電氣高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)的現(xiàn)狀與改進(jìn)分析

王志彪 高炳燦 李步樓

平高集團(tuán)有限公司 河南平頂山 467000

隔離開關(guān)主要用來(lái)隔離線路或電源，可以開斷母線轉(zhuǎn)換電流、套管和母線等小的充電電流及電壓互感器的勵(lì)磁電流等，裝在直流濾波器高壓側(cè)的直流隔離開關(guān)還可以開合諧波電流。接地開關(guān)主要是在檢修設(shè)備時(shí)，為確保人身安全而保證設(shè)備接地；也可用于人為接地而造成電力系統(tǒng)的接地短路，達(dá)到控制保護(hù)的目的。直流轉(zhuǎn)換開關(guān)將高壓直流輸電系統(tǒng)中的直流運(yùn)行電流從一個(gè)運(yùn)行回線轉(zhuǎn)換到另一個(gè)運(yùn)行回線，主要由開斷裝置、轉(zhuǎn)換回路、非線性電阻器三個(gè)并聯(lián)支路組成。

1 高壓交流開關(guān)設(shè)備

①油斷路器是指觸頭在變壓器油中關(guān)合和開斷，利用變壓器油作為滅弧介質(zhì)的斷路器。這種油斷路器現(xiàn)在已經(jīng)不再生產(chǎn)。②真空斷路是指觸頭在真空中關(guān)合和開斷，利用真空作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的斷路器，其要求的真空度在pa以上。真空斷路器的電壓等級(jí)大多在126kV及以下，目前，在中壓范圍已得到廣泛使用。③SF6斷路器以六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，具有開斷容量大、絕緣水平高等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)大氣環(huán)境的溫室效應(yīng)帶來(lái)不利影響，這是它的缺點(diǎn)。瓷柱式SF6斷路器的開斷元件放在絕緣支柱上，使處于高電位的觸頭、導(dǎo)電部分及滅弧室與地絕緣；絕緣支柱則安裝在接地基座上，稱為外殼帶電斷路器，也稱之為絕緣支柱式斷路器。電壓等級(jí)范圍一般不超過(guò)550kV，額定電流為3150A、4000A、5000A等，其主要元件包括滅弧室、絕緣支柱和操作機(jī)構(gòu)。按滅弧室斷口數(shù)量來(lái)分，可分為單斷口和雙斷口斷路器。按操作方式來(lái)分，SF6斷路器可分為分相操作和三極聯(lián)動(dòng)斷路器。

2 高壓開關(guān)設(shè)備問(wèn)題

2.1 結(jié)露產(chǎn)生的原因

所謂結(jié)露現(xiàn)象是指柜體內(nèi)表面溫度下降到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，內(nèi)壁表面會(huì)發(fā)生水珠凝結(jié)現(xiàn)象。由空氣內(nèi)水分和環(huán)境溫度的特性可知，結(jié)露發(fā)生取決于實(shí)時(shí)的環(huán)境溫度和柜內(nèi)部溫度、相對(duì)濕度以及露點(diǎn)溫度。控制柜設(shè)計(jì)時(shí)，可知只要存在溫度差ΔT，就有結(jié)露的可能，且環(huán)境相對(duì)濕度越高，形成結(jié)露的溫度差ΔT越小。例如：相對(duì)濕度為90%時(shí)，溫度差ΔT為1．5-1．8時(shí)就會(huì)形成結(jié)露，相對(duì)濕度為60%時(shí)，溫度差ΔT為6．9-7．6時(shí)才會(huì)形成結(jié)露。也就是說(shuō)，在一定的溫度條件下，空氣中的相對(duì)濕度越高，結(jié)露的溫度越是接近環(huán)境空氣溫度。環(huán)境溫度越接近露點(diǎn)溫度，凝露就越容易發(fā)生[1]。

2.2 開關(guān)容量設(shè)計(jì)及日常運(yùn)行故障問(wèn)題

設(shè)計(jì)開關(guān)容量的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)容量計(jì)算過(guò)小，導(dǎo)致觸頭選擇太小，觸頭在實(shí)際負(fù)荷的作用下會(huì)出現(xiàn)溫升超標(biāo)問(wèn)題。安裝觸頭時(shí)，由于缺乏嚴(yán)格的安裝標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)、靜觸頭間的接觸面積過(guò)小，通過(guò)該區(qū)域的有效電阻較大，觸頭局部出現(xiàn)溫升情況。此外，高壓開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)無(wú)法按照開關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入到指定位置，觸頭間出現(xiàn)孔隙，電流通過(guò)該位置時(shí)會(huì)在局部出現(xiàn)放電情況，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的升溫發(fā)熱情況。

