高压开关设备的现状及应用.docx

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高压开关设备的现状及应用

高压开关设备的现状及应用

现状及运用

一.前言

1.中国高压开关设备开展历程

2国际运转电压概略

二.高压电器开关设备的现状

1.高压电器开关开展的特点

2.高压电器开关的现状及水平

⑴.高压电器开关

a.断路器

b.隔分开关

c.接地开关〕

⑶.互感器

⑷.避雷器

⑸.组合电器

a.户内手车关闭式组合电器

b.复合式组合电器

c.封锁式组合电器

三高压电器开关设备在电力系统的运转方式

1.单母线接线运转方式

2.单母线分段接线运转方式

3.3/2断路器接线运转方式

一.前言

1.中国高压开关设备开展的历程

国际高压电器开关设备开展总的来说阅历了三个阶段：

a.起步、学习；

中国的高压电器开关设备的设计制造基本是从零末尾的，由于没有技术、设备，更没有阅历。

上世纪50年代初，是依托事先苏联提供的技术资料以及设备，并在他们技术人员的协助下末尾了高压电器开关设备图纸、资料学习消化以及制造。

高压断路器设备是以少油断路器〔SN1-10〕、多油（DW1-35）及紧缩空气断路器〔KW1-110〕为主，同时在西安末尾树立高压电器实验基地，并且零件出口断路器及有关设备，末尾了中国的高压电器开关制造、实验以及运转的初始阶段。

b.开展、自行设计、制造

60年代苏联技术人员撤离，我们片面末尾了自行设计、研制及制造自己的高压电器开关设备。

在这时期首先研制出双断口110kV少油断路器〔SW-系列〕及空气断路器〔KW-系列〕，而且容量及开断才干较苏联产品有了很大提高，完全满足了国际电力系统的开展和需求。

70年代为了顺应国际经济情势的开展，充沛应用黄河下游的水利资源西电东送，在甘肃刘家峡修建了国际最大的百万千瓦机组的水力发电厂，并以363kV电压等级向陕西、关中保送电力。

这就是在国际乃之世界上最具影响力的中国第一条363kV«刘家峡→天水→关中»输变电线路。

运用的开关设备全是国际制造，断路器选用的是KW4-363〔西开〕及KW5-363〔沈开〕型高压空气断路器，中国高压电器开关设备有了很大的开展。

同时少油断路器〔SW6-系列〕配用液压机构也从126kV开展到363kV，成为国际最具影响力的开关设备，简直占领了整个国际开关设备市场，同时断路器出口到越南、巴基斯坦、阿尔巴尼亚等国度，成为国际最早出口开关设备的产品。

在这时期高压SF6断路器也在紧张的研制、开展，单断口126kV及双断口252kV/40kA高压SF6断路器的研制、投运成功，标志着中国已进入高压SF6断路器的先停止列。

C成熟，引进技术、开关设备快速开展

80年代更是输变电设备快速开展时期，80年代初国际自行设计、研制的开关设备KW4-550〔西开〕及KW5-550〔沈开〕型高压空气断路器，用于第一条550kV«元宝山→锦州→辽阳→海城»输变电线路并投运成功。

为我国开关设备从超高压向特高压开展以及电网运转积聚了阅历、奠定了基础。

革新开放年代又给中国输变电设备的开展添加了新的生机，引进、吸收、学习国外先进开关设备技术、加工设备以及先进的管理形式，已成为国际高压电器行业最急切、自觉的举措和举动，肯定带来了中国高压电器行业的兴盛与稳步开展。

●2005年我国第一条800kV«关亭〔西宁〕→兰州东»特高压

输变电线路投运成功，以及2020年我国第一条1100kV«元宝山→南阳→荆门»特高压输变电线路投运成功。

使得中国成为世界上为数不多的1100kV特高压输变电线路的国度〔美国、俄罗斯〔已停运〕、日本等〕，感到欣喜的是这些特高压输变电线路运转的设备有一局部是国产设备，其参数及功用已是世界先进水平。

