影響高壓電氣開關穩定性的因素以及提高穩定性的對策

國能浙江北侖第一發電有限公司 常明林

1 高壓電氣開關穩定性的研究現狀

高壓電氣開關應用十分普遍，隨著技術的精進，應用層次也逐漸深入。高壓電氣開關的穩定性關系到電力系統的總體運作，同時高壓電氣開關穩定性和電力系統開發設計也是互相聯系的，只有提升高壓電氣開關穩定性，才可以推動電力系統進一步的開發設計。在我國高壓電氣開關制造企業主要有沈陽市高壓開關廠和西安市高壓開關廠等，研發型號為126-550kGIS等設備。

2 高壓電氣開關設備

2.1 HVX系列真空斷路器

HVX系列真空斷路器是基于全球的制造和設計經驗基礎上針對中國市場開發的新一代斷路器，適用于PIX 型開關設備及其他主流的空氣絕緣開關設備，廣泛應用于電網，石油化工，公共基礎設施，工礦企業和交通運輸等領域。憑借VG 系列真空滅弧室的專利設計和施耐德電氣對真空滅弧室技術的應用，使VG系列真空滅弧室以高穩定性、大容量、小體積，長壽命在中壓真空領域獨樹一幟。采用模塊化設計的彈簧操作機構簡單可靠，三相獨立的凸輪輸出，為真空滅弧室提供最佳的特性配合。傳動機構一級輸出和特有的軸承傳動設計，簡化機構的同時確保機構穩定操作滿足多種特殊場合應用要求，廣泛應用于各種領域。

2.2 VAH型真空斷路器

無論對于電廠，發電廠，工業或用戶變電站以及OEM，都需要靈活可靠的斷路器用于滿足高機械和電氣開斷需求。VAH型真空斷路器是基于在真空技術領域的數十年經驗專為高容量需求而研發，額定電流高達到6300A。適用于PIX-Gen開關柜，也是重工業和發電機保護大容量斷路器的理想選擇。特別適合改造及擴建該斷路器額定電壓達到17.5kV，額定雷電沖擊電壓（峰值）達到95kV，設計靈活，可用于固定式安裝和可抽出式手車，專門適用于現代化及擴展的安裝系統。在12kV 額定電壓下可開斷63kA 額定短路電流，極柱采用極其牢固的支撐和可通過空氣冷卻的敞開式構造，這是基于達到高機械和電氣開斷循環、高絕緣水平和大額定電流的要求而設計的。施耐德電氣的VAH 斷路器符合全部的IEC 相關標準，已應用于全世界范圍的工業生產部門。傳統牢固的斷路器極柱結構VAH斷路器的設計基于傳統斷路器極柱結構。極柱通過絕緣子支撐在同一個支架上，結構緊湊，通過堅固的支撐，真空滅弧室牢固地安裝在極柱部分，確保其不受任何外力干擾。在開斷和關合期間，由電弧所產生的作用力僅作用于滅弧室觸頭部分。斷路器的這種簡單及靈活的結構可以為不同用戶的特殊需求提供解決方案。

2.3 CVX真空接觸器-熔斷器組合電器

CVX 系列真空接觸器采用全新固封極柱技術、模塊化設計，針對中國市場適用于650mm 及325mm 寬PIX 及KYN28 型空氣絕緣開關柜。固封極柱CVX系列真空接觸器用于需要多次分、合閘操作的場合，可以滿足用戶頻繁操作的需求。采用高效可靠的供電及控制保護電子模塊，固封極柱CVX系列真空接觸器具有寬電壓供電，合閘驅動、延時自動降流保持等功能。標準化的連接端口，可以與微機控制系統匹配。CVX真空接觸器(配650mm柜寬)應用固封極柱CVX 系列真空接觸器可廣泛應用于冶金、礦山、石化、鉆井平臺和廠礦配電等領域，選擇適當的熔斷器，用于配合和保護電動機、變壓器和電容器組等。固封極柱CVX系列真空接觸器可為工程帶來有價值的解決方案。

