影响高压电气开关稳定性的因素以及提高稳定性的对策

国能浙江北仑第一发电有限公司 常明林

1 高压电气开关稳定性的研究现状

高压电气开关应用十分普遍，随着技术的精进，应用层次也逐渐深入。高压电气开关的稳定性关系到电力系统的总体运作，同时高压电气开关稳定性和电力系统开发设计也是互相联系的，只有提升高压电气开关稳定性，才可以推动电力系统进一步的开发设计。在我国高压电气开关制造企业主要有沈阳市高压开关厂和西安市高压开关厂等，研发型号为126-550kGIS等设备。

2 高压电气开关设备

2.1 HVX系列真空断路器

HVX系列真空断路器是基于全球的制造和设计经验基础上针对中国市场开发的新一代断路器，适用于PIX 型开关设备及其他主流的空气绝缘开关设备，广泛应用于电网，石油化工，公共基础设施，工矿企业和交通运输等领域。凭借VG 系列真空灭弧室的专利设计和施耐德电气对真空灭弧室技术的应用，使VG系列真空灭弧室以高稳定性、大容量、小体积，长寿命在中压真空领域独树一帜。采用模块化设计的弹簧操作机构简单可靠，三相独立的凸轮输出，为真空灭弧室提供最佳的特性配合。传动机构一级输出和特有的轴承传动设计，简化机构的同时确保机构稳定操作满足多种特殊场合应用要求，广泛应用于各种领域。

2.2 VAH型真空断路器

无论对于电厂，发电厂，工业或用户变电站以及OEM，都需要灵活可靠的断路器用于满足高机械和电气开断需求。VAH型真空断路器是基于在真空技术领域的数十年经验专为高容量需求而研发，额定电流高达到6300A。适用于PIX-Gen开关柜，也是重工业和发电机保护大容量断路器的理想选择。特别适合改造及扩建该断路器额定电压达到17.5kV，额定雷电冲击电压（峰值）达到95kV，设计灵活，可用于固定式安装和可抽出式手车，专门适用于现代化及扩展的安装系统。在12kV 额定电压下可开断63kA 额定短路电流，极柱采用极其牢固的支撑和可通过空气冷却的敞开式构造，这是基于达到高机械和电气开断循环、高绝缘水平和大额定电流的要求而设计的。施耐德电气的VAH 断路器符合全部的IEC 相关标准，已应用于全世界范围的工业生产部门。传统牢固的断路器极柱结构VAH断路器的设计基于传统断路器极柱结构。极柱通过绝缘子支撑在同一个支架上，结构紧凑，通过坚固的支撑，真空灭弧室牢固地安装在极柱部分，确保其不受任何外力干扰。在开断和关合期间，由电弧所产生的作用力仅作用于灭弧室触头部分。断路器的这种简单及灵活的结构可以为不同用户的特殊需求提供解决方案。

2.3 CVX真空接触器-熔断器组合电器

CVX 系列真空接触器采用全新固封极柱技术、模块化设计，针对中国市场适用于650mm 及325mm 宽PIX 及KYN28 型空气绝缘开关柜。固封极柱CVX系列真空接触器用于需要多次分、合闸操作的场合，可以满足用户频繁操作的需求。采用高效可靠的供电及控制保护电子模块，固封极柱CVX系列真空接触器具有宽电压供电，合闸驱动、延时自动降流保持等功能。标准化的连接端口，可以与微机控制系统匹配。CVX真空接触器(配650mm柜宽)应用固封极柱CVX 系列真空接触器可广泛应用于冶金、矿山、石化、钻井平台和厂矿配电等领域，选择适当的熔断器，用于配合和保护电动机、变压器和电容器组等。固封极柱CVX系列真空接触器可为工程带来有价值的解决方案。

2.4 ESW接地开关

ESW接地开关采用快速合闸机构，具有短路关合能力，并带有合分闸指示，透过观察窗可以观测到接地开关所处的状态接地开关的整体设计具有结构紧凑、外形尺寸小等特点，接地开关所有的铜件都是采用低电阻材料，保证性能的可靠性。

2.5 MiCOM系列保护装置

MiCOM系列保护装置于1999年首次发布，运用最佳的继电保护技术，集成最新技术的MiCOM系列依然是高度可靠的保护装置。安全MiCOM 系列保护装置具有全面的自检功能，它可以准确及时检测故障从而确保设备高度可靠地运行。其自带的网络安全技术可以为整个变电站提供保护。通信就地和远方通信可以用MiCOM S1 Studio软件实现。装置后部的通信口用于和SCADA 系统和工程师站通信。P30 和P40 在插入以太网通信卡后就可以使用IEC61850 通信并使用高速Goose 信号。支持多种网络结构，包括并行冗余规约（PRP），整定通过MiCOM S1 Studio 软件实现，只需要这个软件就可以管理所有已安装的MiCOM 保护装置。内置的数据模型管理器确保在电脑上总有最新的支持文件。大部分的MiCOM 保护装置支持多个定值组，保证能够在当地/远方激活，或者通过专门的开关量输入激活，以满足不同的系统运行条件。

3 提升高压线路电气开关稳定性的技术方向

3.1 复合化

高压开关设备向更为微型化的角度发展，复合化的首要方法是将电缆线终端设备、工作电压变电器、高压避雷器、高压隔离开关置放在同一空间里，降低电箱容积的总数。随着电子测量管理技术的发展，电流量变电器、电力电容器被广泛运用于高压开关设备中，高压开关设备的容积会随之大幅减少。