如今第二条1100kV«淮南→上海»特高压输变电线路在投建中，有一局部开设备已运到装置现场。

●断路器灭弧室的结构也从双压式→单压式→自能式，如今世界上最先进的550kV单断口、双动自能式灭弧室结构正在研制中。

另本国际首创、智能化水平最高的关闭式GIS、复合式组合电器（即PASS）和252kV三相机械联动的断路器批量投产，这些标志着中国开关电器的研制、消费已进出生界大国的先停止列。

d．真空断路器的开展状况：

我国真空断路器的研制是从70年终末尾的，那时在西安高压电器研讨所成立了真空断路器研制小组，也就是后来的八室。

在此之前10kV运用的开关柜型号是GG1-A〔苏联型号〕为固定柜，配用的是少油断路器是SN1-10，这种断路器切合正常负荷电流还可以，但是要切合短路电流，特别是切合容性或理性小电流经常出现效果，甚至爆炸事故。

80年代初由于大功率晶体管的问世，逐渐替代了电子管，几个做电子管的大型企业逐渐转型，在八室的基础上末尾了真空灭弧室的研制和消费，末尾了国际真空断路器的消费。

但由于真空灭弧室的真空度、触头材质及外形等缘由，质量较差，甚至出现切合容性或理性小电流截流过电压效果，惹起爆炸事故，影响了真空断路器的开展速度。

90年代初制造厂改换制造设备、并且在触头材质及外形做了严重改良后真空灭弧室的质量有了很大提高，真空断路器才有了很大开展，并且对原有的少油断路器停止更新。

尤其是手车柜在国际投入运用，使得真空断路器有了飞跃式开展，而且如今35kV真空断路器也在普遍采用。

特别值得指出的是110kV的单断口真空断路器〔额外电流2000A额外短路开断40kA〕2021年已投入试运转，额外电流2500A的单断口真空断路器型式实验也快要完成。

我国真空断路器的水平已进出生界先停止列。

2.我国输变电线路运转电压概略

高压输变电线路运转电压分类，普通定义126kV及以下为高电压系统、252kV～550kV为超高电压系统、800kV以上为特高电压系统。

现将国际输变电线路运转电压引见如下：

西北地域：

800kV→363kV→126kV→40.5kV→12kV

〔注：

近期新疆、宁夏也已上550kV及252kV电压等级〕

西南地域：

1100kV→550kV→252kV→72.5kV→12kV

〔注：

有些企业也启用126kV及40.5kV电压等级〕

其它地域：

1100kV→550→252kV→126kV→40.5kV→12kV

〔注：

24kV已启用将逐渐替代12kV电压等级〕

二.高压电器开关设备的现状

1以后高压电器开关开展的特点：

从总的情势看如今及以后高压电器开展方向的特点有三：

第一.高电压，远距离送电需求；

第二.大容量，顺应电力系统开展；

第三.智能化，满足智能电网树立；

⑴.高电压，是远距离送电需求

高电压、远距离保送电力是客观存在及经济开展的需求。

由于资

源普通都远离经济开展地域，如华东、华南地域资源匮乏，但电力需求量又很大。

又如西南、华北地域水利、煤矿资源丰厚、电力资源也很丰厚，急需保送到经济开展地域。

电力资源的最大特点是不能贮存，也就提出了远距离保送电力的效果？

远距离保送电力的关键是线路损耗，必需要超高压、特高压保送电力线路损才干最小。

这就需处置超高压、特高压系统的绝缘、过电压以及设备的制造等一系列课题。

如今高电压、远距离保送电力是权衡一个国度的经济实力及电力设备技术水平的重要标志，也是电力系统开展的方向。

我们国度输变电系统的运转电压开展到1100kV，已是世界抢先水平，它是从363kV→550kV→800kV→1100kV，经过数十年努力、积聚、开展成功的结果。

⑵.大容量，顺应电力系统的开展

电力系统的容量就是系统保送电力的才干，它既取决于电力系统的树立和开展，同时也取决于终端用户的用电负荷。

近十年特别是革新开放以来，国际经济出现跨跃式开展，用电量急剧添加，所以电力系统的容量必需同比添加，这就要求高压开关电器设备的容量，即通流才干和短路电流开断才干提高，以满足系统的需求。

