特高压交流开关设备：高能高效的必备设备

(一)特高压交流断路器

1.结构类型

(1)特高压交流断路器一般采用SF6作为灭弧和绝缘介质,只有在某些天气寒冷地区,由于SF6气体可能液化时才采用压缩空气断路器,或采用在SF6气体中加入少量其他气体以降低液化温度的SF6断路器。其特点是:①工作气压较低(一般不超过0.75MPa),安全可靠性高;②吹弧过程中气体在封闭系统中可以重复使用,不排向大气,无火灾危险等;③由于SF6气体优异的灭弧和绝缘性能,导致该类型断路器断口电压高,开断能力强,允许连续开断短路电流次数多,适合频繁操作,同时开断容性电流可以无重燃和复燃,开断感性电流可以无截流等;④该类型断路器对材料、加工工艺、装配等要求较高,尤其是对气体密封性要求很高,年漏气率不得大于0.5%,因此,运维检修工作中需配备气体回收装置、SF6检漏仪、微水及分解物测试仪等仪器设备。

(2)SF6断路器由若干个断口组成,每个断口承受一定的电压,以积木式组成整个灭弧室,目前1000kV SF6断路器分为两断口、四断口两种结构形式,每个断口并联一个电容器用来均衡各断口电压。

(3)由于特高压交流线路较长,线路分布电容影响较大,断路器在关合和开断线路时容易产生操作过电压。为了降低操作过电压,往往需要采用分闸和合闸电阻,即:分闸时,断路器的主触头先打开,分闸电阻接入线路中经30ms延时后再断开;合闸时顺序相反,合闸电阻先接入线路中,经10ms延时后断路器主触头再闭合。这样在断路器分合闸过程中相当于线路中串接了一个过渡电阻,对分合闸引起的过电压有很大的抑制作用,从而有效地降低关合和开断线路时产生的操作过电压。分、合闸电阻的大小和有无取决于系统和线路的情况,通过计算确定,不一而足。一般来说,对合闸电阻和分闸电阻的最佳阻值要求不同,合闸电阻要求值较低,分闸电阻要求值较高,但为了简化结构,合闸和分闸电阻通常共用一个电阻,根据过电压计算情况和过电压需要限制的水平,折中选取一个值兼顾合闸过电压和分闸过电压。但由于共用一个电阻,分闸时对电阻热容量的要求更高,所以经过技术经济比较,一般只用合闸电阻,分闸引起的操作过电压由避雷器限制。

(4)SF6断路器按结构类型可分为敞开支柱绝缘子式(又称瓷柱式)、封闭落地罐式两种。封闭落地罐式SF6断路器是在瓷柱式基础上发展起来,具有瓷柱式SF6断路器的所有优点,而且可以内附电流互感器,产品整体高度低,抗振能力相对提高,由于特高压交流变电站1000kV配电装置一般采用GIS,所以断路器为封闭落地罐式;1000kV串补装置旁路断路器一般选择敞开支柱绝缘子式。特高压交流断路器外形见图1-10。

图1-10　特高压交流断路器外形图

2.主要参数(单相)

(1)封闭落地罐式断路器。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地);(1100+635)kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地);(2400+900)kV(断口间)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地);(1675+900)kV(断口间)。

7)额定短路开断电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

8)额定峰值耐受电流:135kA(一期)/170kA(二期)。

9)额定短时耐受电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

10)额定短路持续时间:2s。

11)额定线路充电开断电流:1200A。

12)合闸电阻:600Ω(仅线路断路器配置)。

13)合闸电阻提前接入时间:8～11ms。

14)断口数:2(平高、新东北)/4(西开)。

15)操作机构:氮气储能液压机构。

16)总重量:约30t,SF6气体约1t。

(2)敞开支柱绝缘子式(1000kV串补装置旁路断路器)。

1)额定电压:相对地1100kV;断口245kV(ABB进口)/252kV(西开国产)。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地);460kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地);1050kV(断口间)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