3.2 智能化

未来高压电气开关设备发展的一个突显优点是二次系统智能化，即从传统的机械结构发展为以电子计算机为基本的当代智能控制系统。这是因为现阶段光学变电器、智能化配电站基础理论的完善和技术的发展。运用新的感应器技术搜集信息，根据光纤传输激光焊接信息，用计算机解决相关问题，监控高压开关设备的运行状态，完成高压开关设备情况的监测和问题的清除，再将常见故障清除信息，远程传送给技术工作人员[1]。

3.3 高稳定性

高压开关设备的稳定性关键反映在两个层面。一个是电气设备稳定性，另一个是机械设备稳定性。因为现阶段技术标准的适用，电气设备稳定性有显著提升。机械设备稳定性与设计生产水准和原材料技术息息相关。近些年，新型材料在环氧树脂、瓷器、聚氨酯、硅胶等高压开关设备中获得应用，设备的绝缘性能在一定水平上增强了机械设备稳定性。可是机械设备稳定性，依然是限制高压电器总体能力的首要因素，非常值得进一步探寻。

3.4 高压大容量

现阶段，伴随着超高压输电工程项目的开展，500kV 额定电压系统软件飞速发展，从技术合理性和稳定性的方面看来，已经开发设计工作容积大、工作电压高的隔离开关。断路器的常规运行(额定电压)电流量为5000A，短路故障断开电流量为63kA，几乎达到现阶段供电系统的要求。高压大容量可以达到远距离输电的要求，更合乎电力网体系的发展前景。

3.5 环保性

根据以往电力公司的工作经验，在实践中大量使用的多是用以SF6高压断路器的SF6气体。SF6是无色、无毒性、无气味、不易燃的人工合成可塑性气体，特性平稳，具备抗静电特性和出众的灭弧特性，因此被广泛运用于高压开关设备。但SF6是造成全球变暖的有害气体之一，所造成的全球变暖温室效应是CO2所造成的22000 倍。目前，经过电力工作者的不断努力，已经找到能够替代SF6的气体，应用到开关设备中相对较为成熟的环保气体有N2和干燥空气。但这两种气体在使用上都有自身的一些缺点，N2气体无法检漏，干燥空气承载箱体干燥过程操作不易且费时等问题。

4 高压电气开关稳定性影响因素

4.1 静态和动态接触点之间的分离速率

由于高压线路开关的基本工作原理是靠动静接触点之间的接触和分离，假如彼此之间的分离出来速率不合理，散播电弧的面积和长度便会提升，进而影响开关的反应速度。静态接触分离出来速率会提升电弧的面积和长短，AC电弧超出0之后，会比较严重地影响静态接触点的气体压力，进而造成高压电气开关的电压起伏。

4.2 中断器基本上构造的影响

灭弧室是高压电气开关的关键构成部分，由分割器、电导体、电流量变电器、静态接触、挪动接触、机壳等构成，基本构造结构对高压电气开关的稳定性有较大影响。依据开关的高压电气开关灭弧能量区分，电开关分为外界电力能源和本身电力能源。根据本身功能关掉电，分离出来工作能力可以直接决策电流量的高低。在稳定管理值范畴内，掉线的电流量越大，相对应电弧的动能就越大，电弧点燃时间就越少，这种领域的差别也会造成开关稳定性的差别[2]。

4.3 绝缘层磁吹原材料的影响

在高压线路开关中，静态接触中间的电造成气体分子结构触电和工作电压随意变化，带电粒子的加速运动造成电弧，这是气体的自放电状况。颗粒的细化和原料油会导致电弧自身的热量损害，造成导电率的衰落，最后电弧会熄灭，现阶段绝缘层物质气体为SF6，这是绝缘层实际效果最佳的气体，广泛运用于高压电气开关，作用机制和相对应的灭弧特性必须深入分析，因此绝缘层材料的运用也会影响电气开关的稳定性。

5 高压电气开关常见的设备问题

5.1 变换电路连接点造成的设备常见故障

针对高压电气开关仪器设备，变换电路关键由汞、铅等金属材料构成，电流量根据电路后再次造成发热量，温度相对应升高。因而如式（1）：

式（1）中：Ρ 为变换电路造成的热功率；Ι 为正确引导流电路流动性的电流量；R 为正确引导流电路的电阻测量。

变换电路造成发热量，造成温度升高。这对高压电气开关电气设备没有很大危害，但假如转换电路中产生更多节点，转换电路的电阻器会提升，全部转换电路的卡路里会快速积累，转换电路的一部分发热量也会增加。在这样的情况下，高压开关家用电器设备内部结构温度相对性上升，设备表层金属材料空气氧化速率加速，最后非常容易提升设备衰老速率。

5.2 导流回路节点造成设备常见故障

高压电气开关对子系统软件的维护、绝缘和散热通常根据其自身介质开展。可是，受环境因素的危害，介质慢慢造成一定的损害，造成所有发热量。在高压电气开关运作时，传动系统介质伴随着运作慢慢降低，介质的消耗指数提升，造成介质损耗，设备因介质损耗而发生的热额定功率提升，造成常见故障[3]。

6 结语

高压电气开关的稳定性对于我国供电系统的平稳安全性运行具有重要的影响。近些年，高压电气开关在稳定性层面获得了提升，校比过往有显著的发展，保障供电系统的平稳安全性运行。但是高压线路电气开关依然存在难以避免的问题和必须填补的空缺，这就对供电系统的平稳安全性运行具备一定的安全隐患。随着各类新设备、新技术新工艺、新型材料和新工艺的研发幅度增加，及供电系统中运用范畴的扩张，将为在我国高压电气开关稳定性给予确保，可以进一步推动在我国供电系统的运行稳定性和客户用电量安全系数。