3 高壓開關(guān)設(shè)備控制措施

3.1 設(shè)置加熱器

在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中，有的電站在加熱器投入的戶外柜體內(nèi)產(chǎn)生了結(jié)露，沒(méi)投入加熱器的卻沒(méi)有。這是因?yàn)殚_關(guān)控制柜一般都設(shè)置在電纜溝的上方，方便電纜進(jìn)入柜體的位置，柜體下部采用電纜泥、防火水泥和電纜接頭等方式進(jìn)行封堵。一般電纜溝內(nèi)的濕度相對(duì)較大，由于“煙囪效應(yīng)”的影響，不管封堵的多嚴(yán)密，水分子都會(huì)通過(guò)柜體底部電纜進(jìn)線處源源不斷進(jìn)入柜體內(nèi)，如下圖所示。加熱器安裝在控制柜的底部，使柜內(nèi)底部和頂部形成溫度差。當(dāng)環(huán)境濕度特別大，柜外溫度急速變化時(shí)，柜體內(nèi)不大的溫度差，都會(huì)在柜體內(nèi)部溫度低的區(qū)域形成結(jié)露。這就需要將加熱器分散布置。由于現(xiàn)在的控制柜內(nèi)的元件布置比較緊湊，多個(gè)加熱器分散布置比較困難[2]。

圖1 高壓開關(guān)加熱器

3.2 日常運(yùn)行檢修

日常運(yùn)行維修過(guò)程中，維修人員應(yīng)定期對(duì)開關(guān)動(dòng)、靜觸頭的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，同時(shí)觀察外觀的顏色是否發(fā)生變化。此外，對(duì)觸頭間的彈性性能進(jìn)行檢查，同時(shí)檢查光滑性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。完成設(shè)備檢修后，在開關(guān)動(dòng)、靜觸頭位置涂抹導(dǎo)電膏，提升觸頭的導(dǎo)電能力，降低電流通過(guò)開關(guān)觸頭的電阻，預(yù)防觸頭出現(xiàn)發(fā)熱情況。設(shè)備正常運(yùn)行過(guò)程中，使用紅外溫度測(cè)試儀對(duì)開關(guān)觸頭和銅排溫度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)溫度調(diào)整負(fù)荷對(duì)檢測(cè)出故障的設(shè)備進(jìn)行維修。

3.3 使用溫濕度控制器

通過(guò)傳感器檢測(cè)溫度、濕度，按照設(shè)定值啟動(dòng)加熱器。讓加熱器只在需要啟動(dòng)的時(shí)候投入，保障柜體防結(jié)露的要求。但是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上溫控器的使用電氣壽命一般都不高，通常溫度傳感器壽命僅僅5-6年，濕度傳感器，對(duì)灰塵、鹽霧等耐受較差，使用壽命更短。根據(jù)南方某地區(qū)對(duì)變電站的統(tǒng)計(jì)，溫濕度控制器故障率達(dá)到49．5%。實(shí)際投入率也不高，個(gè)別的元件僅僅只有80%。這就需要對(duì)溫控器進(jìn)行定期檢查維護(hù)，有些溫控器安置在封閉的箱體內(nèi)，這給檢修維護(hù)帶來(lái)較大的工作量和不確定性。且溫控器的成本比較高，在運(yùn)行中個(gè)別的溫控器發(fā)生了著火燒毀控制柜的情況，給開關(guān)安全運(yùn)行帶來(lái)了隱患[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中必不可少的重要設(shè)備，目前交流開關(guān)設(shè)備的技術(shù)已經(jīng)成熟，直流開關(guān)設(shè)備技術(shù)正逐步完善，可根據(jù)特高壓交直流電網(wǎng)的發(fā)展需要，研制出滿足運(yùn)行工況要求的產(chǎn)品。未來(lái)高壓開關(guān)設(shè)備的發(fā)展方向是：優(yōu)化滅弧室結(jié)構(gòu)，降低操作功，提高開關(guān)運(yùn)行可靠性，做到終身免維護(hù)；大力推動(dòng)智能開關(guān)的研制和應(yīng)用，推進(jìn)選相分合閘技術(shù)（CS）的應(yīng)用；開關(guān)設(shè)備小型化、組合化、模塊化，減少占地面積；尋找可替代SF6的絕緣介質(zhì)，發(fā)展環(huán)保型開關(guān)設(shè)備。