2.4 ESW接地開關

ESW接地開關采用快速合閘機構，具有短路關合能力，并帶有合分閘指示，透過觀察窗可以觀測到接地開關所處的狀態接地開關的整體設計具有結構緊湊、外形尺寸小等特點，接地開關所有的銅件都是采用低電阻材料，保證性能的可靠性。

2.5 MiCOM系列保護裝置

MiCOM系列保護裝置于1999年首次發布，運用最佳的繼電保護技術，集成最新技術的MiCOM系列依然是高度可靠的保護裝置。安全MiCOM 系列保護裝置具有全面的自檢功能，它可以準確及時檢測故障從而確保設備高度可靠地運行。其自帶的網絡安全技術可以為整個變電站提供保護。通信就地和遠方通信可以用MiCOM S1 Studio軟件實現。裝置后部的通信口用于和SCADA 系統和工程師站通信。P30 和P40 在插入以太網通信卡后就可以使用IEC61850 通信并使用高速Goose 信號。支持多種網絡結構，包括并行冗余規約（PRP），整定通過MiCOM S1 Studio 軟件實現，只需要這個軟件就可以管理所有已安裝的MiCOM 保護裝置。內置的數據模型管理器確保在電腦上總有最新的支持文件。大部分的MiCOM 保護裝置支持多個定值組，保證能夠在當地/遠方激活，或者通過專門的開關量輸入激活，以滿足不同的系統運行條件。

3 提升高壓線路電氣開關穩定性的技術方向

3.1 復合化

高壓開關設備向更為微型化的角度發展，復合化的首要方法是將電纜線終端設備、工作電壓變電器、高壓避雷器、高壓隔離開關置放在同一空間里，降低電箱容積的總數。隨著電子測量管理技術的發展，電流量變電器、電力電容器被廣泛運用于高壓開關設備中，高壓開關設備的容積會隨之大幅減少。

3.2 智能化

未來高壓電氣開關設備發展的一個突顯優點是二次系統智能化，即從傳統的機械結構發展為以電子計算機為基本的當代智能控制系統。這是因為現階段光學變電器、智能化配電站基礎理論的完善和技術的發展。運用新的感應器技術搜集信息，根據光纖傳輸激光焊接信息，用計算機解決相關問題，監控高壓開關設備的運行狀態，完成高壓開關設備情況的監測和問題的清除，再將常見故障清除信息，遠程傳送給技術工作人員[1]。

3.3 高穩定性

高壓開關設備的穩定性關鍵反映在兩個層面。一個是電氣設備穩定性，另一個是機械設備穩定性。因為現階段技術標準的適用，電氣設備穩定性有顯著提升。機械設備穩定性與設計生產水準和原材料技術息息相關。近些年，新型材料在環氧樹脂、瓷器、聚氨酯、硅膠等高壓開關設備中獲得應用，設備的絕緣性能在一定水平上增強了機械設備穩定性。可是機械設備穩定性，依然是限制高壓電器總體能力的首要因素，非常值得進一步探尋。

3.4 高壓大容量

現階段，伴隨著超高壓輸電工程項目的開展，500kV 額定電壓系統軟件飛速發展，從技術合理性和穩定性的方面看來，已經開發設計工作容積大、工作電壓高的隔離開關。斷路器的常規運行(額定電壓)電流量為5000A，短路故障斷開電流量為63kA，幾乎達到現階段供電系統的要求。高壓大容量可以達到遠距離輸電的要求，更合乎電力網體系的發展前景。

3.5 環保性

根據以往電力公司的工作經驗，在實踐中大量使用的多是用以SF6高壓斷路器的SF6氣體。SF6是無色、無毒性、無氣味、不易燃的人工合成可塑性氣體，特性平穩，具備抗靜電特性和出眾的滅弧特性，因此被廣泛運用于高壓開關設備。但SF6是造成全球變暖的有害氣體之一，所造成的全球變暖溫室效應是CO2所造成的22000 倍。目前，經過電力工作者的不斷努力，已經找到能夠替代SF6的氣體，應用到開關設備中相對較為成熟的環保氣體有N2和干燥空氣。但這兩種氣體在使用上都有自身的一些缺點，N2氣體無法檢漏，干燥空氣承載箱體干燥過程操作不易且費時等問題。

