浅谈高压交流隔离开关和接地开关选用的若干问题

1浅谈高压交流隔离开关和接地开关选用的若干问题钟振蛟提要∶对高压交流隔离开关和接地开关选用中经常遇到的一些技术参数的选择，依据国家相关标准进行了论述，提出要结合工程需要进行合理选择，才能收到既节省投资又可靠运行的效果关键词：隔离开关接地开关母线转换电流感应电流接触区过载能力爬电距离1前言国家电网公司对输变电设备采购和招投标体制，进行了集约化管理和集中化运作的重大改革。2005年将363kV和550kＶ及以上设备的采购和招投标集中到公司总部，2006年末又将252kV设备也集中北京招投标，对40.5kV～126kV设备则在网省公司集中招投标。2006年国家电网公司还编制和颁布了《110kV~500kV变电站通用设备典型规范》。为了更好地在招投标中正确贯彻实施典型规范，合理地确定设备的相关技术参数和要求，本文谈谈高压交流隔离开关和接地开关选用中的几个问题，供电力工程设计及设备选用部门相关专业人员参考。2关于隔离开关开合母线转换电流2．1隔离开关开合母线转换电流的典型操作隔离开关开合母线转换电流（俗称环流），是在正常运行中，用隔离开关断开或闭合由同一电压等级设备和母线在变电所内部所构成的电气闭环,从而实现转移负荷电流的操作。目前国内变电站接线方式中，采用较多的有单母线接线（单母线分段、单母线带旁路）、双母线接线（双母线分段、双母线带旁路）、一倍半断路器接线及桥形、角形接线等.。其中，双母线倒母线操作是开合母线转换电流最典型和常见的工况。此外，作为特例，单母及双母接线退出旁路母线、一倍半断路器接线检修母线时、桥形，T形，角形接线解环操作中，为了避免用隔离开关开断很长的空母线上很大的电容电流而采用相反的操作程序：先断开隔离开关，再断开断路器以退出空载母线。这时隔离开关也会遇到开合母线转换电流的问题。2．2标准规定的参数我国国家标准GB1985－2004《高压交流隔离开关和接地开关》中，以规范性附录B给出了隔离开关开合母线转换电流的要求和试验方法。对空气绝缘隔离开关，其额定母线转换电流值应为80％额定电流，最大不超过1600A；额定母线转换电压从表1中选取；试验次数为100次开合操作循环。至于额定转换电流最大不超过1600A，是因为通常是按额定短时耐受电流而不是按额定电流来选用隔离开关的，因此长期通过隔离开关的最大电流比其额定电流小得多，所以其母线转换电流最大值可定为1600A。1986年中国电力科学研究院高压开关研究所为了提出我国隔离开关开合母线转换电流的技术条件，曾经用计算机计算和分析了国内10kV~500kV几个电网典型接线的母线转换电流，结果符合不超过1600A的规定。由于隔离开关的触头运动速度较慢，在开合母线转换电流时产生电弧的燃弧时间较长，使触头易于烧损。为了达到标准要求的开合能力，制造厂需在隔离开关上增设引弧触头，使隔离开关的触头结构较为复杂。因此有必要将隔离开关分为两种∶具备开合母线转换电流能力的和不具备开合母线转换电流能力的。设计和使用部门在选用隔离开关时应区别对待。2．3双母线中的母线隔离开关需要开合母线转换电流在变电站实际运行中，正常情况下只有双母线接线的母线隔离开关及旁路接线中的母线隔离开关，才需要开合母线转换电流；而单母线接线的母线隔离开关、母联隔离开关及大量进出线路的线路隔离开关，不存在开合母线转换电流的工况。也就是说在这些部位上使用的2隔离开关不必要具有开合母线转换电流的功能。目前，国内隔离开关招标文件中不提供工程一次接线布置图，没有明确哪些隔离开关是双母线中的母线隔离开关，而是对所有隔离开关不加区别的都提出开合母线转换电流的要求，这是不合适的。这将使很大一部分隔离开关有了多余的不必要的功能，其直接的弊端是触头结构复杂了，增加了产品制造成本和维护检修的工作量。相反，如果对双母线中的母线隔离开关，实际运行中需要开合较大的母线转换电流，却又没有明确提出要求，制造厂供货时不提供引弧触头，将会在倒换母线操作中烧损触头，降低隔离开关的有效使用寿命。