重慶博斯泰克電氣有限公司

摘要：戶(hù)外中壓開(kāi)關(guān)電器主要用于農(nóng)網(wǎng)及城鄉(xiāng)結(jié)合部。由于我國(guó)農(nóng)網(wǎng)電力約占總電力1/3左右，因而戶(hù)外中壓開(kāi)關(guān)電器用得很多，市場(chǎng)很大。我國(guó)戶(hù)外中壓開(kāi)關(guān)電器年用量約4萬(wàn)臺(tái)。該文介紹了農(nóng)網(wǎng)特點(diǎn)及各類(lèi)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，并介紹了柱上開(kāi)關(guān)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)；柱上開(kāi)關(guān)；真空；

柱上開(kāi)關(guān)根據(jù)農(nóng)網(wǎng)特點(diǎn)，原電力部于1986年制定了農(nóng)村變電所模式方案：堅(jiān)持“小容量、密布點(diǎn)、短半徑、造價(jià)低、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的發(fā)展方向。具體有兩種模式方案：

第一方案（即近期方案），10kV側(cè)采用柱上SF₆或真空斷路器和綜合集控裝置，35kV側(cè)采用油或無(wú)油斷路器；

第二方案（即遠(yuǎn)期方案），10kV側(cè)采用重合器和分段器；35kV側(cè)采用熔斷器和負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。

目前我國(guó)90％以上農(nóng)村變電所處于第一方案，而第二方案有明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)。農(nóng)網(wǎng)電壓等級(jí)為110kV、35kV、10kV、220/380V。其中110kV用的斷路器或GIS，同城網(wǎng)沒(méi)有差別。35kV和10kV級(jí)產(chǎn)品獨(dú)具特色，如10kV級(jí)產(chǎn)品為柱上式，35kV級(jí)斷路器為落地布置。第二方案中35kV級(jí)用負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān) 熔斷器，也可布置在柱上。對(duì)于標(biāo)稱(chēng)電壓為10kV和35kV的電網(wǎng)，使用的高壓開(kāi)關(guān)的額定電壓（電網(wǎng)最高工作電壓）應(yīng)為12kV和40.5kV。在這兩個(gè)等級(jí)中，SF₆開(kāi)關(guān)和真空開(kāi)關(guān)作為兩大支柱，取代了原來(lái)了多油開(kāi)關(guān)。其中產(chǎn)品包括斷路器、重合器、分段器和負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)。農(nóng)網(wǎng)用的開(kāi)關(guān)不同于城網(wǎng)的，它屬于小容量、小型化、戶(hù)外式及柱上安裝。由于農(nóng)網(wǎng)用開(kāi)關(guān)多裝在柱上，故不需建房，可節(jié)約面積和造價(jià)30～40。但由于農(nóng)網(wǎng)用開(kāi)關(guān)多裝在戶(hù)外，因此必須解決好戶(hù)外開(kāi)關(guān)的外絕緣問(wèn)題。目前市場(chǎng)上的柱上開(kāi)關(guān)形式多樣，性能也各不相同。具體可分以下幾類(lèi)：

按出產(chǎn)國(guó)可分為國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口兩種；

按觸頭滅弧能力可分為斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)；

按滅弧介質(zhì)可分為真空、SF₆；

按絕緣介質(zhì)可分為油絕緣、空氣絕緣、SF₆絕緣及固體絕緣；

按操動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)；

按產(chǎn)品使用功能可分為斷路器、重合器、分段器、負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)；

按出線套管的材質(zhì)可分為瓷套管和硅橡膠套管。

2各類(lèi)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)

2.1國(guó)產(chǎn)開(kāi)關(guān)按國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的使用特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。一般采用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可進(jìn)行電動(dòng)和手動(dòng)分合閘操作。電流互感器二次電流按5A設(shè)計(jì)；可設(shè)多組、多變化，有利于滿足繼電保護(hù)、遙測(cè)、計(jì)量的不同要求。一般開(kāi)關(guān)本身配置刀閘，并且開(kāi)關(guān)與刀閘之間設(shè)有操作閉鎖。

2.2進(jìn)口開(kāi)關(guān)所有進(jìn)口開(kāi)關(guān)的共同點(diǎn)是：

①電流互感器二次電流按1A設(shè)計(jì)。一般為600/1和1000/1兩種選擇。

②所有開(kāi)關(guān)均不配刀閘。

③配有專(zhuān)用的操作控制器?？刂破鞯目刂?、保護(hù)功能齊全，可選擇性強(qiáng)，有利于上下級(jí)的保護(hù)配合。

④采用零表壓下的SF₆氣體絕緣，不受外部環(huán)境的影響。操動(dòng)機(jī)構(gòu)制造工藝精細(xì)且大多密封在SF₆氣體腔內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)免維護(hù)。

2.3斷路器、重合器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、分段器斷路器：具有很強(qiáng)的滅弧能力?？申P(guān)合、切斷故障電流。配備含微機(jī)保護(hù)的控制器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分支線路的保護(hù)。

