1100kV GIS隔離開關和接地開關的研制與應用

引言：介紹了新東北1100kV GIS隔離開關和接地開關的產品特點，對隔離開關和接地開關進行了深入分析研究，研制了參數高、技術先進、安全可靠的氣體絕緣金屬封閉開關設備用隔離開關和接地開關。

《特高壓交直流電網》通過深入總結分析電網和能源發展規律認為，不管世界各國的經濟發展水平、能源資源稟賦和電網發展階段有多大不同，但對電網“堅強”和“智能”的要求是共同的。中國要解決東中部地區負荷中心能源緊缺的問題，減少環境污染，發展新能源，實現能源轉換，關鍵是建立以特高壓電網為骨干網架、以智能化為核心的堅強智能電網，在更大范圍內優化能源配置，才能夠保證電力安全、高效、清潔供應，滿足客戶多樣化需求，為社會經濟發展提供保障。根據我國1000kV特高壓交流輸變電工程發展的需要，為了進一步提高產品的技術性能和指標，鞏固和擴大市場份額，增強我公司產品的競爭能力，我公司決定研制具有自主知識產權的1100kV GIS氣體絕緣金屬封閉開關設備。

新東北電氣公司自主研發的新型1100kV GIS設備具有占地面積小，結構緊湊，可靠性高，且適用于高海拔及低溫地區等特點。該產品在機械工業高壓電器產品質量檢測中心（沈陽）和國家高壓電器產品質量監督檢驗中心（西安高壓電器研究院）通過全部型式試驗的考核，其技術性能已達到同類產品國際領先水平。 該GIS隔離開關開合母線轉換電流1600A，開合小電流1A；接地開關短路關合171kA；以上參數已經達到國際先進水平，可以滿足我國1000kV電網的需求。

一、隔離開關結構

1100kV GIS用隔離開關是GIS的重要組成部分，它以六氟化硫氣體作為絕緣介質。

隔離開關的主要功能是將GIS 各元件進行隔離，形成有效可見斷口，從而在被隔離并已安全接地的元件上進行檢修。

隔離開關在開合小電流時，因GIS內部產生LC電磁振蕩可能產生波頭很陡、頻率很高的操作過電壓（VFTO），若設計不當對電網及人生安全產生危害。 1100kV GIS隔離開關采取了如下設計方法：

1）觸頭的屏蔽罩優化設計，防止電弧漂移接地的有效措施。

2）斷口電場均勻分布，可防止在VFTO作用下對地閃絡和減少電弧重燃。

3）提高隔離開關的分合閘速度以減少電弧重燃次數。

4）動、靜主觸頭設計了銅鎢合金的弧觸頭，避免觸頭表面因燃弧時間長可能燒損嚴重而影響斷口絕緣。

我公司的隔離開關分為兩種，一種為帶有分合閘電阻的隔離開關，采用電動彈簧操動機構。一種為不帶分合閘電阻的隔離開關，采用電動操動機構。

1.帶電阻的隔離開關

帶電阻的隔離開關結構見圖1。

圖1 帶電阻的隔離開關

由于隔離開關動觸頭采用豎直操作方式，因此在隔離開關分合閘操作時，由于動觸頭重量的原因，使機構負荷相差極大，為克服上述問題，采用了動觸頭平衡裝置。

為抑制隔離開關操作過程產生的陡波過電壓，1100kV隔離開關增設了分合閘時串入的電阻。電阻安裝在隔離開關的靜觸頭的管壁上，開關從合閘狀態開始分斷到分斷中間，在動觸頭與靜觸頭之間產生電弧，靜觸頭管壁上的電阻自然就在回路中串聯，降低了產生多次重燃的概率，也就降低了陡波過電壓的倍數。合閘時的次序相反，電阻也是在完全關合前接入，降低了產生多次重燃的概率。

2.不帶電阻的隔離開

不帶電阻的隔離開關結構見圖2。

隔離開關采用直角式計結構，安裝在積木式的外殼內，布置靈活，簡化總體布置結構。動觸頭直連操動機構，不需拐臂及連桿轉換。隔離開關設計有內窺鏡，可檢查觸頭分合閘位置。

圖2 不帶電阻的隔離開關

二、接地開關結構

接地開關分為兩類，一種為快速接地開關，具有關合短路電流的能力，可以開合電磁感應電流和靜電感應電流，另一類不具備上述能力，為檢修用接地開關。接地開關結構見圖3。

圖3 接地開關

檢修用接地開關用于在維修、大修或安裝期間把GIS的各個對地絕緣部份接地，以便保護人身安全。快速接地開關可以關合短路電流、開合電磁感應電流和靜電感應電流。另外，可以通過帶絕緣法蘭的接地開關，在不打開外殼的情況下，對GIS的某些裝置進行各種試驗，例如，試驗電流互感器、測量斷路器的操動時間、測量主回路電阻等。

通常情況下，在線路側需配備快速接地開關，斷路器兩側需配備檢修用接地開關，以防止因操作失誤引起事故。

三、操動機構結構

操動機構分為電動彈簧操動機構及電動操動機構。隔離開關及快速接地開關采用電動彈簧操動機構，檢修接地開關采用電動操動機構。

電動彈簧操動機構是由傳動機構、制動系統、緩沖器、微動開關、彈簧、門、輔助開關、電機、聯鎖機構等組裝在一個鋼結構的箱體內， 并配有手動儲能用的搖手柄。

電動操動機構是由傳動機構、制動系統、電機、搖手柄等組成。

機構動作原理主要由電機帶動蝸輪、蝸桿轉動，通過連桿系統實現分、合閘操作。

圖4 傳動機構 圖5手動裝置

四、產品的應用

目前1100kV GIS隔離開關和接地開關已經應用于南陽工程、浙北工程，運行平穩。

五、結束語

1100kV GIS用隔離開關和接地開關通過了所有型式試驗項目，技術水平高，滿足了我國1100kV電網建設的迫切需求，為我國電力發展提供了可靠性的保障。

參考文獻

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[2] 黎斌.SF6高壓電器設計 [M].北京：機械工業出版社，2009（3）.

[3] 李建基.高壓開關設備實用技術 [M].北京：中國電力出版社，2005.

作者簡介

張繼紅（1980-），女，工程師，從事高壓電器設計工作。

（作者單位：新東北電氣集團高壓開關有限公司）