高壓交流隔離開關和接地開關如何選用

1　前言 
　　 國家電網公司對輸變電設備采購和招投標體制，進行了集約化管理和集中化運作的重大改革。2005年將363kV和1550kV及以上設備的采購和招投標集中到公司總部，2006年末又將252kV設備也集中北京招投標，對40．5～126kV設備則在網省公司集中招投標。2006年國家電網公司還編制和頒布了《110～500kV變電站通用設備典型規范》。 
　　為了更好地在招投標中正確貫徹實施典型規范，合理地確定設備的相關技術參數和要求，本文談談高壓交流隔離開關和接地開關選用中的幾個問題，供電力工程設計及設備選用部門相關專業人員參考。 
　　

 2　關于隔離開關開合母線轉換電流 
　　 2．1 隔離開關開合母線轉換電流的典型操作 
　　隔離開關開合母線轉換電流(俗稱環流)，是在正常運行中，用隔離開關斷開或閉合由同一電壓等級設備和母線在變電所內部所構成的電氣閉環，從而實現轉移負荷電流的操作。 
　　目前國內變電站接線方式中，采用較多的有單母線接線(單母線分段、單母線帶旁路)、雙母線接線(雙母線分段、雙母線帶旁路)、一倍半斷路器接線及橋形、角形接線等。其中，雙母線倒母線操作是開合母線轉換電流最典型和常見的工況。此外，作為特例，單母及雙母接線退出旁路母線、一倍半斷路器接線檢修母線時、橋形，T形，角形接線解環操作中，為了避免用隔離開關開斷很長的空母線上很大的電容電流而采用相反的操作程序：先斷開隔離開關，再斷開斷路器以退出空載母線。這時隔離開關也會遇到開合母線轉換電流的問題。 信息來自:輸配電設備網 
　　 
　　2．2　標準規定的參數 
　　我國國家標準GB1985－2004《高壓交流隔離開關和接地開關》中，以規范性附錄B給出了隔離開關開合母線轉換電流的要求和試驗方法。對空氣絕緣隔離開關，其額定母線轉換電流值應為80％額定電流，最大不超過1600A，額定母線轉換電壓從表1中選取；試驗次數為100次開合操作循環。至于額定轉換電流最大不超過1600A，是因為通常是按額定短時耐受電流而不是按額定電流來選用隔離開關的，因此長期通過隔離開關的最大電流比其額定電流小得多，所以其母線轉換電流最大值可定為1600A。1986年中國電力科學研究院高壓開關研究所為了提出我國隔離開關開合母線轉換電流的技術條件，曾經用計算機計算和分析了國內10～500kV幾個電網典型接線的母線轉換電流，結果符合不超過1600A的規定。 
　　由于隔離開關的觸頭運動速度較慢，在開合母線轉換電流時產生電弧的燃弧時間較長，使觸頭易于燒損。為了達到標準要求的開合能力，制造廠需在隔離開關上增設引弧觸頭，使隔離開關的觸頭結構較為復雜。因此有必要將隔離開關分為兩種：具備開合母線轉換電流能力的和不具備開合母線轉換電流能力的。設計和使用部門在選用隔離開關時應區別對待。 
　　 
　　2．3　雙母線中的母線隔離開關需要開合母線轉換電流 
　　在變電站實際運行中，正常情況下只有雙母線接線的母線隔離開關及旁路接線中的母線隔離開關，才需要開合母線轉換電流；而單母線接線的母線隔離開關、母聯隔離開關及大量進出線路的線路隔離開關，不存在開合母線轉換電流的工況。也就是說在這些部位上使用的隔離開關不必要具有開合母線轉換電流的功能。 
　　目前，國內隔離開關招標文件中不提供工程一次接線布置圖，沒有明確哪些隔離開關是雙母線中的母線隔離開關，而是對所有隔離開關不加區別的都提出開合母線轉換電流的要求，這是不合適的。這將使很大一部分隔離開關有了多余的不必要的功能，其直接的弊端是觸頭結構復雜了，增加了產品制造成本和維護檢修的工作量。相反，如果對雙母線中的母線隔離開關，實際運行中需要開合較大的母線轉換電流，卻又沒有明確提出要求，制造廠供貨時不提供引弧觸頭，將會在倒換母線操作中燒損觸頭，降低隔離開關的有效使用壽命。 
　　 
3　關于接地開關開合感應電流 
　　 
　　3．1 接地開關的一種特殊運行條件 
　　隨著電力建設的發展，電網在不斷擴大，容量也在不斷增加，為了減少輸電走廊占地，同塔雙回路平行架空高壓輸電線路日漸增多，在這種輸電線路中使用的某些高壓接地開關要求具有開合感應電流的能力。隨著同塔雙回線的普及和電壓等級的升高，對接地開關開合感應電流的能力也要求越來越高，開合感應電流成為高壓接地開關的一種特殊運行條件。
　　在兩條或多條共塔或鄰近平行布置的架空輸電線中，當某一回或幾回線路停電后，由于它與相鄰帶電線路之間產生電磁感應和靜電感應，在停電的回路上將產生感應電壓和感應電流。因此，用于這些線路的接地開關，應能滿足以下的運行條件： (1)當停電線路的一端開路，在線路另一端的接地開關分、合操作時，接地開關能開斷和關合容性電流。 (2)當停電線路的一端接地，在線路另一端的接地開關分、合操作時，接地開關能開斷和關合感性電流。 
　　 
　　3．2　標準規定的參數 
　　國標GB1985中以規范性附錄C給出了接地開關開合感應電流的要求和試驗方法。接地開關的額定感應電流和額定感應電壓的標準值，應從表2中選取，試驗次數為10次開合操作循環。 
　　目前，很多500kV變電工程中停電接地線路很長、帶電負荷很大，其感應電流和感應電壓高于國家標準的B類接地開關標準值。如電磁感應電流高達760A，靜電感應電流高達126A，而靜電感應電壓則高達35kV、45kV、65kV。750kV工程的靜電感應電壓要求達到100kV。 
　　 
　　3．3　并非所有接地開關都需要開合感應電流 
　　眾所周知，只有同塔雙回平行架空輸電線路中兩端變電站的進線側和出線側使用的接地開關，才應具有開合感應電流的功能。并非變電站中所有接地開關和所有隔離開關附裝的接地開關，都需要具備這種功能。要求開合感應電流的接地開關只是少數。 
　　目前普遍的現象是，在隔離開關的招標文件中，凡是接地開關及帶接地的隔離開關中的接地開關，均提出了開合感應電流的要求，這是沒有必要的。訂貨時應具體指明哪一種隔離開關的哪一側的接地開關要求開合感應電流，不要泛指。由于具備開合感應電流能力的接地開關，要采取引弧及滅弧措施，結構與常規接地開關是有所區別的。加上試驗費用比較昂貴，自然要增加制造成本，因此產品價格是不相同的。特別是額定電壓363kV及以上開合感應電流的接地開關，需要增設輔助回路，配裝耐弧觸頭，增加真空或SF。滅弧室及其操動機構，價格增加很多。如果感應電流和感應電壓超出標準值，則更會增加技術難度和制造成本。

