高压开关设备的现状及应用

1高压电器开关设备的现状及应用2一.前言1.中国高压开关设备发展历程2国内运行电压概况二.高压电器开关设备的现状1.高压电器开关发展的特点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.隔离开关c.接地开关）⑶.互感器⑷.避雷器⑸.组合电器a.户内手车敞开式组合电器b.复合式组合电器c.封闭式组合电器三高压电器开关设备在电力系统的运行方式1.单母线接线运行方式2.单母线分段接线运行方式3.3/2断路器接线运行方式3一.前言1.中国高压开关设备发展的历程国内高压电器开关设备发展总的来说经历了三个阶段：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开始的，因为没有技术、设备，更没有经验。上世纪50年代初，是依靠当时苏联提供的技术资料以及设备，并在他们技术人员的帮助下开始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)及压缩空气断路器（KW1-110）为主，同时在西安开始建立高压电器试验基地，并且整机进口断路器及有关设备，开始了中国的高压电器开关制造、试验以及运行的初始阶段。b.发展、自行设计、制造60年代苏联技术人员撤离，我们全面开始了自行设计、研制及制造自己的高压电器开关设备。在这期间首先研制出双断口110kV少油断路器（SW-系列）及空气断路器（KW-系列），而且容量及开断能力较苏联产品有了很大提高，完全满足了国内电力系统的发展和需要。70年代为了适应国内经济形势的发展，充分利用黄河上游的水利资源西电东送，在甘肃刘家峡修建了国内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、关中输送电力。这就是在国内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。使用的开关设备全是国内制造，断路器选用的是4KW4-363（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发展。同时少油断路器（SW6-系列）配用液压机构也从126kV发展到363kV，成为国内最具影响力的开关设备，几乎占领了整个国内开关设备市场，同时断路器出口到越南、巴基斯坦、阿尔巴尼亚等国家，成为国内最早出口开关设备的产品。在这期间高压SF6断路器也在紧张的研制、发展，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断路器的先进行列。C成熟，引进技术、开关设备快速发展80年代更是输变电设备快速发展时期，80年代初国内自行设计、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发展以及电网运行积累了经验、奠定了基础。改革开放年代又给中国输变电设备的发展增加了新的活力，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模式，已成为国内高压电器行业最急迫、自觉的举措和行动，必然带来了中国高压电器行业的繁荣与稳步发展。●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2008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家〔美国、俄罗斯（已停运）、5日本等〕，感到欣喜的是这些特高压输变电线路运行的设备有一部分是国产设备，其参数及性能已是世界先进水平。现在第二条1100kV《淮南→上海》特高压输变电线路在投建中，有一部分开设备已运到安装现场。●断路器灭弧室的结构也从双压式→单压式→自能式，现在世界上最先进的550kV单断口、双动自能式灭弧室结构正在研制中。另外国内首创、智能化水平最高的敞开式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、生产已进入世界大国的先进行列。d．真空断路器的发展情况：我国真空断路器的研制是从70年初开始的，那时在西安高压电器研究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使用的开关柜型号是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，特别是切合容性或感性小电流经常出现问题，甚至爆炸事故。80年代初由于大功率晶体管的问世，逐渐代替了电子管，几个做电子管的大型企业逐渐转型，在八室的基础上开始了真空灭弧室的研制和生产，开始了国内真空断路器的生产。但由于真空灭弧室的真空度、触头材质及形状等原因，质量较差，甚至出现切合容性或感性小电流截流过电压问题，引起爆炸事故，影响了真空断路器的发展速度。690年代初制造厂更换制造设备、并且在触头材质及形状做了重大改进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发展，并且对原有的少油断路器进行更新。尤其是手车柜在国内投入使用，使得真空断路器有了飞跃式发展，而且现在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（额定电流2000A额定短路开断40kA）2012年已投入试运行，额定电流2500A的单断口真空断路器型式试验也快要完成。我国真空断路器的水平已进入世界先进行列。2.我国输变电线路运行电压概况高压输变电线路运行电压分类，一般定义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。