表1隔离开关的额定母线转换电压额定电压kV额定母线转换电压（有效值）V72.5,126100252,363300550,8004003关于接地开关开合感应电流3．1接地开关的一种特殊运行条件随着电力建设的发展，电网在不断扩大，容量也在不断增加，为了减少输电走廊占地,同塔双回路平行架空高压输电线路日渐增多，在这种输电线路中使用的某些高压接地开关要求具有开合感应电流的能力。随着同塔双回线的普及和电压等级的升高，对接地开关开合感应电流的能力也要求越来越高，开合感应电流成为高压接地开关的一种特殊运行条件。在两条或多条共塔或邻近平行布置的架空输电线中，当某一回或几回线路停电后，由于它与相邻带电线路之间产生电磁感应和静电感应，在停电的回路上将产生感应电压和感应电流。因此，用于这些线路的接地开关，应能满足以下的运行条件：(1)当停电线路的一端开路，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合容性电流；(2)当停电线路的一端接地，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合感性电流.。3．2标准规定的参数国标GB1985中以规范性附录C给出了接地开关开合感应电流的要求和试验方法.。接地开关的额定感应电流和额定感应电压的标准值，应从表2中选取，试验次数为10次开合操作循环。表2接地开关的额定感应电流和额定感应电压的标准值额定电压Ur/kV电磁耦合静电耦合额定感应电流（有效值）A额定感应电压（有效值）kV额定感应电流（有效值）A额定感应电压（有效值）kV类别类别类别类别ABABABAB（40.5）72.55080（100）0.52（4）0.42361265080（100）0.52（6）0.42（5）362528080（160）1.42（15）1.253（10）512（15）36380160（200）210（22）1.2518517（22）55080160（200）220（25）2（1.6）25（25，50）825（25，50）8008016022032512323注：1．A类接地开关用于耦合弱或比较短的平行线路；B类接地开关用于耦合强或较长的平行线路；2．在某些情况下，如接地的线路很长一段与带电线路邻近，带电线路上有很大负荷，带电线路的运行电压比接地线路的额定电压高。此时，感应电流和感应电压可能高于表中的值。对于这类情况，额定值应由制造厂和用户协商确定。3．表中括号内数值为电力行业标准DL/T486－2000《交流高压隔离开关和接地开关订货技术条件》的规定值。目前，很多500kV变电工程中停电接地线路很长、带电负荷很大，其感应电流和感应电压高于国家标准的B类接地开关标准值。如电磁感应电流高达760A，静电感应电流高达126A，而静电感应电压则高达35kV、45kV、65kV。750kV工程的静电感应电压要求达到100kV。3．3并非所有接地开关都需要开合感应电流众所周知，只有同塔双回平行架空输电线路中两端变电站的进线侧和出线侧使用的接地开关，才应具有开合感应电流的功能。并非变电站中所有接地开关和所有隔离开关附装的接地开关，都需要具备这种功能。要求开合感应电流的接地开关只是少数。目前普遍的现象是，在隔离开关的招标文件中，凡是接地开关及带接地的隔离开关中的接地开关，均提出了开合感应电流的要求。这是没有必要的。订货时应具体指明哪一种隔离开关的哪一侧的接地开关要求开合感应电流，不要范指。由于具备开合感应电流能力的接地开关，要采取引弧及灭弧措施，结构与常规接地开关是有所区别的。加上试验费用比较昂贵，自然要增加制造成本，因比产品价格是不相同的。特别是额定电压363ｋＶ及以上开合感应电流的接地开关，需要增设辅助回路，配装耐弧触头，增加真空或ＳＦ6灭弧室及其操动机构，价格增加很多。如果感应电流和感应电压超出标准值，则更会增加技术难度和制造成本。4关于单柱垂直断口隔离开关的额定接触区4．１标准推荐的接触区单柱垂直断口隔离开关，因其静触头悬挂在母线上，为了适应风力、温度和冰雪的影响，确保隔离开关能可靠合闸，GB1985对接触区（也称钳夹范围）提出了推荐值，如表３、表４。