高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)的選用

1 前言
　　 國家電網(wǎng)公司對(duì)輸變電設(shè)備采購和招投標(biāo)體制，進(jìn)行了集約化管理和集中化運(yùn)作的重大改革。2005年將363kV和1550kV及以上設(shè)備的采購和招投標(biāo)集中到公司總部，2006年末又將252kV設(shè)備也集中北京招投標(biāo)，對(duì)40．5～126kV設(shè)備則在網(wǎng)省公司集中招投標(biāo)。2006年國家電網(wǎng)公司還編制和頒布了《110～500kV變電站通用設(shè)備典型規(guī)范》。
　　 為了更好地在招投標(biāo)中正確貫徹實(shí)施典型規(guī)范，合理地確定設(shè)備的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和要求，本文談?wù)?font color="#000000">高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)選用中的幾個(gè)問題，供電力工程設(shè)計(jì)及設(shè)備選用部門相關(guān)專業(yè)人員參考。
　　2 關(guān)于隔離開關(guān)開合母線轉(zhuǎn)換電流
　　2．1隔離開關(guān)開合母線轉(zhuǎn)換電流的典型操作
　　 隔離開關(guān)開合母線轉(zhuǎn)換電流（俗稱環(huán)流），是在正常運(yùn)行中，用隔離開關(guān)斷開或閉合由同一電壓等級(jí)設(shè)備和母線在變電所內(nèi)部所構(gòu)成的電氣閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移負(fù)荷電流的操作。
　　 目前國內(nèi)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(zhuǎn)換電流Z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(shí)、橋形，T形，角形接線解環(huán)操作中，為了避免用隔離開關(guān)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(guān)，再斷開斷路器以退出空載母線。這時(shí)隔離開關(guān)也會(huì)遇到開合母線轉(zhuǎn)換電流的問題。
　　2．2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)
　　 我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1985－2004《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》中，以規(guī)范性附錄B給出了隔離開關(guān)開合母線轉(zhuǎn)換電流的要求和試驗(yàn)方法。對(duì)空氣絕緣隔離開關(guān)，其額定母線轉(zhuǎn)換電流值應(yīng)為80％額定電流，Z大不超過1600A，額定母線轉(zhuǎn)換電壓從表1中選??；試驗(yàn)次數(shù)為100次開合操作循環(huán)。至于額定轉(zhuǎn)換電流Z大不超過1600A，是因?yàn)橥ǔＪ前搭~定短時(shí)耐受電流而不是按額定電流來選用隔離開關(guān)的，因此長期通過隔離開關(guān)的Z大電流比其額定電流小得多，所以其母線轉(zhuǎn)換電流Z大值可定為1600A。1986年中國電力科學(xué)研究院高壓開關(guān)研究所為了提出我國隔離開關(guān)開合母線轉(zhuǎn)換電流的技術(shù)條件，曾經(jīng)用計(jì)算機(jī)計(jì)算和分析了國內(nèi)10～500kV幾個(gè)電網(wǎng)典型接線的母線轉(zhuǎn)換電流，結(jié)果符合不超過1600A的規(guī)定。
　　 由于隔離開關(guān)的觸頭運(yùn)動(dòng)速度較慢，在開合母線轉(zhuǎn)換電流時(shí)產(chǎn)生電弧的燃弧時(shí)間較長，使觸頭易于燒損。為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的開合能力，制造廠需在隔離開關(guān)上增設(shè)引弧觸頭，使隔離開關(guān)的觸頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。因此有必要將隔離開關(guān)分為兩種：具備開合母線轉(zhuǎn)換電流能力的和不具備開合母線轉(zhuǎn)換電流能力的。設(shè)計(jì)和使用部門在選用隔離開關(guān)時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。
　　2．3雙母線中的母線隔離開關(guān)需要開合母線轉(zhuǎn)換電流
　　 在變電站實(shí)際運(yùn)行中，正常情況下只有雙母線接線的母線隔離開關(guān)及旁路接線中的母線隔離開關(guān)，才需要開合母線轉(zhuǎn)換電流；而單母線接線的母線隔離開關(guān)、母聯(lián)隔離開關(guān)及大量進(jìn)出線路的線路隔離開關(guān)，不存在開合母線轉(zhuǎn)換電流的工況。
