40.5kV風電專用高壓真空負荷隔離開關的設計

吳勝連 朱佩龍

（1.象山縣供電局，浙江 象山 315700；2.寧波天安（集團）股份有限公司，浙江 寧波 315700）

1 概述

風能、太陽能等可再生能源是從根本上解決能源問題的主要途徑之一。2012年 10月國家發改委發布了《中國風電發展路線圖 2050》，設立了中國風電產業的發展目標：到2020年、2030年和2050年，風電裝機容量將分別達到2億、4億和10億kW，在2050年，風電將滿足17%的國內電力需求，這意味著今后數十年內裝機容量就將有大幅增長空間。

風力發電機把風能通過旋轉葉片及發電機變為交流電能（電壓為 690V），然后通過 35kV箱變內的升壓變壓器和 35kV開關設備送入電力系統，一般按一機一變的原則，每臺風機配套設置一臺35KV箱變，每臺箱變需一臺 35kV開關設備。開關設備中的主元件采用真空負荷隔離開關+熔斷器組合電器是比較經濟的。

2 現有風電用的負荷開關產品缺陷

目前可用于風電場的負荷隔離開關（+熔斷器組合電器）的產品不多，而且這些產品雖然可滿足風力發電機組輸電網的參數和功能，但在使用中還不夠完善。適合風電用的負荷開關典型產品型號主要有NALF36（如圖1所示）、FZRN21-40.5（如圖2所示）等。如圖3是FZRN21-40.5安裝在35kV風電箱變高壓側示意圖。圖中可看出，負荷開關在實際使用時，若需要更換熔斷器，一般需在隔離斷口處插入一絕緣隔板來把帶電部位與熔斷器間進行隔離來保證維護人員的安全，而這一方法其實是很不安全的，實際操作中幾乎不會采用。實際上，對開關的熔斷器室進行維護時，一般需要把35kV集電線側停電后，維護人員才進入更換，但這會造成相連的其他風機箱變同時停電，停電面廣，停電時間長，造成巨大經濟損失。圖4所示是一種改進型高壓開關室。該高壓開關室雖然把熔斷器室與隔離開關室進行了左右布置，但二個室的頂部是相通的，并沒有完全隔開，安全性沒有得到徹底解決，且連接負荷開關一次母線走線需占較大空間，所構成的箱變體積較大，高度較高。

圖1 NALF36外形示意圖

圖2 FZRN21-40.5外形示意圖

圖3 FZRN21-40.5安裝在35kV風電箱變高壓側示意圖

圖4 某公司生產的35kV風電箱變高壓側示意圖

3 FT16-40.5風電專用高壓真空負荷隔離開關（+熔斷器組合電器）設計原理

為了解決現有負荷開關在風電應用中存在的上述缺點，專門開發了 FT16-40.5風電專用高壓真空負荷隔離開關（+熔斷器組合電器）。負荷開關的結構如圖5所示。開關分左右二部分，右部為熔斷器，左部為隔離開關，熔斷器與隔離開關間有一金屬底架隔開，二者間通過固封有真空滅弧室的穿墻套管使熔斷器和隔離開關間形成電氣連接。真空滅弧室用環氧樹脂AGP工藝固封在穿墻式固封極柱內，使得固封極柱即具有滅弧作用又具有穿墻式功能，布局更為緊湊，同時真空滅弧室被外層設有裙邊的環氧樹脂絕緣材料包覆，爬距增大，可適合高海拔地區使用。

圖5 負荷開關外形和結構

當該開關裝于35kV開關柜時，從圖6可看出，熔斷器室是一個由金屬板隔開的獨立的一個隔室，當需要更換熔斷器時，通過操作機構先使負荷開關分閘，然后打開隔離開關，再合上熔斷器下端的接地刀，此時，即使 35kV集電線上帶電狀態也可打開該熔斷器室（各個操作步驟都設有嚴格的聯鎖機構），維護人員可安全地進入該隔室更換熔斷器。圖7是該開關安裝在35kV風電箱變中（熔斷器和隔離開關上下布置）示意圖。

圖6 FT16-40.5負荷天關安裝在35kV風電箱變高壓側示意圖（左右布置）

圖7 負荷開關安裝在35kV箱變中（熔斷器與隔離開關上下布置）示意圖

FT16-40.5戶內交流高壓真空負荷隔離開關（+熔斷器組合電器）除了在保障維護人員安全性上有突出的優點外，還具備了以下功能：①具有明顯隔離斷口；②負荷開關具有手電動二用操作功能；③當負荷開關熔斷器單相熔斷后，開關在撞擊器作用下而脫扣，避免變壓器缺相運行；④完善的“五防”功能。產品主要參數見表1。

表1

4 結論

FT16-40.5戶內交流高壓真空負荷隔離開關（+熔斷器組合電器）的基本參數和技術標準符合GB3906《3.6-40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制》要求，并通過了國家高壓電器產品質量檢測中心全套型式試驗。產品由于采用的穿墻式固封極柱即具有滅弧作用又具有穿墻式功能，使得整個產品布局緊湊，安裝在風電箱變時可形成兩個有獨立的熔斷器隔室，從而確保維護人員在更換熔斷器時的人身安全，同時真空滅弧室被外層設有裙邊的環氧樹脂絕緣材料包覆，爬距增大，產品可適合高海拔地區使用。目前該產品已在內蒙華電玫瑰營風電場、新疆哈密風電場等多個風電場掛網運行，狀況良好。

[1] 國家發改委能源研究所.中國風電發展路線圖2050.2011.

[2] 西安高壓電器研究所等.高壓開關設備國內外產品水平(第五版).2011.

[3] 金鐵,陳光,陳利軍,等.風力發電與輸變電設備[J].電氣技術,2009(8).

[4] 風力發電場設計技術規范.DL/T 2383-2007.