)備市場容量在1998年達(dá)120億美元，且近年來一直呈上升趨勢，其中我國現(xiàn)已成為世界高壓開關(guān)第二大市場。由此可見，高壓開關(guān) 行業(yè) 在我國確實是一個朝陽產(chǎn)業(yè)。高壓開關(guān)市場走向大致有兩個方面一是更新?lián)Q代需求，目前，我國運行中的高壓開關(guān)設(shè)備有很多超過或近20年，老舊破損嚴(yán)重，亟待更新?lián)Q代，這是市場容量的一個重要組成部分；二是新建工程需求，對此，國內(nèi)電力工業(yè)的發(fā)展是高壓開關(guān) 行業(yè) 發(fā)展的“晴雨表”，因而，談到高壓開關(guān)的市場容量就離不開我國的電力建設(shè)進(jìn)程和 規(guī)劃 ，如電力”十一五” 規(guī)劃 及2020年遠(yuǎn)景展全國西電東送規(guī)模在2005年達(dá)到2500萬kW，2010年將增加到5500萬kW，2020年則超過1億kW。初步 規(guī)劃 “十一五”期間，全國新建30kV及以上交流線路3.6萬km，變電容量18億kVA，平均每年新增7000km，3600萬kVA。到2010年．330kV及以上交流線路達(dá)到12萬km，變電容量達(dá)到4.8億kVA。“十一五”期間330kV及以上輸變電工程投資規(guī)模約1600億元左右，其中交流工程1400億元，直流工程200億元。

三、我國高壓開關(guān)設(shè)備的制造情況

1、高壓SF6發(fā)展勢頭良好，且增長穩(wěn)定，而GIS產(chǎn)品則以倍速增長，尤其是252kVGIS發(fā)展明顯。

2、特高壓開關(guān)設(shè)備需加大自主研發(fā)力度

近期以來，交、直流特高壓項目陸續(xù)開工，“市場倒逼技術(shù)”的緊迫形勢，進(jìn)一步催生高壓開關(guān) 行業(yè) 諸多新技術(shù)。高壓交流隔離開關(guān)設(shè)備的研制明顯加速，并實現(xiàn)從超高壓向特高壓的跨越。 行業(yè) 發(fā)展總體形勢趨好，但進(jìn)一步提高研發(fā)能力，降低產(chǎn)品成本，仍值得業(yè)界重點關(guān)注。

3、混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備在升溫

高壓開關(guān)設(shè)備一般為空氣絕緣開關(guān)設(shè)備（AIS）、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）。20世紀(jì)末世界上出現(xiàn)了另一種開關(guān)設(shè)備，即混合絕緣技術(shù)開關(guān)設(shè)備（MIS）。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、東芝的GID型、西門子的HIS型、Alstom的GIM型等。它們是空氣絕緣或/和氣體絕緣組合的緊湊型開關(guān)設(shè)備。其優(yōu)勢是，它比AIS大大節(jié)省了占地面積，又比GIS卻大大節(jié)省了費用。在20世紀(jì)、50年代和60年代，歐洲就是用此設(shè)備對老電站進(jìn)行改造，節(jié)約了費用，也減少了占地面積。

4、高壓隔離開關(guān)的完善改進(jìn)有成效

高壓隔離開關(guān)技術(shù)有了很大進(jìn)步，主要表現(xiàn)在兩個方面：

1）自主研發(fā)出800KV隔離開關(guān)；

2）現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了完善改型，更好地滿足運行要求。

5、真空斷路器更加輝煌

真空斷路器是指觸頭在真空中關(guān)合、開斷的斷路器。真空斷路器在我國中壓領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位，特別是12KV真空斷路器市場呈快速增長趨勢。真空斷路器最初由英、美 研究 ，隨后發(fā)展到日本、德國和原蘇聯(lián)等其他國家。近年來，真空滅弧室、操動機構(gòu)、絕緣水平等制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使我國真空斷路器的發(fā)展極為迅速。目前國內(nèi)真空滅弧室的品種不比國外差，有采用縱向、橫向的磁場技術(shù)、采用中央引燃觸頭技術(shù)的真空滅弧室，Cu-Cr合金材料制成觸頭已成功地開斷50KA、63KA。中國的真空滅弧室已達(dá)到較高的水平，真空斷路器完全可以選用國產(chǎn)的真空滅弧室。德國漢諾威博覽會為世界上最大的工業(yè)展覽會，素有新產(chǎn)品櫥窗之美，從該博覽會上可以看出真空斷路器趨向于專用化、小型化、智能化、低過電壓幾大方向發(fā)展。

6、真空滅弧室制造技術(shù)取得巨大進(jìn)步

隨著真空開關(guān)在中低壓領(lǐng)域越來越普遍地應(yīng)用，真空滅弧室的真空度成為用戶關(guān)心的重點。真空滅弧室是真空斷路器的關(guān)鍵部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撐及密封，內(nèi)部有動、靜觸頭和屏蔽罩，室內(nèi)有負(fù)壓，真空度為1.33×10-2～1.33×10-5Pa，保證其開斷時的滅弧性能和絕緣水平。只有在一定的真空度下，真空斷路器的可靠性才能得到保證。近年來，真空滅弧室的質(zhì)量有了很大提高，得益于采用新技術(shù)、新工藝、新材料，走技術(shù)創(chuàng)新之路。這主要表現(xiàn)在采用大型真空爐、用一次封排工藝、采用低碳量的不銹鋼制造波紋管、用銅陶瓷封接取代可伐一陶瓷封接，盡量少用或不用可伐等。

7、金屬封閉開關(guān)設(shè)備（開關(guān)柜）有新亮點

8、負(fù)荷開關(guān)與環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展空間大

免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場 研究 觀點，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請來電垂詢：4008099707。特此說明。