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3)开断性能好。
由于SF6气体的电负性,使之具有强烈的吸附自由电子的能力。
电离的等离子体扩散受到约束,从而使离子复合很有效。
开断电流大,已达80-100kA,甚而200kA,熄弧时间短,一般为5-15ms。
同时反相开断、近区故障、空载长线、空变等开断性能也好
4)绝缘性能高。
SF6绝缘强度约为空气的5-10倍
5)SF6气体是无色、无味、无毒的,不易燃烧,而且不易与其它物质发生反应的很稳定的气体。
另外当断路器断开时,被电弧加热所引起的压力升高极小,因此运行可靠,不会发生爆炸事故
2.高压SF6断路器的发展
2.1双压式SF6断路器
在断路器设置两个SF6气体系统(高压系统与低压系统),只是在分闸过程,才通过控制吹气阀门使高压室流向低压室形成高压气流。
分断完毕,吹气阀门关闭。
其灭弧室原理是在高压室与低压室间有压气泵、管道相联,当高压室气压降低或低压室气压升高到一定限度时,压气泵启动,把低压室的SF。
气体打到高压室,形成气体的自动封闭循环系统。
2.2单压式SF。
断路器
单压式结构简单,适应环境温度围广。
压气式也经历了一个发展过程:
从吹弧看,第一代单压式为单吹结构,开断电流小。
第二代单压式为双吹结构,开断电流增至(40-50kA),断口电压仍低,一般252kV产品为双断口。
第三代单压式为双吹结构并辅以热膨胀效应(混合灭弧)。
开断电流大,增至63kA,断口电压高,单断口可做到252kV,363kV,420kV甚至550kV
单压式的发展,从灭弧室看,采用了更小的压气活塞。
灭弧室活塞缩小带来的优点:
1)使产品开断过程的整个运动系统质量减小;
2)使产品的操作功率减小;
3)使产品的缓冲变得容易,机械寿命长
2.3自能式SF6断路器
自能式SF6断路器有两种灭弧原理:
热膨胀原理;
旋弧原理。
目前绝大多数自能式断路器利用热膨胀原理。
自能式原理是利用电弧能量加热膨胀室的SF6气体,建立压力,形成气流,熄灭电弧。
但在开断小电流时,因电弧能量小,需要加一个小活塞压气,形成助吹。
由于操作功的大大减小,这样可采用结构简单的弹簧操动机构。
目前热膨胀式已发展到第二代。
第一代产品是通过减小灭弧所需压气能量而达到减少操作功的效果。
压气活塞直径是按开断30%最大故障电流设计的,而且运动质量也小,这就减小了操作功。
第二代产品更加完善热膨胀效应,提高开断性能,既改善了开断容性电流,又进一步减小了操作功
2.4智能式SF6断路器
现代高压断路器现代化的又一个特点是断路器智能化,即由传统的机电系统发展成以计算机为核心的现代智能化系统。
当前对高压断路器在线检测容有:
1)SF6气体;
2)操动机构系统;
3)脱扣器;
4)控制和辅助回路;
5)动力传动链
通过这此检测可发现90%以上的故障,在线检测可使断路器从定期检修变为实时状态检修
3.瓷柱式与罐式SF6断路器及其应用
我国最早应用SF6断路器,是在1970年东北电管局从国外引进了3台西门子公司生产的H-912型220KV双压瓷相式SF6断路器安装于虎石台一次变电站,如今运行良好。
高压六氟化硫断路器按照结构分为瓷相式与罐式两种,二者对比,它们都有各自的特点
1)瓷相式和罐式高压SF6断路器,它们均能满足高压大容量的要求。
瓷相式的灭弧室装在绝缘支相上,通过串联灭弧室,将它们安装在适当高度的绝缘支相上,便可获得任意的电压额定值。
绝缘支相现大多为瓷相,也出现了有机复合支相。
罐式的灭弧室安装在与地电位相连的金属罐体。
高电压下,每相需要将多个灭弧室串联装在同一罐体。
2)加装电流互感器。
从加装电流互感器方面看,瓷相式断路器处于劣势。
因为瓷相式的灭弧室安装在绝缘子,位于绝缘支相顶上,电流互感器必须单独装在自身的绝缘支相上;
而套管式电流互感器可装在罐式断路器的套管上。
在某些使用场合,断路器不需要带电流互感器,尤其在用作投切电容器组和并联电抗器的开关时。
在这里,瓷相式的价格只相当于罐式断路器的60%,且因采用多断口,能更好地耐受重击穿
3)外部耐压能力。
从外部耐压来看,瓷相式断路器灭弧室多个串联就能满足任一额定电压值,但外部绝缘耐受能力受其灭弧室自身长度的限制。
而罐式断路器只要能开发出为减少断口数而必要的耐受能力,就可制出绝缘套管。
因此罐式断路器已做到550kV/63kA单断口1100kV/50kA双断口。
4)SF6气体用量。
从SF6气体用量看,瓷相式优于罐式。
罐式断路器的用气量比瓷相式多得多
5)适应环境能力。
从适应环境角度看,大容积罐式断路器表现出其优势。
在罐式断路器可放入加热器,而瓷相式则不能
6)抗震能力。
从抗震角度看,罐式断路器远优于瓷相式。
因瓷相式断路器重心高导致抗震性差
7)价格比较。
从价格看,对同等容量而言,瓷相式断路器优于罐式。
一般来说,罐式断路器的价格比同等容量的瓷相式断路器加外置电流互感器(如SF6互感器)的价格还高出20%左右
我国电网建设正在快速向前发展。
一方面,表现在电网的建设投资已超过电源建设的投资,使电网与电源和谐发展,改善了过去那种“重发轻送不管用”的局面。
在电网建设中,不仅注重骨干电网,而且作为输配电的城市电网和农村电网也有了大发展,使电力能上网也能下网,以便供电给千千万万的用户。
