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126kV及以上高压开关设备概况及发展趋势

随着我国现代化建设的发展,按照我国制定的二十年奔小康的发展规划,我国每年需要实现新增发电装机容量2500万kw。

按照发电系统、输电系统、配电系统的投资比,输配电网络必将获得大的发展,才能满足用电的需要,这为高压开关设备行业提供了持续发展的良好机遇。高压开关设备虽属传统产品,但近年来,国内、外,新技术、新产品不断推出,形成十分兴旺的景象,国产设备与国际先进水平的差距不断在缩小,已基本可满足需求,为我国电力工业的发展作出了应有的贡献。根据《高压开关行业年鉴》的统计,2002年度高压开关行业为用户提供的126-550kvgcb和gis产品如表。从年鉴统计的资料看,sf6断路器在高压超高压领域已占统治地位,少油断路器需求量已很少。国产高压开关设备的市场占有率,随着电压等级的升高而降低,550kvgis只有2个间隔。采用进口或合资厂的产品的情况大致为:252kv产品约占20%、363kv产品约占35%、550kv产品则占到85%。1126-550kvsf6断路器的技术水平

1.1、126kv的sf6断路器产品单断口,额定电流为3150a;额定短路开断电流为31.5ka/40ka;主要采用自能灭弧方式,配弹簧操动机构。从产品发展看,126kv自能式产品在40ka下应进一步减小操作功。国产126kv产品的市场份额比较大,价格因素起着重要作用,国产设备的价格要比合资产品便宜。

1.2、252kv的sf6断路器产品单断口,额定电流为4000a;额定短路开断电流为40ka/50ka(国外最高可达80-100ka);采用压气式、自能式或混合式灭弧方式,配气动/液压/弹簧操动机构,国产设备的技术参数已能满足市场的需求。随着自能式灭弧技术的发展,已研制出252kv自能式sf6断路器,其额定电流为3150a;额定短路开断电流为40ka。从产品发展看,应进一步提高开断能力(50ka/63ka)。

1.3、363/550kvsf6断路器产品双断口,额定电流为4000a(国外最高可达8000a);额定短路开断电流为50ka/63ka(国外最高可达80ka);采用压气式灭弧方式,配气动及液压操动机构。sf6断路器的发展,经历了双压式一单压式一自能式(热膨胀式灭弧技术)三个阶段。

1.4、sf6断路器操动机构在sf6断路器发展过程中,操动机构与灭弧室灭弧方式间的相互促进、相互制约、相互依存的关系是密不可分的。强有力的液压操动机构使得单压式灭弧方式得以实现,并在很长一段时间内,占据主导产品的地位。而自能式(热膨胀式)灭弧技术的实现,减小了断路器所需的操作功,才能采用维护方便的弹簧操动机构。在积极开发新的灭弧室的同时,提高操动机构的可靠性和性能,也是一个很重要的问题。成熟的液压机构、弹簧机构、气动机构仍将有广阔的市场。为满足断路器性能的需要,一些厂家引进abb公司ahmb型液压弹簧机构(见图1),作为一种过渡方式,发挥了很好的作用,但不能取代自己的开发工作。abb公司从简单、可靠、减少传动环节的理念出发,开发出一种新型的电动机操动机构。采用由电动机直接驱动触头提升机构的方式,取消了传动部件,操作平稳。内部设有数字电子监测、控制系统,使触头运动行程特性控制在最佳状态,克服了普通操动机构的局限性。更适合相控断路器、智能断路器的需要,为断路器的应用提供了可靠和灵活的平台。电动机操动机构的操作能源,由电容器提供,内置电容器充电模块,充电功率低,属储能式操动机构。2126-550kv气体绝缘封闭式组合电器(cis)的技术水平

2.1、126kv的gis产品单断口,三相共筒。额定电流为2000-4000a;额定短路开断电流为40ka。

2.2、252kv的gis产品单断口,母线三相共筒。额定电流为2000~4000a;额定短路开断电流为40ka/50a。

2.3、363/550kysf6断路器产品双断口,额定电流为4000a;额定短路开断电流为63ka(国外最高可达80ka)。国外单断口最高电压做到550kv,采用压气/自能混合式灭弧室。用于gis的自能式断路器一般用于252kv以下。国外550kv,已可母线三相共筒。全三相共筒只能达到300kv。