　　 也就是說在這些部位上使用的隔離開關(guān)不必要具有開合母線轉(zhuǎn)換電流的功能。
　　 目前，國內(nèi)隔離開關(guān)招標(biāo)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(guān)是雙母線中的母線隔離開關(guān)，而是對(duì)所有隔離開關(guān)不加區(qū)別的都提出開合母線轉(zhuǎn)換電流的要求，這是不合適的。這將使很大一部分隔離開關(guān)有了多余的不必要的功能，其直接的弊端是觸頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜了，增加了產(chǎn)品制造成本和維護(hù)檢修的工作量。相反，如果對(duì)雙母線中的母線隔離開關(guān)，實(shí)際運(yùn)行中需要開合較大的母線轉(zhuǎn)換電流，卻又沒有明確提出要求，制造廠供貨時(shí)不提供引弧觸頭，將會(huì)在倒換母線操作中燒損觸頭，降低隔離開關(guān)的有效使用壽命。
　　3 關(guān)于接地開關(guān)開合感應(yīng)電流
　　3．1接地開關(guān)的一種特殊運(yùn)行條件
　　 隨著電力建設(shè)的發(fā)展，電網(wǎng)在不斷擴(kuò)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(guān)要求具有開合感應(yīng)電流的能力。隨著同塔雙回線的普及和電壓等級(jí)的升高，對(duì)接地開關(guān)開合感應(yīng)電流的能力也要求越來越高，開合感應(yīng)電流成為高壓接地開關(guān)的一種特殊運(yùn)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(dāng)某一回或幾回線路停電后，由于它與相鄰帶電線路之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，在停電的回路上將產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。因此，用于這些線路的接地開關(guān)，應(yīng)能滿足以下的運(yùn)行條件：（1）當(dāng)停電線路的一端開路，在線路另一端的接地開關(guān)分、合操作時(shí)，接地開關(guān)能開斷和關(guān)合容性電流。（2）當(dāng)停電線路的一端接地，在線路另一端的接地開關(guān)分、合操作時(shí)，接地開關(guān)能開斷和關(guān)合感性電流。
　　3．2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)
　　 國標(biāo)GB1985中以規(guī)范性附錄C給出了接地開關(guān)開合感應(yīng)電流的要求和試驗(yàn)方法。接地開關(guān)的額定感應(yīng)電流和額定感應(yīng)電壓的標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)從表2中選取，試驗(yàn)次數(shù)為10次開合操作循環(huán)。
　　 目前，很多500kV變電工程中停電接地線路很長、帶電負(fù)荷很大，其感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓高于國家標(biāo)準(zhǔn)的B類接地開關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值。如電磁感應(yīng)電流高達(dá)760A，靜電感應(yīng)電流高達(dá)126A，而靜電感應(yīng)電壓則高達(dá)35kV、45kV、65kV。750kV工程的靜電感應(yīng)電壓要求達(dá)到100kV。
　　3．3并非所有接地開關(guān)都需要開合感應(yīng)電流
　　 *，只有同塔雙回平行架空輸電線路中兩端變電站的進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)使用的接地開關(guān)，才應(yīng)具有開合感應(yīng)電流的功能。并非變電站中所有接地開關(guān)和所有隔離開關(guān)附裝的接地開關(guān)，都需要具備這種功能。要求開合感應(yīng)電流的接地開關(guān)只是少數(shù)。
　　 目前普遍的現(xiàn)象是，在隔離開關(guān)的招標(biāo)文件中，凡是接地開關(guān)及帶接地的隔離開關(guān)中的接地開關(guān)，均提出了開合感應(yīng)電流的要求，這是沒有必要的。訂貨時(shí)應(yīng)具體指明哪一種隔離開關(guān)的哪一側(cè)的接地開關(guān)要求開合感應(yīng)電流，不要泛指。由于具備開合感應(yīng)電流能力的接地開關(guān)，要采取引弧及滅弧措施，結(jié)構(gòu)與常規(guī)接地開關(guān)是有所區(qū)別的。加上試驗(yàn)費(fèi)用比較昂貴，自然要增加制造成本，因此產(chǎn)品價(jià)格是不相同的。特別是額定電壓363kV及以上開合感應(yīng)電流的接地開關(guān)，需要增設(shè)輔助回路，配裝耐弧觸頭，增加真空或SF。
