高压交流隔离开关和接地开关如何选用

1　前言 
　　 国家电网公司对输变电设备采购和招投标体制，进行了集约化管理和集中化运作的重大改革。2005年将363kV和1550kV及以上设备的采购和招投标集中到公司总部，2006年末又将252kV设备也集中北京招投标，对40．5～126kV设备则在网省公司集中招投标。2006年国家电网公司还编制和颁布了《110～500kV变电站通用设备典型规范》。 
　　为了更好地在招投标中正确贯彻实施典型规范，合理地确定设备的相关技术参数和要求，本文谈谈高压交流隔离开关和接地开关选用中的几个问题，供电力工程设计及设备选用部门相关专业人员参考。 
　　

 2　关于隔离开关开合母线转换电流 
　　 2．1 隔离开关开合母线转换电流的典型操作 
　　隔离开关开合母线转换电流(俗称环流)，是在正常运行中，用隔离开关断开或闭合由同一电压等级设备和母线在变电所内部所构成的电气闭环，从而实现转移负荷电流的操作。 
　　目前国内变电站接线方式中，采用较多的有单母线接线(单母线分段、单母线带旁路)、双母线接线(双母线分段、双母线带旁路)、一倍半断路器接线及桥形、角形接线等。其中，双母线倒母线操作是开合母线转换电流最典型和常见的工况。此外，作为特例，单母及双母接线退出旁路母线、一倍半断路器接线检修母线时、桥形，T形，角形接线解环操作中，为了避免用隔离开关开断很长的空母线上很大的电容电流而采用相反的操作程序：先断开隔离开关，再断开断路器以退出空载母线。这时隔离开关也会遇到开合母线转换电流的问题。 信息来自:输配电设备网 
　　 
　　2．2　标准规定的参数 
　　我国国家标准GB1985－2004《高压交流隔离开关和接地开关》中，以规范性附录B给出了隔离开关开合母线转换电流的要求和试验方法。对空气绝缘隔离开关，其额定母线转换电流值应为80％额定电流，最大不超过1600A，额定母线转换电压从表1中选取；试验次数为100次开合操作循环。至于额定转换电流最大不超过1600A，是因为通常是按额定短时耐受电流而不是按额定电流来选用隔离开关的，因此长期通过隔离开关的最大电流比其额定电流小得多，所以其母线转换电流最大值可定为1600A。1986年中国电力科学研究院高压开关研究所为了提出我国隔离开关开合母线转换电流的技术条件，曾经用计算机计算和分析了国内10～500kV几个电网典型接线的母线转换电流，结果符合不超过1600A的规定。 
　　由于隔离开关的触头运动速度较慢，在开合母线转换电流时产生电弧的燃弧时间较长，使触头易于烧损。为了达到标准要求的开合能力，制造厂需在隔离开关上增设引弧触头，使隔离开关的触头结构较为复杂。因此有必要将隔离开关分为两种：具备开合母线转换电流能力的和不具备开合母线转换电流能力的。设计和使用部门在选用隔离开关时应区别对待。 
　　 
　　2．3　双母线中的母线隔离开关需要开合母线转换电流 
　　在变电站实际运行中，正常情况下只有双母线接线的母线隔离开关及旁路接线中的母线隔离开关，才需要开合母线转换电流；而单母线接线的母线隔离开关、母联隔离开关及大量进出线路的线路隔离开关，不存在开合母线转换电流的工况。也就是说在这些部位上使用的隔离开关不必要具有开合母线转换电流的功能。 
　　目前，国内隔离开关招标文件中不提供工程一次接线布置图，没有明确哪些隔离开关是双母线中的母线隔离开关，而是对所有隔离开关不加区别的都提出开合母线转换电流的要求，这是不合适的。这将使很大一部分隔离开关有了多余的不必要的功能，其直接的弊端是触头结构复杂了，增加了产品制造成本和维护检修的工作量。相反，如果对双母线中的母线隔离开关，实际运行中需要开合较大的母线转换电流，却又没有明确提出要求，制造厂供货时不提供引弧触头，将会在倒换母线操作中烧损触头，降低隔离开关的有效使用寿命。 
　　 
3　关于接地开关开合感应电流 
　　 
　　3．1 接地开关的一种特殊运行条件 
　　随着电力建设的发展，电网在不断扩大，容量也在不断增加，为了减少输电走廊占地，同塔双回路平行架空高压输电线路日渐增多，在这种输电线路中使用的某些高压接地开关要求具有开合感应电流的能力。随着同塔双回线的普及和电压等级的升高，对接地开关开合感应电流的能力也要求越来越高，开合感应电流成为高压接地开关的一种特殊运行条件。
　　在两条或多条共塔或邻近平行布置的架空输电线中，当某一回或几回线路停电后，由于它与相邻带电线路之间产生电磁感应和静电感应，在停电的回路上将产生感应电压和感应电流。因此，用于这些线路的接地开关，应能满足以下的运行条件： (1)当停电线路的一端开路，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合容性电流。 (2)当停电线路的一端接地，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合感性电流。 
　　 
　　3．2　标准规定的参数 
　　国标GB1985中以规范性附录C给出了接地开关开合感应电流的要求和试验方法。接地开关的额定感应电流和额定感应电压的标准值，应从表2中选取，试验次数为10次开合操作循环。 
　　目前，很多500kV变电工程中停电接地线路很长、带电负荷很大，其感应电流和感应电压高于国家标准的B类接地开关标准值。如电磁感应电流高达760A，静电感应电流高达126A，而静电感应电压则高达35kV、45kV、65kV。750kV工程的静电感应电压要求达到100kV。 
　　 
　　3．3　并非所有接地开关都需要开合感应电流 
　　众所周知，只有同塔双回平行架空输电线路中两端变电站的进线侧和出线侧使用的接地开关，才应具有开合感应电流的功能。并非变电站中所有接地开关和所有隔离开关附装的接地开关，都需要具备这种功能。要求开合感应电流的接地开关只是少数。 
　　目前普遍的现象是，在隔离开关的招标文件中，凡是接地开关及带接地的隔离开关中的接地开关，均提出了开合感应电流的要求，这是没有必要的。订货时应具体指明哪一种隔离开关的哪一侧的接地开关要求开合感应电流，不要泛指。由于具备开合感应电流能力的接地开关，要采取引弧及灭弧措施，结构与常规接地开关是有所区别的。加上试验费用比较昂贵，自然要增加制造成本，因此产品价格是不相同的。特别是额定电压363kV及以上开合感应电流的接地开关，需要增设辅助回路，配装耐弧触头，增加真空或SF。灭弧室及其操动机构，价格增加很多。如果感应电流和感应电压超出标准值，则更会增加技术难度和制造成本。