3、新型高压组合电器随着电力系统的发展,对110-500ky高压和超高压变电所的基本要求越来越高,如:高运行可靠性;节省占地面积和空间;施工安装更简单、运行维护更方便等。从技术上讲,采用气体绝缘金属封闭高压开关设备(gis)是满足上述要求的好方案。但是对于数以千计的110-500kv变电所,大量采用gis,存在着价格昂贵的缺点。为此,近年来世界各国都相继开发、研制了各种类型的145-550kv户外高压和超高压组合电器。这些新型高压和超高压组合电器,介于上述常规敞开式高压电器(ais由单个独立的设备组合而成)和gis之间的,以sf6断路器为核心、与隔离开关、接地开关、避雷器、ct、pt等多种设备组合在一起。包括设备本体(一次设备)和就地保护控制等(二次设备)的完开关系统,但不包括每个回路的主母线及分支母线,设备两侧通过出线套管与常规敞开式主母线相连,减少占地面积。这些户外高压和超高压组合电器的共同特点是以sf6断路器为核心,与其他高压电器设备组合起来,从结构形式看,可分为以敞开式空气绝缘(支柱断路器)为核心和以金属封闭sf6气体绝缘(罐式断路器)为核心的两种基本形式。由于预计这些设备可以满足电力系统对高压和超高压变电所的基本要求,同时价格介于常规电器设备(ais)与gis之间,具有较大的价格优势,因此在国内大量的110~500kv变电所中有一定的发展前景。

与常规敞开式高压电器相比,新型高压和超高压组合电器具有以下优点:

(1)可提高可靠性对于由于以敞开式空气绝缘(支柱断路器)为核心的组合电器,将各种电气设备组合在一起,共用一个或数个对地绝缘套管或支柱,大大减少了独立对地绝缘套管或支柱的数量,通常为常规电气设备的30%-50%,从而将组合电器对地闪络的几率降低为常规电气设备方案的30%-50%。对于以金属封闭sf6气体绝缘(罐式断路器)为核心的组合电器,将所有元件都密封在sf6气体绝缘的圆筒内,不受外界各种条件的影响。这些因素都大大提高了设备运行可靠性。

(2)节省占地面积和空间组合电器的相间距离和常规电气设备相同,因此高压配电装置的每个间隔宽度与常规电气设备方案相同。但是它们节省了各种设备之间的布置尺寸,从而大大压缩了高压配电装置的纵向尺寸,达到减少占地的目的。通常它比常规电气设备方案节省占地约40%-60%。此外,由于组合电器方案采用了铝管连接的低型布置形式,取消高大的进线门型构架及高压配电装置的上层架空软导线,可以降低整个高压配电装置的带电体对地高度,节省高压配电装置的空间,在减少电磁污染、加强环境保护方面取得了良好的效果。

(3)预制式模块化组合电器采用在制造厂预制式整体组装和试验,模块化整体运输和现场施工安装。从而避免了大量部件在变电所施工现场组装和调试的工作。施工安装简单、方便,施工周期通常为常规电气设备方案的40%-50%。此外,由于组合电器为电气主接线的基本模块,基本模式相同,有规律性的重复性使变电所的设计、运行维护工作量大大减轻。

(4)一次设备和二次设备一体化的高压开关系统部分户外插接式智能型组合电器;取消了传统的二次控制电缆,利用插接式的复合光纤电缆传递光信号,同时还配置就地布置的微机保护测控柜。它是包括一次设备和二次设备一体化的高压开关系统,由高压开关成套供货,安装在110-500kv屋外高压配电装置内,安装简单,使用方便,受到用户的欢迎。国外属于空气绝缘敞开式的产品有:als-tom公司aim-s型245-550kv组合电器;abb公司瑞典工厂hpl型245-550ky组合电器、ltb型145-170kv组合电器(compact)和意大利工厂lcw型145-170kv组合电器(compass)。属于sf6气体绝缘金属封闭式的产品有:abb公司瑞士工厂pass型245-550kv组合电器;alstom公司gim型245-550kv组合电器;三菱公司mits型245-550kv组合电器;

西门子公司his型245-550kv组合电器等。部分新型高压组合电器简介:

(1)145kvcompass组合电器采用敞开式空气绝缘形式,户外三相小车式,包括断路器、电流互感器、隔离插头。

(2)252kvhplcompact组合电器采用敞开式空气绝缘形式,包括断路器、电流互感器、隔离插头。

(3)72.5-550kypass插接式组合电器:

1)一次设备在同一sf6气体罐内,布置紧凑,可动元件少,结构简单可靠,大大减少占地(50%左右),取消了传统的二次控制电缆,利用插接式的复合光纤电缆传递光信号,同时还配置就地布置的微机保护测控柜。土建工作量、基础及接地网,大大减少一次和二次电缆.

2)采用智能传感器,实现智能化、在线监测、站内微机监控和无人值守,二次方面居世界领先地位。

3)采用了光电式电压互感器和电流互感器。

3)研制配高压sf6断路器较大行程的永磁操动机构。

4)智能化。

(3)电机操动机构的发展方向

1)研制配电机操动机构的高可靠的充电单元。

2)研制配电机操动机构的高可靠的数字控制元件。

3)研配高压sp6断路器较大行程的电机操动机构。

4)研制配电机操动机构的高可靠的电机。

纵观配高压断路器操动机构的发展,操动机构的机械传动部分越来越少,而电子控制部分增多。因此,机械问题大大减少,然而电器问题会增多。所以,研究高可靠的操动机构重点应放在研究高可靠的电子控制装置上。总之,要大力研制小型化、集成化、智能化的高可靠的、能够适应高压sf6断路器和高压真空断路器发展的操动机构。