如今国际断路器正常运转电流〔额外电流〕已做到5000A、短路开断电流到达63kA，基本满足目前电力系统的需求。

所以电力系统的开展，肯定需求更大大容量、更大电流的高压开关电器设备是情势开展的需求。

⑶.智能化，满足智能电网树立；

智能电网树立已从企业行为上升为国度战略。

依照智能电网的要求对惯例开关设备停止智能化的更新或改造，将是智能电网树立赋予设备制造企业的艰难义务。

a.智能设备的含义

智能设备是指一次设备和智能组件的无机结合体，具有测量数字化、控制网络化、形状可视化、功用一体化和信息互动化的高压电器设备。

智能组件是指由假定干智能电子装置及和组成，承当主设备的测量、控制和检测等基本功用。

在满足相关规范要求时，智能组件还可以承当相关计量、维护等功用，可包括测量、控制、形状检测、计量、维护等全部或局部装置。

b智能设备采用的方案

智能设备采用〝高压开关设备+智能组件〞的形式。

依据开展趋向有以下3种方案：

方案一独立运转的传一致次设备加上外置的智能组件，智能组

件独自组屏，装置于就地或维护小室，各功用元件可兼并，可独立。

外置的智能与传统的一次设备构成一个松懈的〝智能设备〞。

方案二.一次设备加上内嵌的包括形状检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件。

该方案是方案一与最终完全智能化设备方案之间的过度方案。

过渡阶段在线检测设备应融入高压设备中，主要是传感器的嵌入，可以反映高压设备的诊断信息，其他组件可视技术开展状况，局部并入高压设备，也可装置就地智能组件柜或维护小室中。

虽不能完成真正意义上的智能设备，但该方案仍表达了智能设备紧凑化、集成化的开展趋向。

方案三.一次设备加上内嵌的智能组件，构成真正意义上的紧凑型一体化智能设备。

随着技术开展，智能组件和一次设备进一步融合，一次设备可以集成的组件也越来月多，最终构成一体智能设备。

该方案是智能一次设备的最终开展趋向。

C国际智能开关设备的现状

近期树立的大少数变电站一次设备已完成智能化，现阶段主要采用〝一次设备机构加外置智能组件〞，即智能设备方案一，作为以后条件下的处置方案在工程中实践运用。

●断路器选相合闸装置曾经在550kV变电站中启用。

〔断路器分、合闸操作的瞬间，系统的相位角是随机的和不确定的。

就会在投切某些设备时如：

分、合空载变压器、电容器组及空载线路时，发生过电压和涌流。

不只会对运转设备形成危害，而且会招致维护装置误动，严重要挟系统运转的平安、牢靠、动摇性。

选相合闸装置可以运用准确的相位控制，完成对操作过电压和涌流的有效控制，〕

●组合电器中将断路器、隔分开关及接地开关〔采用三工位开关〕、电子式互感器、避雷器组成一个全体的封锁单元，采用智能化传感器处置技术，经过数字通讯完成对设备的在线监测、诊断、过称监视和站内计算机监控。