另一方面,
随着电力的大发展,我国电网的电压已有中压、高压、超高压和特高压。
2009年1月6日,我国首条1000kV线路投运,这是世界上首条真正投入商业运行的最高电压线路。
同时,我国现已建有220kV及以上线路40多万km。
电网的大发展为高压开关设备制造业提供了千载难逢的发展机遇。
高压开关设备在线路中起控制和保护作用。
当线路运行时,随着高压开关的关合,强大的电力源源不断地流向用户,而当线路发生故障(如短路)时,
高压开关一马当先,立即切除故障,保障线路的安全。
因此,高压开关对线路的安全运行至关重要。
近20多年来,特别是改革开放以来,高压开关行业经历了辉煌的发展历程。
这从高压开关行业协会来看,会员单位从20年前的七八十家发展到今天的七八百家;
高压开关行业的产值从20年前的25亿元发展到现在的1000多亿元;
生产配套能力从20年前的几百万千瓦发展到现在的过亿千瓦;
生产开发的产品从20年前的仿制和技术引进发展到现在自主创新的完全国产化;
产品电压等级从高压上升到超高压和特高压。
如我国自主创新,开发出550kV单断口SF6
断路器和GIS、800kV双断口SF6断路器和GIS,合作和自主开发出1100kVGIS和H—GIS。
这些产品已达到世界先进水平。
“十一五”期间,高压开关行业各项经济指标均大幅增长,其中,工业总产值年均增长25.89%;
利润总额年均增长20.43%。
产品产量增长显著,其中550kV气体绝缘金属封闭开关设备2010年产量较2005年增长3.3倍,年均增长66.1%;
40.5kV交流金属开关设备2010年产量较2005年增长1.18倍,年均增长23.54%;
12kV环网柜2010年产量较2005年增长81%,年均增长16.2%。
高压开关行业平稳快速增长,保障了国家重点工程建设的顺利实施,满足了电力发展和电网建设的需求,支持了国民经济的快速增长。
2010年,高压开关行业继续保持平稳较快增长,全年实现工业总产值1518.19亿元,比2009年增长13.24%。
由于受到国家宏观调控政策和电网投资下降等因素影响,增长速度较上年有所下降,较上年下降了3.78个百分点。
全年生产126kV及以上电压等级气体绝缘金属封闭开关设备12744间隔,生产126kV及以上电压等级高压SF6断路器8142台,生产各型金属封闭开关设备511476面。
高压开关设备是指用于发电、输电、配电和电能转换有关的开关电器。
习惯上将高压开关设备的额定电压细分为中压(3.6kV、7.2kV、12kV、24kV和40.5kV)、高电压(72.5kV、126kV和252kV)、超高压(363kV、500kV和800kV)及特高压(1100kV)等。
高压开关设备的额定电压高于线路对应的标称电压。
高压开关设备包括元器件和成套装置。
以下介绍我国最新自主研发的特高压和超高压及高电压典型产品。
1特高压大容量1100kV/6300A—63AGIS
我国1000kV晋东南——交流特高压试验示工程是我国第一个特高压输电工程,且是世界上第一个以特高压长期运行的特高压输电工程,于2009年1月6日正式投入运行。
该工程包括3站2线,起于省晋东南变电站,经省开关站,止于省变电站。
1000kV晋东南——交流特高压试验示线路全长640km(含黄河和汉江两个大跨越工程),经过、和三省九市。
我国特高压形成三纵三横一环网格局。
根据国家电网公司透露的特高压工程建设规划,到2015年,将建成“三华”(华北、华东和华中)特高压电网,形成“三纵三横一环网”,并将建成11回特高压直流输电工程。
按照该规划,未来5年特高压的投资规模将达到2700亿元。
2009年1月6日,我国首条晋东南——1000kV特高压交流试验示工程投入运行。
当时提供的1100kV特高压GIS(H—GIS)为与国外企业合作生产,其中西开电气与ABB公司、平高电气与东芝公司以及新高与日立公司合作。
当时产品的主要参数为1100kV/4000A—50kA。
为了满足国网公司后续特高压工程1100kV/6300A—63kA开关设备市场的需求,国主要制造商自主对该参数特高压开关设备进行了研发。
如西开电气于2010年9月完成1100kV/6300A—63kA特高压开关设备研制。
又如平高电气特高压大容量开关设备也于2010年12月23日在中国高压电器监督检验中心通过了全部型式试验。
平高电气在晋东南特高压工程50kA百万伏级断路器的基础上,研制成功了63kA百万伏级双断口断路器。
在历时两年的研制过程中,先后攻克了6300A额定电流升级,63kA短路开断电流增容及双断口等关键技术。
新高自主研发出具有自主知识产权的1100kV/6300A—63kAGIS产品。
断路器采用四断口串联结构,用液压弹簧操动机构。
全部壳体采用铝合金材料,呈低位布置。
西开电气于2009年正式启动了1100kV/6300A—63AGIS的研制,在特高压试验示工程原有的4000A/50kA设备基础上,研发了1100kV/6300A—63kA大容量开关设备。
以下对西开电气大容量GIS作一简介。
1100kV/6300A—63kAGIS采用整体分相式结构,由断路器、电流互感器、隔离开关、接地开
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