第一節(jié) 高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的相關(guān)概念

一、高壓開(kāi)關(guān)的定義

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

二、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的組成及介紹

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備是指高壓開(kāi)關(guān)與控制、測(cè)量、保護(hù)、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(jī)械的聯(lián)結(jié)組成的總稱。

第二節(jié) 我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用

一、我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的發(fā)展歷程

1、開(kāi)關(guān)設(shè)備全工況的試驗(yàn) 研究

典型事故調(diào)查，近幾年來(lái)，全國(guó)發(fā)生了多次由于開(kāi)關(guān)柜絕緣問(wèn)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(shí)連續(xù)兩次發(fā)生開(kāi)關(guān)柜絕緣問(wèn)題，燒毀開(kāi)關(guān)柜1臺(tái)，燒損8臺(tái)，燒毀電流互感器4只，支柱絕緣子40多支，隔離開(kāi)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(kāi)關(guān)柜絕緣受潮，致使在合閘操作時(shí)，造成開(kāi)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(kāi)關(guān)柜內(nèi)閃絡(luò)起火，燒毀、燒損開(kāi)關(guān)柜9臺(tái)、支柱絕緣子近百個(gè)，其他設(shè)備數(shù)十件、造成機(jī)組甩負(fù)荷，機(jī)爐停運(yùn)。

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

1986年唐山某變電所開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行中無(wú)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(kāi)關(guān)觸頭絕緣板放電，燒毀斷路器，以及開(kāi)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(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的影響

我國(guó)是具有多種氣候類型的國(guó)家，南方多屬亞濕熱或濕熱地區(qū)。雖然開(kāi)關(guān)柜安裝在戶內(nèi)的設(shè)備，但絕大多數(shù)安裝開(kāi)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(kāi)關(guān)柜就容易受到來(lái)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(kāi)關(guān)設(shè)備壽命和運(yùn)行安全的決定因素。

3、編制《戶內(nèi)交流高壓開(kāi)關(guān)柜和元部件凝露及污穢試驗(yàn)技術(shù)條件》(報(bào)批稿)

以上的 分析 說(shuō)明環(huán)境條件對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備的壽命和運(yùn)行安全起著重要作用，但目前世界各國(guó)，包括IEC都沒(méi)有關(guān)于戶內(nèi)開(kāi)關(guān)設(shè)備在嚴(yán)酷環(huán)境條件下的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法。為此，國(guó)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(kāi)關(guān)設(shè)備的補(bǔ)充規(guī)范時(shí)，專門(mén)組建了一個(gè)工作組。

本課題在1986年3月召開(kāi)的第一次工作會(huì)議上曾制訂了開(kāi)展本課題的方向、步驟和計(jì)劃。其中包括編制符合我國(guó)國(guó)情，滿足運(yùn)行工況，能為開(kāi)關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和制造提供一定科學(xué)依據(jù)的"戶內(nèi)交流高壓開(kāi)關(guān)柜全工況絕緣試驗(yàn)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(kāi)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(huì)出現(xiàn)凝露。目前國(guó)內(nèi)和IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)戶內(nèi)設(shè)備也都不考慮污穢情況。但事實(shí)上，開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)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(yàn)技術(shù)條件時(shí)，除了保留戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜以前所有的試驗(yàn)項(xiàng)目外，修改了有關(guān)使用條件和適用范圍的條款，特別補(bǔ)充了"凝露試驗(yàn)"、"人工污穢試驗(yàn)"和"高溫試驗(yàn)"項(xiàng)目。由于"高溫試驗(yàn)"項(xiàng)目準(zhǔn)備另立專題進(jìn)行試驗(yàn) 研究 ，僅就"凝露試驗(yàn)"和"人工污穢試驗(yàn)"項(xiàng)目的編制過(guò)程和考慮的原則作了說(shuō)明。

4、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜絕緣距離驗(yàn)證

1)復(fù)合絕緣試驗(yàn)：交流金屬封閉式開(kāi)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(mén)，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(wèn)題較一般純空氣絕緣變得復(fù)雜多了。據(jù)有關(guān)報(bào)道：GFC-15-02型高壓開(kāi)關(guān)柜，在焦作供電局的焦南變安裝投運(yùn)后先后三次因靜觸頭對(duì)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(kāi)關(guān)技術(shù)通訊(82-85合訂本)明確指出，此類開(kāi)關(guān)"由于未進(jìn)行過(guò)隔板在受潮、臟污及相對(duì)濕度為90%等實(shí)際使用條件下的絕緣強(qiáng)度考核，開(kāi)關(guān)柜前后封閉又不完善，空氣絕緣距離不能保證安全運(yùn)行"。

以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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。現(xiàn)有開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)對(duì)上述后兩個(gè)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(méi)有一個(gè)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(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)下表；在常溫常濕和凝露條件下進(jìn)行了工頻閃絡(luò)試驗(yàn)，其結(jié)果見(jiàn)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(yíng)"防污閃型開(kāi)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(guó)際兩部技術(shù)文件與引進(jìn)同類型產(chǎn)品的說(shuō)明書(shū))，對(duì)其材質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選，取長(zhǎng)補(bǔ)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(kāi)啟式開(kāi)關(guān)柜，運(yùn)行30多年成功經(jīng)驗(yàn)，而設(shè)計(jì)了具有在過(guò)電壓的情況下，對(duì)有時(shí)產(chǎn)生電暈、閃絡(luò)放電及絕緣表面放電，能及時(shí)恢復(fù)并不會(huì)影響其它設(shè)備水平的開(kāi)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(duì)地距離都參照戶外的尺寸，對(duì)戶內(nèi)的設(shè)備防污閃更為有利。