　　 滅弧室及其操動(dòng)機(jī)構(gòu)，價(jià)格增加很多。如果感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓超出標(biāo)準(zhǔn)值，則更會(huì)增加技術(shù)難度和制造成本。
　　4 關(guān)于單柱垂直斷口隔離開關(guān)的額定接觸區(qū)
　　4．1標(biāo)準(zhǔn)推薦的接觸區(qū)
　　 單柱垂直斷口隔離開關(guān)，因其靜觸頭懸掛在母線上，為了適應(yīng)風(fēng)力、溫度和冰雪的影響，確保隔離開關(guān)能可靠合閘，GB1985對(duì)接觸區(qū)（也稱鉗夾范圍）提出了推薦值，如表3、表4。在進(jìn)行變電站設(shè)計(jì)和選用隔離開關(guān)時(shí)，應(yīng)考慮到具體運(yùn)行條件，確保靜觸頭處在規(guī)定的接觸區(qū)限值之內(nèi)，使隔離開關(guān)能正確地分合閘。
　　4．2選擇接觸區(qū)要區(qū)分軟母線或硬母線
　　 選用單柱垂直斷口隔離開關(guān)的時(shí)候，要根據(jù)母線形式來確定接觸區(qū)。采用軟母線還是硬母線是變電站設(shè)計(jì)時(shí)就確定了的，兩者只選其一。
　　 目前國內(nèi)常用的單柱隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)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(qū)和鉗夾范圍大，特別適用于軟母線，當(dāng)然也適用于硬母線。對(duì)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(duì)軟母線和懸掛型硬母線則不適用。
　　 目前有的標(biāo)書中將軟母／硬母兩者并列，兼而有之；也有的標(biāo)書標(biāo)明硬母線，卻選擇了軟母線的接觸區(qū)。這些都會(huì)使應(yīng)標(biāo)者無所適從。另外，選擇硬母線時(shí)尚應(yīng)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(diǎn)往往被忽視和遺漏。
　　5 關(guān)于接地開關(guān)的短路持續(xù)時(shí)間
　　 DL／T593－2006《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》對(duì)開關(guān)設(shè)備在合閘狀態(tài)下承載額定短時(shí)耐受電流的時(shí)間間隔，規(guī)定為：550～1100kV為2s，126～363kV為3s，72．5kV及以下為4s。
　　 DL／T486關(guān)于額定短路持續(xù)時(shí)間規(guī)定為：應(yīng)符合DL／17593的規(guī)定，但接地開關(guān)可以為配用隔離開關(guān)相應(yīng)數(shù)值的一半，但不得小于2s。GB1985也規(guī)定“除另有規(guī)定，接地開關(guān)短時(shí)耐受電流的額定持續(xù)時(shí)間為2s”。
　　 GB1985和DL／T486標(biāo)準(zhǔn)把接地開關(guān)的短路持續(xù)時(shí)間規(guī)定為不小于2s，是與標(biāo)準(zhǔn)接軌的，自1990年執(zhí)行至今，運(yùn)行中也沒有由于接地開關(guān)的短路持續(xù)時(shí)間為2s而出現(xiàn)過問題。按照能源部批準(zhǔn)的DL405-91《進(jìn)口220～500kV高壓斷路器和隔離開關(guān)技術(shù)規(guī)范》，我國進(jìn)口的大量高壓開關(guān)設(shè)備，其短路持續(xù)時(shí)間都是2s，15年來實(shí)踐證明運(yùn)行情況良好。所以，接地開關(guān)的短路持續(xù)時(shí)間采用2s就可以了，不必與隔離開關(guān)要求一致。
　　6 關(guān)于隔離開關(guān)的過載能力
　　 DL／T593規(guī)定，溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電流為額定電流的1．1倍，提高溫升試驗(yàn)電流始于1992年，當(dāng)時(shí)規(guī)定為1．2倍，并且注明此規(guī)定為“根據(jù)我國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提出”。
