电气高压开关设备技术的现状与改进分析

王志彪 高炳灿 李步楼

平高集团有限公司 河南平顶山 467000

隔离开关主要用来隔离线路或电源，可以开断母线转换电流、套管和母线等小的充电电流及电压互感器的励磁电流等，装在直流滤波器高压侧的直流隔离开关还可以开合谐波电流。接地开关主要是在检修设备时，为确保人身安全而保证设备接地；也可用于人为接地而造成电力系统的接地短路，达到控制保护的目的。直流转换开关将高压直流输电系统中的直流运行电流从一个运行回线转换到另一个运行回线，主要由开断装置、转换回路、非线性电阻器三个并联支路组成。

1 高压交流开关设备

①油断路器是指触头在变压器油中关合和开断，利用变压器油作为灭弧介质的断路器。这种油断路器现在已经不再生产。②真空断路是指触头在真空中关合和开断，利用真空作为绝缘介质和灭弧介质的断路器，其要求的真空度在pa以上。真空断路器的电压等级大多在126kV及以下，目前，在中压范围已得到广泛使用。③SF6断路器以六氟化硫气体作为绝缘介质和灭弧介质，具有开断容量大、绝缘水平高等优点。但对大气环境的温室效应带来不利影响，这是它的缺点。瓷柱式SF6断路器的开断元件放在绝缘支柱上，使处于高电位的触头、导电部分及灭弧室与地绝缘；绝缘支柱则安装在接地基座上，称为外壳带电断路器，也称之为绝缘支柱式断路器。电压等级范围一般不超过550kV，额定电流为3150A、4000A、5000A等，其主要元件包括灭弧室、绝缘支柱和操作机构。按灭弧室断口数量来分，可分为单断口和双断口断路器。按操作方式来分，SF6断路器可分为分相操作和三极联动断路器。

2 高压开关设备问题

2.1 结露产生的原因

所谓结露现象是指柜体内表面温度下降到露点温度以下时，内壁表面会发生水珠凝结现象。由空气内水分和环境温度的特性可知，结露发生取决于实时的环境温度和柜内部温度、相对湿度以及露点温度。控制柜设计时，可知只要存在温度差ΔT，就有结露的可能，且环境相对湿度越高，形成结露的温度差ΔT越小。例如：相对湿度为90%时，温度差ΔT为1．5-1．8时就会形成结露，相对湿度为60%时，温度差ΔT为6．9-7．6时才会形成结露。也就是说，在一定的温度条件下，空气中的相对湿度越高，结露的温度越是接近环境空气温度。环境温度越接近露点温度，凝露就越容易发生[1]。

2.2 开关容量设计及日常运行故障问题

设计开关容量的过程中，设计人员对系统容量计算过小，导致触头选择太小，触头在实际负荷的作用下会出现温升超标问题。安装触头时，由于缺乏严格的安装标准，动、静触头间的接触面积过小，通过该区域的有效电阻较大，触头局部出现温升情况。此外，高压开关柜内的开关无法按照开关操作标准进入到指定位置，触头间出现孔隙，电流通过该位置时会在局部出现放电情况，进而产生严重的升温发热情况。

3 高压开关设备控制措施

3.1 设置加热器

在实际设备运行中，有的电站在加热器投入的户外柜体内产生了结露，没投入加热器的却没有。这是因为开关控制柜一般都设置在电缆沟的上方，方便电缆进入柜体的位置，柜体下部采用电缆泥、防火水泥和电缆接头等方式进行封堵。一般电缆沟内的湿度相对较大，由于“烟囱效应”的影响，不管封堵的多严密，水分子都会通过柜体底部电缆进线处源源不断进入柜体内，如下图所示。加热器安装在控制柜的底部，使柜内底部和顶部形成温度差。当环境湿度特别大，柜外温度急速变化时，柜体内不大的温度差，都会在柜体内部温度低的区域形成结露。这就需要将加热器分散布置。由于现在的控制柜内的元件布置比较紧凑，多个加热器分散布置比较困难[2]。

图1 高压开关加热器

3.2 日常运行检修

日常运行维修过程中，维修人员应定期对开关动、静触头的稳定性进行检查，同时观察外观的颜色是否发生变化。此外，对触头间的弹性性能进行检查，同时检查光滑性是否符合标准。完成设备检修后，在开关动、静触头位置涂抹导电膏，提升触头的导电能力，降低电流通过开关触头的电阻，预防触头出现发热情况。设备正常运行过程中，使用红外温度测试仪对开关触头和铜排温度进行检测，并根据温度调整负荷对检测出故障的设备进行维修。

3.3 使用温湿度控制器

通过传感器检测温度、湿度，按照设定值启动加热器。让加热器只在需要启动的时候投入，保障柜体防结露的要求。但是现在国内市场上温控器的使用电气寿命一般都不高，通常温度传感器寿命仅仅5-6年，湿度传感器，对灰尘、盐雾等耐受较差，使用寿命更短。根据南方某地区对变电站的统计，温湿度控制器故障率达到49．5%。实际投入率也不高，个别的元件仅仅只有80%。这就需要对温控器进行定期检查维护，有些温控器安置在封闭的箱体内，这给检修维护带来较大的工作量和不确定性。且温控器的成本比较高，在运行中个别的温控器发生了着火烧毁控制柜的情况，给开关安全运行带来了隐患[3]。

4 结语

高压开关设备是电力系统中必不可少的重要设备，目前交流开关设备的技术已经成熟，直流开关设备技术正逐步完善，可根据特高压交直流电网的发展需要，研制出满足运行工况要求的产品。未来高压开关设备的发展方向是：优化灭弧室结构，降低操作功，提高开关运行可靠性，做到终身免维护；大力推动智能开关的研制和应用，推进选相分合闸技术（CS）的应用；开关设备小型化、组合化、模块化，减少占地面积；寻找可替代SF6的绝缘介质，发展环保型开关设备。