随着技术的不时提高，将最终完成智能设备处置方案三，即一次设备加上内嵌的智能组件，完成包括测量、控制、形状检测、计量、维护等全部功用。

2.高压电器设备现状及水平

⑴高压电器开关：

高压电器开关主要有断路器及隔分开关、接地开关；

断路器按绝缘介质分类，目前采用的主要是真空断路器〔普通用于40.5kV以下电压等级。

72.5kV～126kV单断口真空断路器正在研制中〕以及SF6断路器〔主要用于72.5kV～1100kV电压等级〕。

其它诸如空气〔KW型〕、少油〔SW型〕及多油〔DW型〕等断路器均已被淘汰。

a高压SF6断路器

定义：

以SF6气体做绝缘及灭弧介质的断路器

作用：

断路器在满足电力系统绝缘水平的状况下，关合正常的负

荷电流，关合短路缺点电流，它是电力系统重要的控制和维护设备。

类型：

瓷柱式断路器及罐式断路器两种

电压等级：

72.5kV～1100kV

额外电流：

2500A～5000A

短路开断电流：

31.5kA～63kA

配用机构：

72.5kV～126kV配用弹簧操动机构

252kV～1100kV配用液压操动机构

〔252kV一局部用弹簧操动机构〕

操作方式：

72.5kV～126kV为三相机械联动操作

252kV配液压机构为三相机械联动操作

252kV配弹簧机构为单相及三相电气联动操作

363kV～1100kV为单相及三相电气联动操作

灭弧室结构：

单动自能式〔已末尾研制双动自能式〕

断口数：

252kV及以下为单断口；550kV以上为双断口〔已末尾研制单断口双动自能式〕；

从以上可以看出国际断路器的开展已到达世界先进或抢先水平：

●电压等级已开展到550kV、800kV、1100kV，是世界先进水平：

●252kV三相机械联动操作断路器，也是世界先进水平：

●灭弧室结构双动自能式已在实验停止中，是世界先进水平：

●断口数550kV、800kV、1100kV均为双断口，特别是双断口800kV及1100kV罐式断路器在线路上运转，已到达世界抢先水平；

下面以图片方式复杂引见断路器的一些状况

b隔分开关

是一种没有专门灭弧装置的开关设备，在分闸形状有清楚可见断口，在合闸形状能牢靠经过正常任务电流和短路缺点电流。

类型:

以瓷柱分：

单柱式、双柱式、三柱式

以断口分：

水平断口、垂直断口

以带接地刀分：

不接地、单接地、双接地

〔隔分开关的类型、种类很多不做详细引见〕

电压等级：

72.5kV～1100kV

额外电流：

2500A～5000A

短时耐受电流及时间：

31.5kA～63kA/3s

峰值耐受电流：

80kA～160kA

配用机构：

手动、电动

操作方式：

单相操作、三相机械联动操作

下面以图片方式复杂引见隔分开关的一些状况

C接地开关

是一种用于专门接地的开关设备，可装在隔分开翻开结合运用，〔即隔分开关翻开后，接地开关才可以合闸接地；而接地开关合闸接地时，隔分开关不允许翻开。

〕也可以独自运用。

类型：

按极分：

有单极、双极、三极；〔单极只用于中性点接地系统；

双极、三极用于中性点不接地系统〕

按用途分：

分为维修用接地开关及快速接地开关；

维修用接地开关：

普通的维修用接地开关，如需求时可操动机构使之将回路接地，以维护人身平安；也能在规则的时间内承载短路电流。

快速接地〔或缺点接地〕开关：

除具有维修用接地开关的功用外，还具有关合规则的短路电流的才干；而且能切合线路电磁感应电流和静电感应电流。

运用：

●维修用接地开关普通和隔分开关结合运用，并有连锁装置，装置在断路器两侧，有单接地或双接地之分。

●如下图，快速接地开关通常装在降压变压器的高压侧，当电源向只要一个变压器的终端变电站供电时，在变压器缺点的状况下，接地开关应自动关合，形成人为接地短路，迫使时断路器分闸，切断缺点。

假设向几个终端变电站供电时，为了使一个变电站的缺点不影响线路对其它变电站供电，快速接地开关应与快速隔分开关结合运用，当缺点变电站发作缺点，快速接地开关关合迫使时断路器开断后，其快速隔分开关立刻分闸将缺点缺点变电站切除断开。

断路器停止的是自动重合闸操作，经过0.3S快速隔分开关分闸，断路重视新合闸其它变电站恢复供电。

电压等级：

72.5kV～1100kV

额外电流：

2500A～5000A

短时耐受电流：

31.5kA～63kA/2s

峰值耐受电流：

80kA～160kA

配用机构：

手动、电动

操作方式：

单相操作、三相机械联动操作

⑵互感器

在电力系统中，为了测量和继电维护的需求，必需运用互感器。

互感器的作用：

是把高电压和大电流按比例地变成把低电压和小电流，以便提供测量和继电维护所需信号；把电力系统处于高电位的局部与处于低电位的测量仪表和继电维护局部分开，以维护运转人员和设备的平安。

