110kV空氣絕緣組合電器的應用研究

呂賀倫

中國煤炭科工集團沈陽煤礦設計研究院，北京 110015

0 引言

傳統的110 kV變電站配電裝置是采用各個電器元件依次安裝組成，不僅安裝周期較長，并且調試極為不方便，同時還具有體積大浪費土地資源的弊端。空氣絕緣組合電器是將斷路器部分、隔離開關部分、接地開關部分和互感器部分組合集成于一體，模塊化的組裝。各電氣設備除變壓器外均密封在一個接地的金屬外殼內，在運輸到變電所投入使用之前，就可以先對設備整體進行裝配檢測。這樣在變電所建設的工程應用中，保證了安全，縮短了安裝調試的周期。空氣絕緣組合電器的突出優點使其已廣泛應用在城市配電網、冶金和機械加工行業的110kV電壓等級系統中。

1 空氣絕緣組合電器的功能特點

1.1 安裝方便

空氣絕緣組合電器是先將斷路器部分、隔離開關部分、接地開關部分和互感器部分組合集成于一體模塊化的裝配之后，再運輸到工地現場安裝。在安裝之前已經完成調試檢測的工作，減少了現場的工作量，極大的縮短了安裝調試的周期。

1.2 體積美觀小巧

由于空氣絕緣組合電器是將各個電器元件組合集成安裝，與傳統的變電所配電裝置相比，體積有明顯的縮小，節約了電氣設備的占地面積和空間。具有良好的絕緣特性，其絕緣距離也可相對縮短。由于體積較小，一個裝配好的空氣絕緣組合電器可以采用簡單的車輛運輸，十分方便。體積小的優點十分有利于其應用于重污染、鹽霧以及高海拔地區水電站變電所中。同時空氣絕緣組合電器的外殼采用金屬外殼，外形美觀視覺效果較好。金屬外殼可以直接接地，施工過程中安裝在地面上，節約了水泥鋼材等材料。

1.3 結構簡化

空氣絕緣組合電器中的母線結構不需要其他絕緣子或鋼架，為自支撐結構。尺寸大小可根據變電所的實際要求標準制造。空氣絕緣組合電器具有抽出式的結構特征，所以檢修工作人員可以將空氣絕緣組合電器抽出降到地面進行檢修維護。整個檢修工作過程中，檢修工作人員站在地面的一個金屬構架內對模塊進行維修和對瓷件進行清潔，金屬構架接地，這樣不僅簡化了操作難度還保證了檢修工作人員的安全。即使空氣絕緣組合電器出現故障需要大修時，更換模塊的時間也非常短，這樣有故障引起的停電時間也大為縮短，從而降低損失。當從車間大修完畢返回現場安裝時，安裝過程十分簡單快捷，從而降低了工程維修的費用。

1.4 介電強度較高

由于高壓變電所采用空氣絕緣組合電器，介電強度試驗不再是針對各個電器元件，而是對裝配集成后的整體進行檢測試驗。相比于傳統的變電所配電裝置，空氣絕緣組合電器分立元件較少，所以具有更高的絕緣性能和介電強度。

1.5 可靠性高

空氣絕緣組合電器由于整個設備密封于接地的金屬外殼之中，具有較好的防誤操作性，在不影響維護的情況下，整體設備運行可靠，可以降低外部環境對設備的影響，保證了操作工作人員的安全。整個設備密封于接地的金屬外殼之中，金屬外殼屏蔽設備的導電部分，金屬外殼接地使得設備的電磁場輻射及電場干擾都有效的屏蔽在金屬外殼之內，不會對其他設備如通信設備照成干擾。

2 空氣絕緣組合電器的主要電器

空氣絕緣組合電器為模塊化結構，其中斷路器部分、隔離開關部分、接地開關部分和互感器部分等可根據用戶要求標準組合，適應變電站的需要。

2.1 斷路器部分

空氣絕緣組合電器中均采用單壓式斷路器，這種壓氣式斷路器的壓力不到1Mpa，斷路器結構相對簡單方便設置。斷路器斷口的設置沒有特殊要求，既可以水平設置也可以垂直設置。當斷路器的斷口設置水平時，為于斷路器兩側的出線孔應與其它元件以一定的距離正確連接。因為當進行抽出檢修時，抽出方向為斷路器的滅弧室端蓋方向，這時雖然對斷路器的滅弧室高度沒有要求，但水平方向也就是斷路器兩側的出線孔應與其它元件一定要預留出一定的距離，以方便抽出檢修。當斷路器的斷口設置垂直時，以斷路器支座作為操作機構。當進行抽出檢修時，抽出方向為斷路器的滅弧室的垂直方向，將斷路器的滅弧室吊出，這時配電室及斷路器的滅弧室應具有一定的高度，而兩側的出線孔設置可比照斷路器的斷口水平設置時距離減小。通過實踐應用，建議斷路器的斷口采用垂直設置，這樣方便于其他元件的裝配。

2.2 隔離開關部分

空氣絕緣組合電器中的隔離開關部分，主要負責電路中無電流段的投切，相比其他元件比較復雜。隔離開關部分有兩種結構設置，分別為直動式和轉動式。其中直動式結構設置應設置在直角轉角處，而轉動式應同時設置在直角轉角處以及直線回路中。兩種結構設置相比，直動式結構設置分合速度快速，并且結構布置更加簡單適于維修。實際應用中通常在末端的變電站采用負荷開關以簡化接線，降低成本。負荷開關由隔離開關和滅弧裝置組成，負荷開關的不足之處在于，雖然尺寸大小與隔離開關相似，但負荷開關的操動機構提及更大。

2.3 互感器部分

電流互感器在空氣絕緣組合電器中既可以與套管電纜組成聯合元件也可以獨立的設置在大直徑筒中，這時需要配以多個環形鐵芯，并且在環形鐵芯上進行二次繞組。

電壓互感器包括兩種原理結構，為電容分壓式及電磁式。采用環氧澆注式或氣體絕緣式絕緣方式。在實際應用中110kV和220kV電壓等級通常選用環氧澆注式絕緣的電磁式電壓互感器，300kV及以上電壓等級通常選用電容式分壓互感器。

2.4 接地開關部分

在空氣絕緣組合電器中接地開關通常與隔離開關聯合起到工作接地型式開關、快速接地型式開關和保護接地型式開關。工作接地型式開關中動觸頭的速度不夠快速，通常采用手動或其他機械操機構；快速接地型式開關中動觸頭速度很快，通常在具有匯流的母線上及在電纜引線使用。因該型式的速度很快，當發生故障進行停電檢修，通常投切快速接地型式開關，再關合工作接地型式開關，以保證檢修工作人員的人身安全；保護接地型式開關的閉合時間非常短，主要負責對去除閃絡電弧，這樣保護接地型式開關應具有較高的可靠性，不能發生誤動作。快速接地型式開關和保護接地型式開關可采用彈簧或氣動機構的預先儲能式操作機構。

空氣絕緣組合電器應按照電業安全工作規程要求進行主回路的接地施工設計，并且主回路中的各個部分都應采用接地開關或臨時地線設置接地，以保證整套設備的可靠性。

3 結論

110kV變電站設計中采用了具有先進水平的空氣絕緣組合電器技術，結合其自身優點改善了變電站的設備水平，提高了供電的安全性及可靠性。隨著電力系統的發展，通過空氣絕緣組合電器在實際應用中的不斷總結，應用前景一定會越來越好。

[1]陳宇鵬，鄧雪梅，陳徽，張厚勇.高壓組合電器及其智能化變電站[J].現代制造技術與裝備，2009-11-15.

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