4　关于单柱垂直断口隔离开关的额定接触区 
　　 
　　4．1 标准推荐的接触区 
　　单柱垂直断口隔离开关，因其静触头悬挂在母线上，为了适应风力、温度和冰雪的影响，确保隔离开关能可靠合闸，GB1985对接触区(也称钳夹范围)提出了推荐值，如表3、表4。在进行变电站设计和选用隔离开关时，应考虑到具体运行条件，确保静触头处在规定的接触区限值之内，使隔离开关能正确地分合闸。 　 
　　4．2　选择接触区要区分软母线或硬母线 
　　选用单柱垂直断口隔离开关的时候，要根据母线形式来确定接触区。采用软母线还是硬母线是变电站设计时就确定了的，两者只选其一。 
　　目前国内常用的单柱隔离开关的结构形式有三种：(1)双臂伸缩剪刀式(如西门子PR型、ABB／HAPAM的GSSB型、中国GW6A、GW46型等)。(2)单臂伸缩钳夹式(如EGIC的SSP型、AREVA的SPV型、中国GW10、GW6／16A、GW20、GW22／22B型等)。(3)单臂伸缩插入式(如AREVA的SPVL型、中国GW29、GW35型等)。其中，双臂伸缩剪刀式，由于其接触区和钳夹范围大，特别适用于软母线，当然也适用于硬母线。对于长跨档软母线只有剪刀式可以胜任。单臂伸缩钳夹式，适用于硬母线及短跨档软母线。单臂伸缩插入式，只适用于支持型硬母线，对软母线和悬挂型硬母线则不适用。 
　　目前有的标书中将软母／硬母两者并列，兼而有之；也有的标书标明硬母线，却选择了软母线的接触区。这些都会使应标者无所适从。另外，选择硬母线时尚应告知管母线的外径尺寸，以便制造厂提供合适的静触头固定金具，这一点往往被忽视和遗漏。