7)额定开断电流:10kA。

8)额定旁路关合电流:200kA。

9)额定峰值耐受电流:170kA。

10)额定短时耐受电流:63kA。

11)额定短路持续时间:2s。

12)断口数:1(进口)/2(国产)。

13)操作机构:电动弹簧机构(进口)/液压碟簧机构(国产)。

(二)特高压交流隔离开关

1.结构类型

隔离开关分为敞开式和封闭式两种。

(1)敞开式隔离开关主要由绝缘瓷柱(支柱绝缘子)和导电活动臂组成,按照绝缘瓷柱数量和导电活动臂开启方式划分,一般有单柱垂直伸缩式、双柱水平旋转式、双柱水平伸缩式和三柱水平旋转式四种形式。

特高压交流敞开式隔离开关一般选择三柱水平旋转式、双柱水平伸缩式,主要用于1000kV串补装置隔离开关。

(2)封闭式隔离开关主要是指气体绝缘全封闭组合电气(GIS)中的隔离开关。由于分合速度较慢,在SF6气体中经常会发生重燃产生特快速瞬态引起的过电压,称为特快速瞬态过电压(VFTO)。这种操作过电压频率很高、波前很陡,其过电压幅值虽然不高(一般不超过2倍,有时可达2.5倍),但因为频率高而过电压波头上升的陡度大,无间隙金属氧化物避雷器也很难保护。可能造成以下影响:

1)对连接在GIS母线上的带绕组设备(如变压器、电压互感器等)上的电压分布极不均匀,从而损坏匝间绝缘。

2)可能造成GIS瞬态外壳电压,导致瞬态地电位升高,有可能导致变电站二次测量、控制、保护等其他二次设备的电磁干扰和绝缘破坏。

3)可能造成GIS内部由于加工精度和保持清洁不够的地方发生绝缘击穿。

因此,为了降低这种威胁,特高压交流GIS的隔离开关上都安装有分合闸电阻,试验证明,可以将这种过电压降至1.2倍以下,效果明显。

特高压交流隔离开关外形见图1-11。

图1-11　特高压交流隔离开关外形图

2.主要参数(单相)

(1)封闭式隔离开关。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地);(1100+635)kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地);(2400+900)kV(断口间)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地);(1675+900)kV(断口间)。

7)额定峰值耐受电流:135kA(一期)/170kA(二期)。

8)额定短时耐受电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

9)额定短路持续时间:2s。

10)额定开合容性电流:2A。

11)额定开合感性电流:1A。

12)额定母线转换电流:1600A。

13)分合闸电阻:500Ω。

(2)敞开式隔离开关(用于串联补偿装置的旁路隔离开关)。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地);(740+315)kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地);(1675+450)kV(断口间)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地);(1175+450)kV(断口间)。

7)额定峰值耐受电流:170kA。

8)额定短时耐受电流:63kA。

9)额定短路持续时间:2s。

10)额定母线转换电流:6300A(配备小型灭弧装置)。

(3)敞开式隔离开关(用于串联补偿装置的串联隔离开关)。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地);(1100+635)kV(断口间)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地);(2400+900)kV(断口间)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地);(1675+900)kV(断口间)。

7)额定峰值耐受电流:170kA。

8)额定短时耐受电流:63kA。

9)额定短路持续时间:2s。

10)额定开合容性电流:2A。

11)额定开合感性电流:1A。(www.xing528.com)

12)额定母线转换电流:2500A。

(三)特高压交流接地开关

1.结构类型

接地开关分为敞开式和封闭式两种。

(1)敞开式接地开关主要由绝缘瓷柱(支柱绝缘子)和导电活动臂组成,按照导电活动臂开启方式划分,一般有单柱垂直伸缩式、单柱垂直旋转式两种形式。

由于特高压设备尺寸高大,特高压交流接地开关一般选择单柱垂直伸缩式。

(2)封闭式接地开关主要是指气体绝缘全封闭组合电气(GIS)中的接地开关。

2.主要参数(单相)

