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中压开关柜的现状及未来的发展方向
发布时间:2017/7/10 10:21:13    被阅览数: 613

  1 中压开关柜的现状
  中压开关柜是指3.6~40.5kV电压等级的高压成套开关设备,简称中压开关柜。目前我国生产的中压开关柜主要分为手车式和固定式两大类。固定式开关柜的主要一次元件(如断路器、隔离开关等)为固定安装;手车式即断路器(或其它主要一次元件)做成可移动手车。按柜体结构还可分为金属封闭铠装式、金属封闭间隔式和金属封闭箱式结构。铠装式:即母线室、断路器室、电缆室、仪表室之间全部用接地的金属封板隔离,安全性较好;间隔式:即断路器室或其它隔室用绝缘板封隔,安全性次之;箱式:即柜的四周及上下用金属板封闭,除仪表室外,柜内部却没有分隔,安全性较差。
  目前各制造厂生产的各类型中压开关柜主要问题如下:
  (1) 10kV主流产品中置式手车柜,其主要缺点是小车的一次插头接触发热。由于一次插头在触头盒内,其散热性差,普遍存在在额定容量下不能保证长期安全运行,特别是大电流的一次插头发热更严重,曾多次发生崩烧、干式PT爆炸等重大设备事故。造成这种严重发热的原因是:一次插头偏移——接触电阻增大——局部发热——接触电阻再增大——扩大发热面积恶性循环,发热越来越严重,最终造成开关柜崩烧。
  其次是机械联锁不可靠,有的小车在断路器储能或合闸状态也能强行推进。另外,中置式手车柜普遍未装设紧急脱扣装置,并且无关上前门后才能操作的机械联锁装置。
  (2) 10kV固定柜以XGN2-12为代表,其主要的缺陷是体积过大,机械联锁操作板可靠性差,特别是操作1600A以上隔离开关时,操作力过大,因是双断口,扭矩大,有时造成瓷套扭断的事故;配一体化断路器时参数检测困难,断路器的拆装都很不方便;电缆室无排气通道,不能靠墙安装,没有小母线室,只能将小母线装在仪表室上方,也不安全。
  (3) 35kV手车柜中目前以KYN61-40.5和JYN1-40.5为代表,JYN1-40.5柜存在手车定位不准,活门撞开后,手车退出时鸭嘴撞块与活门发生倒挂,所以在安装现场,用户常将活门取掉。鸭嘴易与静刀发生偏移,且最主要的是ZN12-35断路器所配的手车可以在断路器合闸状态将手车推入,其机械联锁无法进行可靠联锁。另外,此柜的静刀一部分是装在电流互感器上,不同的电流互感器厂家,电流互感器的高度就不一样,使得静刀与断路器动臂不能标准化生产,即造成互换性差;且手车靠人力推进,车进人跟进,安全性差;柜体为焊接结构,精度差,也是导致手车定位差的原因。
  (4) KYN61-40.5柜的主要问题是:触头盒及穿墙套管易产生电晕放电,目前各制造厂正采用屏蔽的方法予以解决。有的手车的二次插头在车的左边,使用不方便,软管在车体推入时会发生多次摩擦而损坏。
  柜内母线室的三相母线呈三角形排列,但B相触头盒的分支线一定在A、C母线之间,且距离较近,易造成电场不均匀放电,C相母线对封板底部距离太近(约220mm),绝缘距离太小,应布置成水平式排列。ZN85型断路器推进丝杆下面的“舌头”(超越离合器)有时在途中挂住丝杆,使手车并未到工作位置或试验位置时产生丝杆空转。另外,ZN85断路器手车没有手车位置辅助触头,只能在柜内安装行程开关来代替S8、S9辅助位置开关,既不方便又不可靠,需反复调试。
  (5) 40.5kV的固定柜如XGN17体积偏大,母线无隔室,无专门的泄压通道,隔离开关操作力大,也无专门的小母线室,小母线只能混装在仪表室内;断路器与隔离开关操作板联锁不可靠,联锁环节太多。
  以上归结起来为三大类问题:
  (1) 绝缘事故
  主要是柜内放电、CT闪络和相间闪络、绝缘尺寸不够(包括爬电距离和空气净距、隔板间距)、柜内隔板吸潮等,占所有事故14.3%左右,开关柜及断路器占其中73.2%(根据《高压开关行业通讯》2006第3期“国家电网公司高压开关运行分析”)。
  (2) 载流故障
  载流故障占所有事故的2.3%,开关柜占其中77.8%。主要集中在3.6~40.5kV中压开关柜上,触头过热、引线过热,常扩大为绝缘事故。主要是一次插头接触不良,插头偏心等原因导致过热,以致起弧烧坏设备。
  (3) 机械故障
  主要表现为断路器的操作机构动作可靠性差,五防机械联锁稳定性差,操作次数较多就发生损坏或变形,不能正常操作。
  2 未来的发展方向
