浅谈高压开关设备的选择

马小燕

（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127）

浅谈高压开关设备的选择

马小燕

（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127）

文章总要从使用者的角度探讨了关于高压开关设备的选择，重点阐述了高压断路器和高压隔离开关在实际使用时，要考虑所在地电网的条件以及开关设备的结构、使用的材料等是否适合使用的环境条件。尤其以GIS和敞开式设备为例，比较了它们的优缺点，讨论它们的使用场合。

高压开关设备；高压断路器；高压隔离开关；GIS；敞开式设备

高压开关设备在电力系统的地位十分重要，正常运行时通过断路器、隔离开关可以调整、控制系统运行方式及电力负荷的分配，在事故情况下，通过断路器可以迅速将故障点隔离，以保证整个电力系统的安全运行。因此高压断路器、隔离开关的可靠运行成为电力系统安全运行的重要保证。如何选用断路器、隔离开关已成为电力部门、高压电力用户基建和生产中的重要问题。

一、高压断路器的选择

高压断路器的主要任务是：在正常运行时用它接通或切断负荷电流；在发生短路故障或严重过负荷时，借助继电保护装置用它自动、迅速地切断故障电流，以防止扩大事故范围。

由于高压开关设备有多种形式，所以，选择高压断路器，不仅要求其设备与电网运行参数相匹配，还要考虑设备所在位置的电网结构、主接线形式、环境条件、运行维护对断路器形式、灭弧介质、断路器操动机构形式的要求。

1.电网结构与断路器形式的选择

由于GIS扩建时的过度停电时间较长，对于互带能力不强的电网，如何在停电期间转供负荷，这是选择GIS设备必须考虑的问题；其次，变电所处于不断发展的区域，需要不断地扩建(在同一母线上有二、三期甚至四期扩建)的变电所不宜选用GIS，而适合选用H-GIS。

2.主接线形式与断路器形式的选择

对于一个半接线的场所，采用落地罐、H-GIS(母线在外的组合电器)，可充分发挥节省占地、布置清晰、无保护死区的优点；如果出线较多的双母线采用GIS，则其出线的空气间隙大大超过GIS的间距，将不得不通过增加母线筒的长度(增加费用)，以满足出线布置的要求。因此，对于内(外)桥接线，或进出线较少的双母线接线，采用GIS则更能体现其优势。

3.运行维护与断路器形式的选择

如果使用部门希望选用免维护或少维护的设备，以减少设备检修停电时间和检修次数，提高供电的可靠性。那么同样是敞开式设备，采用支柱式加电流互感器与罐式断路器比较，罐式断路器的CT二次线圈附在套管上，主回路及其绝缘利用了断路器绝缘部分——SF6气体和环氧绝缘子，因此其CT的故障极少。而单独的CT其主回路与二次线圈间、与地电位间的绝缘、屏蔽需要多层缠绕，制造、装配中的任何疏忽都可能造成缺陷。此外，在运行中，为监视绝缘状况，需定期进行绝缘测试。排除制造个案，仅从结构本身看，罐式断路器的CT比独立的CT可靠性高、维护量小。而断路器本身因其结构、传动形式相同，二者的可靠性、维护量大致相同(当然，不同制造厂、不同结构产品有所不同)。

GIS(H-GIS)是将更大范围的配电设备组装到一个金属壳内，因此，比暴露在大气环境下设备运行可靠性更高、维护量更小。一旦GIS内部出现故障，其维修难度、检修时间都远远超过支柱、罐式断路器和其他敞开式设备。

4.环境条件与断路器形式、灭弧介质的选择

污秽严重的地方如果选用敞开设备，不仅因设备需大爬距增加工程造价，而且因污染严重，设备易受腐蚀，影响其使用寿命和运行安全，因而选用GIS、H-GIS较适宜。适合在寒冷地区使用的支柱式SF6断路器很少，而罐式断路器使得气体加热容易实现，因此罐式断路器应是寒冷地区电网的优选。虽然混合气体断路器可以解决低温时SF6气体液化问题，但由于运行维护中的气体处理尚没有好办法，最好不采用(况且有的国外厂商推出的混合气体断路器的开断能力仅仅是根据SF6的混合比例推算出来的)。真空断路器环境适应范围广、维护量小、环保，因而在开断性能满足要求的前提下，能使用真空断路器的地方，应首选真空断路器。但真空断路器受向高电压发展所遇到的各种难题制约，目前仅在35kV及以下被广泛选用。

为满足低温环境运行需要，有的制造厂选择在已通过全部形式试验的SF6断路器上改SF6气体为混合气体，或降低SF6的额定压力。按照国家标准、电力行业标准“当产品的设计、工艺、生产条件或使用的材料及主要元件发生重大改变而影响到产品性能时，应作相应的形式试验”，像这种将绝缘、灭弧介质作了“重大改变”的断路器，更应该进行相应的形式试验。但是有的国外厂商推出的混合气体断路器的开断能力仅仅是根据SF6的混合比例推算出来的，一些制造厂对降低了SF6额定压力的断路器的开断能力试验仅进行100%短路开断试验，不能证明其全部的开断性能。

5.断路器操动机构形式的选择

如果不考虑操动机构的运动特点，单纯从使用者的角度出发，结构简单、维护量小且方便、可靠性高的操动机构就是好的操动机构。

断路器操动机构形式的选择同样要考虑其运行所在地的环境条件。

影响操动机构的环境条件主要是环境温度、温差、风沙。尤其是环境温度，对断路器操动机构的特性有着非常大的影响。当温度低时，阀体内弹簧特性变化，各传动环节，如二级阀、工作缸、提升杆的动作阻力增大，液压油运行黏度增大，动作时间变长，分合闸速度降低，乃至拒动。