现将国内输变电线路运行电压介绍如下：西北地区：800kV→363kV→126kV→40.5kV→12kV（注：近期新疆、宁夏也已上550kV及252kV电压等级）东北地区：1100kV→550kV→252kV→72.5kV→12kV（注：有些企业也启用126kV及40.5kV电压等级）其它地区：1100kV→550→252kV→126kV→40.5kV→12kV（注：24kV已启用将逐渐代替12kV电压等级）二.高压电器开关设备的现状1当前高压电器开关发展的特点：7从总的形势看现在及以后高压电器发展方向的特点有三：第一.高电压，远距离送电需要；第二.大容量，适应电力系统发展；第三.智能化，满足智能电网建设；⑴.高电压，是远距离送电需要高电压、远距离输送电力是客观存在及经济发展的需要。因为资源一般都远离经济发展地区，如华东、华南地区资源匮乏，但电力需求量又很大。又如西南、华北地区水利、煤矿资源丰富、电力资源也很丰富，急需输送到经济发展地区。电力资源的最大特点是不能储存，也就提出了远距离输送电力的问题？远距离输送电力的关键是线路损耗，必须要超高压、特高压输送电力线路损才能最小。这就需解决超高压、特高压系统的绝缘、过电压以及设备的制造等一系列课题。现在高电压、远距离输送电力是衡量一个国家的经济实力及电力设备技术水平的重要标志，也是电力系统发展的方向。我们国家输变电系统的运行电压发展到1100kV，已是世界领先水平，它是从363kV→550kV→800kV→1100kV，经过数十年努力、积累、发展成功的结果。⑵.大容量，适应电力系统的发展电力系统的容量就是系统输送电力的能力，它既取决于电力系统的建设和发展，同时也取决于终端用户的用电负荷。近十年特别是改革开放以来，国内经济呈现跨跃式发展，用电量急剧增加，所以电力系统的容量必须同比增加，这就要求高压开关电器设备的容量，即通8流能力和短路电流开断能力提高，以满足系统的需要。现在国内断路器正常运行电流（额定电流）已做到5000A、短路开断电流达到63kA，基本满足目前电力系统的需要。所以电力系统的发展，必然需要更大大容量、更大电流的高压开关电器设备是形势发展的需要。⑶.智能化，满足智能电网建设；智能电网建设已从企业行为上升为国家战略。按照智能电网的要求对常规开关设备进行智能化的更新或改造，将是智能电网建设赋予设备制造企业的艰巨任务。a.智能设备的含义智能设备是指一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的高压电器设备。智能组件是指由若干智能电子装置及和组成，承担主设备的测量、控制和检测等基本功能。在满足相关标准要求时，智能组件还可以承担相关计量、保护等功能，可包括测量、控制、状态检测、计量、保护等全部或部分装置。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”的模式。根据发展趋势有以下3种方案：方案一独立运行的传统一次设备加上外置的智能组件，智能组9件单独组屏，安装于就地或保护小室，各功能元件可合并，可独立。外置的智能与传统的一次设备构成一个松散的“智能设备”。方案二.一次设备加上内嵌的包含状态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，其余组件可视技术发展情况，部分并入高压设备，也可安装就地智能组件柜或保护小室中。虽不能实现真正意义上的智能设备，但该方案仍体现了智能设备紧凑化、集成化的发展趋势。方案三.一次设备加上内嵌的智能组件，形成真正意义上的紧凑型一体化智能设备。随着技术发展，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，最终形成一体智能设备。该方案是智能一次设备的最终发展趋势。10C国内智能开关设备的现状近期建设的大多数变电站一次设备已实现智能化，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，作为当前条件下的解决方案在工程中实际应用。●断路器选相合闸装置已经在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，产生过电压和涌流。不仅会对运行设备造成危害，而且会导致保护装置误动，严重威胁系统运行的安全、可靠、稳定性。选相合闸装置可以运用精确的相位控制，实现对操作过电压和涌流的有效控制，）●组合电器中将断路器、隔离开关及接地开关（采用三工位开关）、电子式互感器、避雷器组成一个整体的封闭单元，采用智能化传感器处理技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过称监视和站内计算机监控。随着技术的不断进步，将最终实现智能设备解决方案三，即一次设备加上内嵌的智能组件，完成包括测量、控制、状态检测、计量、保护等全部功能。2.高压电器设备现状及水平⑴高压电器开关：11高压电器开关主要有断路器及隔离开关、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（一般用于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情况下，关合正常的负荷电流，关合短路故障电流，它是电力系统重要的控制和保护设备。类型：瓷柱式断路器及罐式断路器两种电压等级：72.5kV～1100kV额定电流：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一部分用弹簧操动机构）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（已开始研制双动自能式）12断口数：252kV及以下为单断口；550kV以上为双断口（已开始研制单断口双动自能式）；从以上可以看出国内断路器的发展已达到世界先进或领先水平：●电压等级已发展到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试验进行中，是世界先进水平：●断口数550kV、800