电力系统对互感器的要求：

互感器的一次和二次应有足够的绝

缘，而且二次线圈必需有一点牢靠接地，必需满粗测量精度要求。

a总体引见

分类：

分为电压互感器及电流互感器；

绝缘介质：

油浸式互感器、浇注式互感器〔用于40.5kV以下〕及SF6互感器；

结构：

运用电磁感应原理来变换信号称为电磁式互感器；在电

压互感器中还采用电容式分压器结构称为电容式电压互感器〔用于126kV已上电压等级〕；

用途：

分为测量用互感器及维护用互感器。

在互感器中允许电流和相位差的特性数字称为准确级允许电流和相位差的特性数字称为准确级，它是互感器功用的重要参数。

准确级：

又分为测量用准确级及维护用准确级。

●测量用准确级：

电流互感器的准确级分为0.1、0.2、0.5、1、3和5共6种；

电压互感器的准确级分为0.1、0.2、0.5、1和3共5种；

0.1和0.2级—用于实验室作精细测量或当作规范电流互感器；

0.5级—用于供电给瓦时计或瓦特表；

1级—用于普通工程测量；

3级—用于供电给主要电路中的仪表或过电流继电器；

〔用于供电给装在开关电器手动操作机构中失压脱扣器的线圈；

5级—用于供电给装在开关电器手动操作机构中过电流脱扣器的线圈；

●维护用准确级：

电流互感器的准确级分为5P和10P共两种；

电压互感器的准确级分为3P和6P共两种；

互感器的一次和二次应有足够的绝缘，而且二次线圈必需有一点牢靠接地。

b.电子式互感器目前水平

电子式互感器是顺应智能化开展的需求。

而且全封锁组合电器及

户外型复合式组合电器也急需电子式互感器，如今曾经失掉片面开展，西开电子式互感器在550kVGIS以及126kV、252kV户外型复合式组合电器设备投运，标志着电子式互感器已满足智能化的要求。

现将户外瓷柱式电子式互感器产品的外形及参数引见如下：

⑶避雷器

由于雷击或操作线路，电力系统中常会出现高于正常任务电压的过电压。

为了维护电力系统和电气设备的绝缘不受过电压的损坏，必需装设避雷器设备。

分为阀片式避雷器和氧化锌避雷器。

氧化锌避雷器外部依据需求可以充有不同压力的SF6气体。

极大的提高了设备运转的牢靠性。

普遍用于电力系统的不同电压等级中，最高已用于800kV及1100kV。

⑷组合电器

将分散的电器元件，停止集中布置，到达易于管理，节省空间位置，增加变电站的占空中积。

a户内手车关闭式组合电器

将SF6断路器放置在可移动小车上，配置有一次隔离插头及电流互感器称为手车关闭式组合电器〔普通称做手车式断路器〕，并配套有维护测量手车〔即电压互感器及避雷器手车〕。