3)開(kāi)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\(yùn)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(duì)我國(guó)30萬(wàn)kW以上機(jī)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(dòng)，安裝在國(guó)產(chǎn)840mm、電氣間隔125mm柜內(nèi)。

5)開(kāi)關(guān)柜采用最新設(shè)計(jì)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(jià)；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(kāi)口后，再用黃銅焊平的降溫措施(改造舊設(shè)備經(jīng)驗(yàn))。

7)母線室增加入風(fēng)管(逆止閥)，降低其運(yùn)行溫度，錦州開(kāi)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(jì)方案完全具備設(shè)計(jì)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(tái)設(shè)備運(yùn)行并超過(guò)兩年，已證明產(chǎn)品的安全可靠。

通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的電力技術(shù)和設(shè)備，提高了中國(guó)電力工業(yè)的技術(shù)裝備水平。通過(guò)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(guó)產(chǎn)化力度。建議采用10kV開(kāi)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(guó)制造運(yùn)行50年經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)與制造出超過(guò)引進(jìn)技術(shù)性能的全工況開(kāi)關(guān)柜。

二、高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備在我國(guó)的應(yīng)用情況

全球高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備市場(chǎng)容量在1998年達(dá)120億美元，且近年來(lái)一直呈上升趨勢(shì)，其中我國(guó)現(xiàn)已成為世界高壓開(kāi)關(guān)第二大市場(chǎng)。由此可見(jiàn)，高壓開(kāi)關(guān) 行業(yè) 在我國(guó)確實(shí)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。高壓開(kāi)關(guān)市場(chǎng)走向大致有兩個(gè)方面一是更新?lián)Q代需求，目前，我國(guó)運(yùn)行中的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備有很多超過(guò)或近20年，老舊破損嚴(yán)重，亟待更新?lián)Q代，這是市場(chǎng)容量的一個(gè)重要組成部分；二是新建工程需求，對(duì)此，國(guó)內(nèi)電力工業(yè)的發(fā)展是高壓開(kāi)關(guān) 行業(yè) 發(fā)展的“晴雨表”，因而，談到高壓開(kāi)關(guān)的市場(chǎng)容量就離不開(kāi)我國(guó)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(guó)西電東送規(guī)模在2005年達(dá)到2500萬(wàn)kW，2010年將增加到5500萬(wàn)kW，2020年則超過(guò)1億kW。初步 規(guī)劃 “十一五”期間，全國(guó)新建30kV及以上交流線路3.6萬(wàn)km，變電容量18億kVA，平均每年新增7000km，3600萬(wàn)kVA。到2010年．330kV及以上交流線路達(dá)到12萬(wàn)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(guó)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的制造情況

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

2、特高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備需加大自主研發(fā)力度

近期以來(lái)，交、直流特高壓項(xiàng)目陸續(xù)開(kāi)工，“市場(chǎng)倒逼技術(shù)”的緊迫形勢(shì)，進(jìn)一步催生高壓開(kāi)關(guān) 行業(yè) 諸多新技術(shù)。高壓交流隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備的研制明顯加速，并實(shí)現(xiàn)從超高壓向特高壓的跨越。 行業(yè) 發(fā)展總體形勢(shì)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(diǎn)關(guān)注。

3、混合技術(shù)開(kāi)關(guān)設(shè)備在升溫

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備一般為空氣絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（AIS）、氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）。20世紀(jì)末世界上出現(xiàn)了另一種開(kāi)關(guān)設(shè)備，即混合絕緣技術(shù)開(kāi)關(guān)設(shè)備（MIS）。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、東芝的GID型、西門(mén)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(kāi)關(guān)設(shè)備。其優(yōu)勢(shì)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(fèi)用。在20世紀(jì)、50年代和60年代，歐洲就是用此設(shè)備對(duì)老電站進(jìn)行改造，節(jié)約了費(fèi)用，也減少了占地面積。

4、高壓隔離開(kāi)關(guān)的完善改進(jìn)有成效

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

1）自主研發(fā)出800KV隔離開(kāi)關(guān)；

2）現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行了完善改型，更好地滿足運(yùn)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(kāi)斷的斷路器。真空斷路器在我國(guó)中壓領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位，特別是12KV真空斷路器市場(chǎng)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。真空斷路器最初由英、美 研究 ，隨后發(fā)展到日本、德國(guó)和原蘇聯(lián)等其他國(guó)家。近年來(lái)，真空滅弧室、操動(dòng)機(jī)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(guó)真空斷路器的發(fā)展極為迅速。目前國(guó)內(nèi)真空滅弧室的品種不比國(guó)外差，有采用縱向、橫向的磁場(chǎng)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(kāi)斷50KA、63KA。中國(guó)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(guó)產(chǎn)的真空滅弧室。德國(guó)漢諾威博覽會(huì)為世界上最大的工業(yè)展覽會(huì)，素有新產(chǎn)品櫥窗之美，從該博覽會(huì)上可以看出真空斷路器趨向于專用化、小型化、智能化、低過(guò)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(kāi)關(guān)在中低壓領(lǐng)域越來(lái)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(diǎn)。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(dòng)、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(kāi)斷時(shí)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(lái)，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(kāi)關(guān)設(shè)備（開(kāi)關(guān)柜）有新亮點(diǎn)

8、負(fù)荷開(kāi)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(chǎng) 研究 觀點(diǎn)，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(wèn)題，敬請(qǐng)來(lái)電垂詢：4008099707。特此說(shuō)明。