4　關于單柱垂直斷口隔離開關的額定接觸區 
　　 
　　4．1 標準推薦的接觸區 
　　單柱垂直斷口隔離開關，因其靜觸頭懸掛在母線上，為了適應風力、溫度和冰雪的影響，確保隔離開關能可靠合閘，GB1985對接觸區(也稱鉗夾范圍)提出了推薦值，如表3、表4。在進行變電站設計和選用隔離開關時，應考慮到具體運行條件，確保靜觸頭處在規定的接觸區限值之內，使隔離開關能正確地分合閘。 　 
　　4．2　選擇接觸區要區分軟母線或硬母線 
　　選用單柱垂直斷口隔離開關的時候，要根據母線形式來確定接觸區。采用軟母線還是硬母線是變電站設計時就確定了的，兩者只選其一。 
　　目前國內常用的單柱隔離開關的結構形式有三種：(1)雙臂伸縮剪刀式(如西門子PR型、ABB／HAPAM的GSSB型、中國GW6A、GW46型等)。(2)單臂伸縮鉗夾式(如EGIC的SSP型、AREVA的SPV型、中國GW10、GW6／16A、GW20、GW22／22B型等)。(3)單臂伸縮插入式(如AREVA的SPVL型、中國GW29、GW35型等)。其中，雙臂伸縮剪刀式，由于其接觸區和鉗夾范圍大，特別適用于軟母線，當然也適用于硬母線。對于長跨檔軟母線只有剪刀式可以勝任。單臂伸縮鉗夾式，適用于硬母線及短跨檔軟母線。單臂伸縮插入式，只適用于支持型硬母線，對軟母線和懸掛型硬母線則不適用。 
　　目前有的標書中將軟母／硬母兩者并列，兼而有之；也有的標書標明硬母線，卻選擇了軟母線的接觸區。這些都會使應標者無所適從。另外，選擇硬母線時尚應告知管母線的外徑尺寸，以便制造廠提供合適的靜觸頭固定金具，這一點往往被忽視和遺漏。