4 高壓電氣開關穩定性影響因素

4.1 靜態和動態接觸點之間的分離速率

由于高壓線路開關的基本工作原理是靠動靜接觸點之間的接觸和分離，假如彼此之間的分離出來速率不合理，散播電弧的面積和長度便會提升，進而影響開關的反應速度。靜態接觸分離出來速率會提升電弧的面積和長短，AC電弧超出0之后，會比較嚴重地影響靜態接觸點的氣體壓力，進而造成高壓電氣開關的電壓起伏。

4.2 中斷器基本上構造的影響

滅弧室是高壓電氣開關的關鍵構成部分，由分割器、電導體、電流量變電器、靜態接觸、挪動接觸、機殼等構成，基本構造結構對高壓電氣開關的穩定性有較大影響。依據開關的高壓電氣開關滅弧能量區分，電開關分為外界電力能源和本身電力能源。根據本身功能關掉電，分離出來工作能力可以直接決策電流量的高低。在穩定管理值范疇內，掉線的電流量越大，相對應電弧的動能就越大，電弧點燃時間就越少，這種領域的差別也會造成開關穩定性的差別[2]。

4.3 絕緣層磁吹原材料的影響

在高壓線路開關中，靜態接觸中間的電造成氣體分子結構觸電和工作電壓隨意變化，帶電粒子的加速運動造成電弧，這是氣體的自放電狀況。顆粒的細化和原料油會導致電弧自身的熱量損害，造成導電率的衰落，最后電弧會熄滅，現階段絕緣層物質氣體為SF6，這是絕緣層實際效果最佳的氣體，廣泛運用于高壓電氣開關，作用機制和相對應的滅弧特性必須深入分析，因此絕緣層材料的運用也會影響電氣開關的穩定性。

5 高壓電氣開關常見的設備問題

5.1 變換電路連接點造成的設備常見故障

針對高壓電氣開關儀器設備，變換電路關鍵由汞、鉛等金屬材料構成，電流量根據電路后再次造成發熱量，溫度相對應升高。因而如式（1）：

式（1）中：Ρ 為變換電路造成的熱功率；Ι 為正確引導流電路流動性的電流量；R 為正確引導流電路的電阻測量。

變換電路造成發熱量，造成溫度升高。這對高壓電氣開關電氣設備沒有很大危害，但假如轉換電路中產生更多節點，轉換電路的電阻器會提升，全部轉換電路的卡路里會快速積累，轉換電路的一部分發熱量也會增加。在這樣的情況下，高壓開關家用電器設備內部結構溫度相對性上升，設備表層金屬材料空氣氧化速率加速，最后非常容易提升設備衰老速率。

5.2 導流回路節點造成設備常見故障

高壓電氣開關對子系統軟件的維護、絕緣和散熱通常根據其自身介質開展。可是，受環境因素的危害，介質慢慢造成一定的損害，造成所有發熱量。在高壓電氣開關運作時，傳動系統介質伴隨著運作慢慢降低，介質的消耗指數提升，造成介質損耗，設備因介質損耗而發生的熱額定功率提升，造成常見故障[3]。

6 結語

高壓電氣開關的穩定性對于我國供電系統的平穩安全性運行具有重要的影響。近些年，高壓電氣開關在穩定性層面獲得了提升，校比過往有顯著的發展，保障供電系統的平穩安全性運行。但是高壓線路電氣開關依然存在難以避免的問題和必須填補的空缺，這就對供電系統的平穩安全性運行具備一定的安全隱患。隨著各類新設備、新技術新工藝、新型材料和新工藝的研發幅度增加，及供電系統中運用范疇的擴張，將為在我國高壓電氣開關穩定性給予確保，可以進一步推動在我國供電系統的運行穩定性和客戶用電量安全系數。