在实际中不难发现，许多制造商按一般环境条件进行设计、制造的产品，一旦在低温环境下有供货需求，仅在产品“使用条件”进行文字改动，如-25℃改为-40℃，而对产品本身不作适合低温的任何改动，也不进行低温下的动作特性试验，仅在机构箱内增加加热器。而加热器功率的选择是否满足产品技术条件中规定的“-40℃”要求，只能到运行“现场考核”。所以为了保障电网在低温下的安全运行，必须选用经过低温下动作特性试验合格的断路器。

当然，凡是设备的选择都要进行经济技术比较。比较的方式不同，可能得出的结论也不同。比如选用500kV落地罐断路器，与选用支柱式断路器和电流互感器相比较，前者比后者技术先进，运行可靠性高，按一次性投资比较，后者经济。但按寿命期费用比较，使用500kV落地罐断路比使用敞开式断路器加电流互感器更经济。同样，其他各种断路器的技术经济比较应该以设备使用寿命期的全部费用比较，而不应以一次性投资进行比较。

二、隔离开关的选择

隔离开关设有灭弧装置，因而不能接通和切断负荷电流，它的主要用途是：隔离高压电源、倒闸操作、接通和切断较小电流。选用隔离开关时，要考虑以下几个方面：

1.隔离开关结构形式的选择

一般情况下，设计院、使用单位对隔离开关结构形式的选择考虑最多的是隔离开关结构形式对占地面积的影响，而忽略了隔离开关结构形式与环境之间的关系。

与断路器相同，隔离开关的选用与其使用地点的环境关系很大。只是受其影响的具体环境条件不同，这是断路器与隔离开关结构差别造成的。如，最低环境温度影响对SF6断路器很大，而隔离开关却不受其影响(但年温差的大小对隔离开关有影响)；覆冰 (厚度在0mm～10mm之间)、雨雪对断路器影响不大，但对隔离开关的操作性能影响很大；沙尘对断路器几乎没有影响，但对(特定结构的)隔离开关的操作性能、导电性能影响很大。而现行标准中的隔离开关形式试验，不能将上述各种环境条件和工况全部考虑到。因此在选用隔离开关时，应特别注意被选用的隔离开关的各关键部位的结构。

2.关于额定电流的选择

运行了一段时间的隔离开关的实际载流能力远低于铭牌的额定电流早已是不争的事实。电力行业标准规定进行温升试验要通过1.1倍的额定电流，就是想通过这一试验方式减小隔离开关实际的载流能力与额定电流之间的差距，从而增加隔离开关载流的可靠性。但温升试验与现场的实际相差较远，有的设备通过了1.1倍的额定电流的温升试验，但温升裕度却很小；有的设备通过1.0倍的额定电流的温升试验，但温升裕度却很大。两种试验结果，哪个结果说明载流能力好，可比性如何?没有科学的论证。但使用部门更愿意选用通过1.1倍的额定电流的温升试验的设备。在实际运行和温升试验中发生载流故障的部位都是导体的连接 (铰接、对接)部位。由于隔离开关的主要薄弱点在于此，在可能的情况下，一般选择隔离开关的额定电流要比实际流过的电流大很多。制造厂应在导体的连接部位采取不受环境影响的结构，如自清洁的铜墨触头、导体之间采用软联片连接等，使隔离开关在使用寿命期内的实际载流能力与铭牌额定电流相近。

3.短时耐受电流持续时间的选择

短时耐受电流持续时间的选择与开关设备所在地保护配置有直接关系。220kV及以上变电站，除非终端变电站，短时耐受电流持续时间只要大于失灵保护动作时间加断路器最长开断时间即可。而对终端变电站则要考虑后备保护动作时间。目前实际选用中存在的问题是：有的供货方提供的隔离开关的接地刀材质并非通过了动热稳定试验的设备材质(有的用普通钢管做接地刀或接地刀的接地连接截面过小等)，对这种产品应按不合格产品处理。

4.隔离开关、接地开关切合感应电流的选择

随着电力系统的迅速发展，同杆并架的线路越来越多。隔离开关、接地开关切合感应电流的要求越来越多。IEC、国家、行业对此制定了相应的标准。现在的问题是：按照已有标准进行的相关试验，满足不了实际的需要，要么感应电压低于实际需求，要么感应电流小于实际需求。产生问题的原因之一是：标准制定只考虑了同杆并架同电压的线路，而实际上更多的是同杆并架不同电压的线路。这种同杆并架的线路，低电压等级的隔离开关、接地开关需要切合的感应电压、电流，都比高电压的高，与现行标准恰恰不同。运行部门、设计部门应不断积累这方面的数据，为今后修订标准提供依据。

在现今国内市场，同一电气参数的隔离开关价格差异很大，其隔离开关的用材差异也很大，其性能、可靠性差异也很大。甚至有的制造商为追求最低价中标，用不合格的材料作替代，如用普通钢管代铜或铝做接地刀，用收购来的淘汰下来的瓷瓶组装成新隔离开关等。隔离开关在变电站的位置比较特殊，这决定了隔离开关的检修比断路器更难，隔离开关的故障比断路器对电力系统的影响更大。

［1］顾霓鸿.高压开关设备的发展与应用［J］.中国电力，1996，（12）.

［2］刘思亮.建筑供配电［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

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1673-0046（2010）8-0159-02