(1)额定电压:1100kV。

(2)额定频率:50Hz。

(3)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地)。

(4)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地)。

(5)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

(6)额定峰值耐受电流:135kA(一期)/170kA(二期)。

(7)额定短时耐受电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

(8)额定短路持续时间:2s。

特高压交流接地开关外形见图1-12。

图1-12　特高压交流接地开关外形图

(四)特高压交流气体绝缘全封闭组合电器

1.结构类型

特高压交流气体绝缘全封闭组合电器(简称GIS组合电器)里面封装有断路器、电流互感器、电压互感器、隔离开关、接地开关、避雷器、母线、套管等设备,采用SF6气体为绝缘介质,另外还包括波纹管和汇控柜等附件设备。GIS内部元件只有组合在一起并充以规定密度的SF6气体时才能运行,不能拆开单独使用。为了安全起见,根据外壳材料强度大小选择的不同一般外壳上安装有安全阀或防爆膜片。在构造上,可以归纳为以下几部分:载流部件或内部导体、绝缘结构、外壳、操动机构、气体系统、接地系统、辅助回路和辅助构件等(见图1-13、图1-14)。

图1-13　特高压交流GIS组合电器外形图

图1-14　特高压交流GIS电压互感器、避雷器、套管外形图

GIS与敞开式高压电器相比,其优点如下:

(1)可以大幅减少占地面积。

(2)设备带电部分全部封装在金属外壳内,可避免高电压对环境的电磁污染,防止人员触电。

(3)设备运行可靠性高,检修周期长,一般10～20年内不必解体大修。

(4)设备绝缘性能不受周围大气环境影响,耐震性强,可大幅提高运行可靠性。

(5)日常运行维护工作量小。

因此,特高压交流配电装置一般选择GIS组合电器,现场一般采用一字形排列布置。

2.主要参数(单相)

(1)断路器。同二(一)2(1)——封闭落地罐式断路器。

(2)隔离开关。同二(二)2(1)——封闭式隔离开关。

(3)接地开关。同二(三)2——主要参数(单相)。

(4)母线。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:8000A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

7)额定峰值耐受电流:135kA(一期)/170kA(二期)。

8)额定短时耐受电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

9)额定短路持续时间:2s。

(5)电流互感器。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

7)额定峰值耐受电流:135kA(一期)/170kA(二期)。

8)额定短时耐受电流:50kA(一期)/63kA(二期)。

9)额定短路持续时间:2s。

10)额定一次电流:3000～6000A(TPY/5P);1500～3000～6000A(0.2/0.2s)。

11)额定二次电流:1A。

12)二次线圈额定容量:10VA;20VA;10VA;5VA。

13)二次线圈准确级次:TPY;5P;0.2;0.2S。

(6)母线电磁式电压互感器。

1)最高运行电压:1100kV。

2)额定频率:50 Hz。

3)额定工频耐受电压(5min有效值):1100kV(相对地)。

4)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地)。

5)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

6)额定一次电压:1000/kV。

7)额定二次电压:0.1/kV;0.1/kV;0.1/kV;0.1kV。

8)二次线圈额定容量:15VA;15VA;15VA;15VA。

9)二次线圈准确级次:0.2;0.5/3P;0.5/3P;3P。

(7)母线氧化锌避雷器。

1)额定电压:828kV。

2)额定频率:50 Hz。

3)系统标称电压:1000kV。

4)系统标称电流:20kA。

5)系统持续运行电压:638kV。

6)直流8m A电压:≥1114kV。

7)雷电冲击标称电流下残压:≤1620kV。

(8)套管。

1)额定电压:1100kV。

2)额定电流:6300A。

3)额定频率:50 Hz。

4)额定工频耐受电压(1min有效值):1100kV(相对地)。

5)雷电冲击耐受电压(峰值):2400kV(相对地)。

6)操作冲击耐受电压(峰值):1800kV(相对地)。

7)额定峰值耐受电流:170kA。

8)额定短时耐受电流:63kA。

9)额定短路持续时间:2s。

10)爬电距离:40500mm。