  (1) 用户的需求已经从对基本的功能、参数等要求逐渐转向对高可靠性、方便操作维护性和降低运行成本的要求。
  (2) 技术标准的制定角度,从保证用户运行连续性、使用安全性和可维护的经济性来考虑,这在GB3906-2006《3.6~40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》附录E中就指出:前版标准主要围绕可抽出式的空气绝缘外壳而编写的,现在的趋势是朝着固定式和GIS方向发展,需要本标准代表这些设备。
  因此该标准及断路器新标准增加了运行连续性分类(LSC)、内部电弧故障分类(IAC)、机械寿命分类(M1M2)、电寿命分类(E1E2)和容性小电流分类(C1C2),这样就使用户能按照实际需求来选择安全经济性产品。
  (3) 固封技术在开关柜中将得到大发展
  从目前来看,进一步提高中压开关柜的绝缘可靠性和小型化只有充气柜(C-GIS)和固体绝缘柜(SIS)这两条路,但SF6气体作为“联合国气候变化框架公约”公布的六种温室气体之一,受到了限制使用,并逐步减少使用,因对环境及造成的温室效应是其它气体效应的上万倍,所以充气柜的发展受到了上述因素的制约。
  SIS是一种用环氧树脂将一次回路包封起来作为主绝缘,真空灭弧室及操作杆沿表面绝缘,柜内元件的界面绝缘方式连接的开关设备。由于环氧树脂具有比空气高5~6倍的绝缘强度,因此可实现小型化以及达到环境保护的要求(环氧树脂可回收)。
  (4) 固定柜将和固封技术结合起来形成“小型固定柜”
  由于断路器的可靠性提高,手车柜抽出维修的优势将逐渐弱化,而固定柜简单可靠的优势将逐渐凸现,因此固定柜将发展成与手车柜并存,并逐渐超越手车柜的趋势,唯一的是大电流固定柜如何取得突破,目前还有一些难点。
  (5) 固定柜是未来的发展方向
  当断路器成为真正的免维护的产品时,手车断路器抽出隔离的意义已不大,在固封技术长足发展日趋成熟后,各个功能复合化的开关元件也会有较快的发展,比如真空灭弧室具有合位置、隔离位置、接地位置——集断开、隔离、接地为一体的三工位,形成三工位固封真空断路器,将使开关柜变得更简单和可靠。GB3906-2006在8.2条“设计与结构选择”中明确指出:固定式的总装,尤其是采用了少维护元件的总装,可以提供终生低投入高收益的布置。
  (6) 纵向结构将是固定柜发展的主要结构
  纵向结构减少了连接线,节省了有色金属,也便于观察。
  (7) 24kV高压开关柜的开发势在必行
  在东西亚地区,如越南、老挝、泰国,以及欧州地区,如英国、法国等,都使用24kV高压供电,根据国家电网公司关于推广24kV电压等级的通知精神,目前各省都在纷纷试点,由于采用24kV输电比12kV输电可大大降低线路损耗,并且在同样的输电线路上,可提高输电容量1倍。另外我国青藏高原、云贵高原、西北高原等,24kV柜也可作为12kV高原型高压柜使用,即提高一个电压等级的绝缘水平,因此比一般的高原型产品更加可靠,可用于12kV,4000m高海拔,所配断路器、电流互感器、接地开关、触头盒等,均符合24kV电压等级的技术要求。
  (8) 40.5kV高原型高压开关柜满足特殊环境的需要
  40.5kV高原型铠装手车式高压开关柜,是满足海拔高度3000m以上4000m以下高原地区使用的主导产品,在我国青藏地区,西南三省很多处于高海拔地区,空气稀薄,自然环境恶劣,需要更安全更可靠的高原型新产品,满足输配电的特殊环境技术要求,同时又针对国电网十八反事故措施中要求40.5kV高原型手车柜满足国电网这一要求,并超过了国家标准的规定,因此绝缘更加可靠,其所配N85GY真空断路器已通过国家型式试验,电压电流互感器、接地开关、触头盒等均符合40.5kV高原型电器的技术要求。
  (9) 新型真空环网柜
  由于对SF6在环保方面问题的不断深入研究,加上我国是“京都协议”缔约国之一,因此预计清洁、环保型的“真空环网柜”将会得到持续研究和发展,其技术特点是:
  ①采用固封极柱技术;
  ②采用三工位真空灭弧室,即:合闸、隔离、接地三位置灭弧室与绝缘一体化;
  ③分相式绝缘避免了相间放电的可能;
  ④带电部件全部密封在环氧树脂套筒和硅橡胶封闭母线之中;
  ⑤在特殊环境下也能正常工作,而无需另外设计,即低温寒冷地区、高原地区、高温地区及防爆场所。

新闻来源: 电气世界 2009年第5期


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