电压等级：

72.5kV～126kV

额外电流：

3150A

短路开断电流：

40kA

配用机构：

弹簧操动机构

操作方式：

三相机械联动操作

灭弧室结构：

自能式

手车式断路器

配电流互感手车式器断路器

电压互感器和避雷器维护手车

这种类型的组合电器是我国上世纪60～70年代，首先在西南72.5kV电压等级运用的手车式少油断路器，也是国际最早运用组合

电器的设备。

在80年代末采用手车式SF6断路器，并扩展到126kV电压等级，如今已开展到自动化采集信息、控制、维护、操作，可以做到无人值守。

b复合式组合电器（PASS）

类型：

设备的一次电器元件〔不包括母线〕集中布置于封锁接地的金属壳体内，壳体内充有SF6气体做为绝缘介质并带有关闭式检修接地开关的装置称做复合式组合电器。

〔普通用于户外〕

电压等级：

126kV～252kV

额外电流：

3150A～4000A

短路开断电流：

40kA～50kA

配用机构：

弹簧操动机构

操作方式：

三相机械联动操作

全体布置方式：

外接母线分相式

ZHW4-72.5/126复合式组合电器〔双母线〕结构：

ZHW4-72.5/126复合式组合电器〔双母线〕结构图

该复合式组合电器为自行研制，国际首创，已到达国际先进技术水平，目前国际还没有其它厂家消费。

复合式组合电器采用外接母线装置、检修方便。

隔分开关与接地开关集成在一同，组成了一个三工位开关，共用一个操动机构。

并且配置有电子式互感器、信号采集器、兼并单元、智能单元来完成产品的数字化，智能化，做到变电站无人值守化。

进出线套管采用复合套管具有重量轻、抗裂抗暴、防污、免维护的特点。

与瓷质瓷套相比大大减轻了产品重量，装置方便，不易损坏。

也可依据用户不同需求选用污秽等级的瓷套。

CSF6气体绝缘金属封锁式组合电器〔GIS〕

设备的一次电器元件及母线集中布置于封锁接地的金属壳体内，壳体内充有SF6气体做为绝缘介质，称为SF6气体绝缘金属封锁式组合电器。

（可用于户内或户外）

●小型化126kVGIS

电压等级：

126/145kV

额外电流：

3150A

主母线电流：

4000A

短路开断电流：

40kA

配用机构：

弹簧操动机构

操作方式：

三相机械联动操作

全体布置方式：

三相共箱式结构〔包括母线〕

西开电气经过六年的努力终于研制成功增加型126kVGIS，其质量将到达国际一流水平。

选用三工位隔离接地开关是小型化GIS结构改良的关键，并采用智能控制和维护，成为智能化开关设备。

主母线额外电流到达4000A，为国际独一水平，国外厂家也少有

●252kVGIS

电压等级：

252kV

额外电流：

4000A

短路开断电流：

63kA

断口数：

单断口

配用机构：

弹簧或液压操动机构

操作方式：

三相机械联动操作〔液压操动机构〕

全体布置方式：

三相共箱、母线共箱或分箱式

252kVGIS配液压操动机构完成了三相机械联动操作，满足了变压器和发电机的出口维护设备的需求。

是252kVGIS产品技术上的一次飞跃，而电子式电压互感器〔电容分压式〕、电流互感器〔罗科夫斯基线圈〕的启用，完成了光缆通讯、数字化传输，可用于智能化控制和维护系统的需求。

使252kVGIS产品技术到达国际一流水平。

●363kV、GIS

海拔高度:

3000m

额外电压:

363kV

额外电流：

4000A

短路开断电流：

50kA（单断口〕

63kA〔双断口〕

配用机构：

液压操动机构

操作方式：

分相操作

全体布置方式：

三相分箱式结构，主母线共箱

●550kV、GIS

海拔高度:

2000m;

额外电压:

550kV；

额外电流：

4000A/6300A

短路开断电流：

50kA（单断口〕，

63kA〔双断口〕

配用机构：

液压操动机构

操作方式：

分相操作

全体布置方式：

三相分箱式结构

550kVGIS的技术目的到达世界抢先水平，单断口做到50kA，而双断口做到63kA，且直流重量时间常数为120ms,是国际独一。

另外，额外电流为1.1×6300A，目前为世界最高。

●800kV、GIS

海拔高度:

3000m;

额外电压:

800kV；

额外电流：

5000A〔断路器〕

6300A〔隔分开关、母线〕；

短路开断电流：

50kA;

断口数：

双断口

2006年2月，LW13-800断路器经过了中国电机工程学会和中国机械工业结合会结合掌管的技术鉴定，其结构设计和主要技术参数到达国际同类产品抢先水平。

该产品的成功研制，填补了国际技术空白，使我国开关设备设计制造水平跨上了一个新的台阶；同时也为我国750kV电网树立提供经济牢靠的设备保证。

兰州东750KV变电站二、三期，共5个距离800kVGIS，及

甘肃永登750KV变电站共9个距离800kVGIS，已投入运转。

●1100kV、GIS

如今1100kVGIS除断路器以外，其与元件已随800kVGIS完成了实验，而自主研发的双断口断路器也完成了样机制造和调试，行将进入西高所停止实验。

西开与ABB结合开发、协作制造为湖北荆门1000kV变电站提供1100kVHGIS，目前样机也已进入型式实验阶段，其断路器采用四断口结构，局部元件已发往国外实验室实验，大局部实验将在西高所停止。

三高压电器开关设备在变电站的作用

1.电力系统对高压电器开关的要求：

⑴牢靠性要求高。

高压电器开关设备是电力系统的控制、维护设备。