在进行变电站设计和选用隔离开关时，应考虑到具体运行条件，确保静触头处在规定的接触区限值之内，使隔离开关能正确地分合闸。表３静触头由软导线支承时推荐的接触区mm额定电压kVXYZ1（短跨档）Z2（长跨档）72.5100300200300126100350200300252200500250450363200500300450550200600400500表4静触头由硬导线支承时推荐的接触区额定电压kVXYZ72.5,126100100100252,3631501501504550175175175800200200200表3、表4说明：X－支承导线纵向位移的总幅度（温度的影响）Y－水平总偏移（与支承导线垂直方向的偏移）（风的影响）Z－垂直偏移（温度和冰的影响）4．2选择接触区要区分软母线或硬母线选用单柱垂直断口隔离开关的时候，要根据母线形式来确定接触区。采用软母线还是硬母线是变电站设计时就确定了的，两者只选其一。目前国内常用的单柱隔离开关的结构形式有三种：（1）双臂伸缩剪刀式（如西门子PR型、ABB／HAPAM的GSSB型、中国GW6A、GW46型等）；（2）单臂伸缩钳夹式（如EGIC的SSP型、AREVA的SPV型、中国GW10、GW!6／16A、GW20、GW22／22B型等）；（3）单臂伸缩插入式（如AREVA的SPVL型、中国GW29、GW35型等）。其中，双臂伸缩剪刀式，由于其接触区和钳夹范围大，特别适用于软母线，当然也适用于硬母线。对于长跨档软母线只有剪刀式可以胜任。单臂伸缩钳夹式，适用于硬母线及短跨档软母线。单臂伸缩插入式，只适用于支持型硬母线，对软母线和悬挂型硬母线则不适用。目前有的标书中将软母／硬母两者并列，兼而有之；也有的标书标明硬母线，却选择了软母线的接触区。这些都会使应标者无所适从。另外，选择硬母线时尚应告知管母线的外径尺寸，以便制造厂提供合适的静触头固定金具。这一点往往被忽视和遗漏。5关于接地开关的短路持续时间DL／T593－2006《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》对开关设备在合闸状态下承载额定短时耐受电流的时间间隔，规定为：550～1100kV为2s，126～363kV为3s，72.5kV及以下为4s。DL／T486关于额定短路持续时间规定为：应符合DL／T593的规定，但接地开关可以为配用隔离开关相应数值的一半，但不得小于2s。GB1985也规定“除另有规定，接地开关短时耐受电流的额定持续时间为2s”。GB1985和DL／T486标准把接地开关的短路持续时间规定为不小于2s，是与国际标准接轨的，自1990年代执行至今，运行中也没有由于接地开关的短路持续时间为2s而出现过问题。按照能源部批准的DL405－91《进口220～500kV高压断路器和隔离开关技术规范》，我国进口的大量高压开关设备，其短路持续时间都是2s，15年来实践证明运行情况良好。所以，接地开关的短路持续时间采用2s就可以了，不必与隔离开关要求一致。6关于隔离开关的过载能力DL／T593规定，温升试验的试验电流为额定电流的1.1倍，提高温升试验电流始于1992年，当时规定为1.2倍，并且注明此规定为“根据我国运行经验提出”。所谓“我国运行经验”，据分析有以下两点：（1）国家标准和IEC标准规定，温升试验应该在装有清洁触头的新开关装置上以额定电流进行，而实际运行中高压开关特别是隔离开关长期完全暴露在大气环境中工作，导电元件会受到环境和气候条件以及污秽、氧化作用，加上年久失修，引起接触不良。凡此种种运行中的不利因素，将降低开关设备的实际通流能力，如户外隔离开关导电回路过热是较为普遍的现象。根据以往运行经验，户外隔离开关的工作电流如果达到其额定电流的70％，一般会发生过热。（2）日照的影响会使导电回路温升提高。据国内试验表明，SF6断路器出线端处附加温升为16℃；户外隔离开关镀银触头及软连接处为12.5℃，5铝导电