　　 所謂“我國運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)”，據(jù)分析有以下兩點(diǎn)：（1）國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫升試驗(yàn)應(yīng)該在裝有清潔觸頭的新開關(guān)裝置上以額定電流進(jìn)行，而實(shí)際運(yùn)行中高壓開關(guān)特別是隔離開關(guān)長期*暴露在大氣環(huán)境中工作，導(dǎo)電元件會(huì)受到環(huán)境和氣候條件以及污穢、氧化作用，加上年久失修，引起接觸不良。凡此種種運(yùn)行中的不利因素，將降低開關(guān)設(shè)備的實(shí)際通流能力，如戶外隔離開關(guān)導(dǎo)電回路過熱是較為普遍的現(xiàn)象。根據(jù)以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，戶外隔離開關(guān)的工作電流如果達(dá)到其額定電流的70％，一般會(huì)發(fā)生過熱。（2）日照的影響會(huì)使導(dǎo)電回路溫升提高。據(jù)國內(nèi)試驗(yàn)表明，SF6斷路器出線端處附加溫升為16℃；戶外隔離開關(guān)鍍銀觸頭及軟連接處為12．5℃，鋁導(dǎo)電管為19℃，但持續(xù)時(shí)間僅為1h。
　　 國內(nèi)一位電力專家撰文指出：“為了解決運(yùn)行中的隔離開關(guān)的過熱問題，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中要求高壓隔離開關(guān)按1．2倍的額定電流進(jìn)行溫升試驗(yàn)，雖然全新的產(chǎn)品可以通過，但是運(yùn)行中的設(shè)備仍然照樣發(fā)生過熱。這就說明是使用條件改變了隔離開關(guān)的通流能力”。DL／T486也指出“即使按照DL／T593提高了溫升試驗(yàn)電流值，也不得將它視為過載能力”。GB1985中關(guān)于“額定電流的選擇”中指出：“應(yīng)當(dāng)注意，隔離開關(guān)沒有標(biāo)準(zhǔn)化的持續(xù)過電流能力。因此，選擇隔離開關(guān)時(shí)，應(yīng)使其額定電流適應(yīng)于運(yùn)行中可能出現(xiàn)的任何負(fù)載電流”。
　　 通常是按照額定短時(shí)耐受電流而不是按額定電流來選用隔離開關(guān)的，所以長期通過隔離開關(guān)的Z大電流要比額定電流小得多，而且考慮長遠(yuǎn)發(fā)展，一般所選額定電流也有較大裕度。因此，運(yùn)行中隔離開關(guān)導(dǎo)電回路發(fā)熱的原因，并不是通過電流過大，超過了額定電流，而是由于觸頭及接觸部位的結(jié)構(gòu)、材料、表面處理和裝配工藝存在問題，運(yùn)行環(huán)境惡劣引起接觸部位接觸電阻提高而引起過熱，而且惡性循環(huán)。要解決戶外隔離開關(guān)導(dǎo)電回路過熱，關(guān)鍵是要防止接觸不良的產(chǎn)生，這就要從完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選用材料以及提高制造工藝水平上全面考慮，包括提高安裝調(diào)整質(zhì)量、改善運(yùn)行操作條件和檢修維護(hù)工作，來提高產(chǎn)品抵御環(huán)境影響的能力。
　　 按1．1倍額定電流做溫升試驗(yàn)后導(dǎo)電回路仍然出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，說明提高溫升試驗(yàn)電流并不代表隔離開關(guān)具有過載能力，這一點(diǎn)在選隔離開關(guān)時(shí)是要加以注意的。
　　7 關(guān)于接地開關(guān)的長期通流問題
　　 接地開關(guān)是用于將回路接地的一種機(jī)械開關(guān)裝置，在異常條件下（如短路），可承載規(guī)定時(shí)間的短路電流，但在正?；芈窏l件下，不要求承載電流。這是接地開關(guān)與隔離開關(guān)的主要區(qū)別。實(shí)際運(yùn)行中，必須嚴(yán)格遵循如下程序：隔離開關(guān)合閘時(shí)，接地開關(guān)必須分閘；隔離開關(guān)分閘后，接地開關(guān)才能合閘。這就說明，接地開關(guān)沒有長期通過工作電流的可能，所以接地開關(guān)也就沒有額定電流和回路電阻的參數(shù)。
　　8 關(guān)于絕緣子爬電距離是否需要進(jìn)行海拔修正的問題
　　 曾有用戶單位提出，使用于海拔1000m以上地區(qū)的戶外隔離開關(guān)絕緣子的爬電距離，要求按海拔修正系數(shù)進(jìn)行修正。
　　 對(duì)這個(gè)問題，個(gè)人認(rèn)為，理論上絕緣子的爬電距離是與海拔沒有直接關(guān)系的。但是絕緣子的干弧距離卻與海拔高度有關(guān)。使用于海拔1000m以上地區(qū)的隔離開關(guān)的干弧距離是應(yīng)當(dāng)按海拔修正系數(shù)進(jìn)行修正的。由于在高海拔地區(qū)絕緣子的干弧距離按海拔修正后，為了滿足要求，絕緣子的高度就要增加。
　　 絕緣子高度提高后，其爬電距離自然會(huì)相應(yīng)增加。但是，這種爬電距離的增加是干弧距離提高后的間接結(jié)果，并非按海拔系數(shù)修正而得。
　　9 結(jié)語
　　 高壓交流隔離開關(guān)是輸變電設(shè)備中使用量Z多的一種設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，安裝使用的場合也不盡相同，技術(shù)參數(shù)類別也較多，只有精心選用，對(duì)相關(guān)的技術(shù)要求要結(jié)合工程需要仔細(xì)選擇，避免提出過高的要求增加無需的功能，才能收到既節(jié)省投資又安全可靠運(yùn)行的效果。