重合器：開(kāi)關(guān)本體與斷路器完全相同，區(qū)別在于控制器的功能上，斷路器的控制器功能簡(jiǎn)單，僅具備控制線路電流，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，其他功能是靠FTU實(shí)現(xiàn)。而重合器的控制器除了具備斷路器控制器的所有功能外，還具有自具功能，它具有3次以上的重合閘功能、多種特性曲線、相位判斷功能、與自動(dòng)化系統(tǒng)的連接功能等，價(jià)格較高。

負(fù)荷開(kāi)關(guān)：可以關(guān)合故障電流，開(kāi)斷額定負(fù)荷電流，有真空和SF₆滅弧兩種型式。其主要作為線路分段開(kāi)關(guān)。配備智能控制器就成為分段器，造價(jià)較低。

3戶(hù)外柱上開(kāi)關(guān)的發(fā)展

3.1增大容量農(nóng)網(wǎng)原來(lái)用多油斷路器（如DW10型），其容量（短路開(kāi)斷電流）僅為3.15kA，難以滿足農(nóng)網(wǎng)日益增長(zhǎng)的容量要求。自從無(wú)油化后，采用真空和SF₆斷路器，其容量大增，形成8kA、12.5kA、16kA、20kA系列，完全能滿足農(nóng)網(wǎng)發(fā)展對(duì)斷路器的要求。多油斷路器已被淘汰。

3.2減少用氣量和排氣量SF₆等6種氣體，在1997年《京都議定書(shū)》中被列為溫室效應(yīng)氣體，其中CO2影響最大，占60％；SF₆雖僅占0.1，但具有潛在危險(xiǎn)，因一個(gè)SF₆分子對(duì)溫室效應(yīng)的影響為CO2分子的23900倍，且排入大氣的SF₆氣體壽命特長(zhǎng)（約3200年）。

鑒于以上情況，農(nóng)網(wǎng)用SF₆開(kāi)關(guān)制造廠都在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封上下功夫，以減少用氣量和排氣量。如40.5kVSF₆斷路器，由原設(shè)計(jì)的罐式結(jié)構(gòu)改為支柱式結(jié)構(gòu)，只用SF₆滅弧而用瓷柱對(duì)地絕緣，大大減少了用氣量。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SF₆氣體年漏氣量為1％，而目前許多廠改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)、密封材料和減少密封長(zhǎng)度，做到年漏氣量小于0.5。在12kV，戶(hù)外真空斷路器有了很大發(fā)展，它用真空滅弧室滅弧，僅用少量SF₆氣體作絕緣，或完全不用SF₆而用固體絕緣或用干燥空氣絕緣。

3.3操動(dòng)機(jī)構(gòu)多元化電磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)便，工作可靠，制造成本低。螺管電磁鐵的出力特性容易滿足真空斷路器反力特性的要求，還可手動(dòng)分閘。其缺點(diǎn)是合閘線圈消耗的功率太大，要求配用昂貴的蓄電池，加上結(jié)構(gòu)笨重，動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)。常用的機(jī)構(gòu)有CD10、CD17和CD19型。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種新概念的操動(dòng)機(jī)構(gòu)。它有單穩(wěn)定和雙穩(wěn)態(tài)之分，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)狀態(tài)靠永久磁鐵的磁力保持，機(jī)械傳動(dòng)部件非常少。機(jī)構(gòu)密封程度較高。它由電磁操動(dòng)，永磁保持和電子控制三部分組成。對(duì)于戶(hù)外斷路器和重合器來(lái)說(shuō)，由于產(chǎn)品安裝在柱上，不易檢修，而且戶(hù)外環(huán)境條件惡劣，彈簧機(jī)構(gòu)在長(zhǎng)期運(yùn)行中因潤(rùn)滑脂失效、零部件生銹、動(dòng)作不靈活，而永磁機(jī)構(gòu)體積小，可密封在箱體內(nèi)，免受惡劣環(huán)境的影響，同時(shí)重合器要求頻繁操作，永磁機(jī)構(gòu)以其儲(chǔ)能快且壽命長(zhǎng)，正好適應(yīng)重合器的操作要求。因此對(duì)柱上開(kāi)關(guān)，國(guó)外大多采用永磁機(jī)構(gòu)，例如，Whipp&Bourne、ABB以及Siemens等公司的柱上產(chǎn)品都配用了永磁機(jī)構(gòu)。目前永磁機(jī)構(gòu)價(jià)格貴。永磁機(jī)構(gòu)將彈簧機(jī)構(gòu)的機(jī)械問(wèn)題變成電問(wèn)題，如電容器的壽命問(wèn)題、永久磁鐵的保持力問(wèn)題及電子器件的可靠性等問(wèn)題，對(duì)制造提出了高要求，且需要經(jīng)受運(yùn)行考驗(yàn)，取得運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。在我國(guó)，戶(hù)外柱上開(kāi)關(guān)配彈簧機(jī)構(gòu)居多。彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，可修可調(diào)，且價(jià)格比永磁機(jī)構(gòu)便宜。其優(yōu)點(diǎn)是不需要大功率直流電源，電動(dòng)機(jī)功率小，交直流兩用。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，零件數(shù)多，且要求加工精度高，制造工藝復(fù)雜。目前用得多的彈簧機(jī)構(gòu)為CT17型和CT19型兩種機(jī)構(gòu)基本相同，前者為直推式輸出，后者為轉(zhuǎn)動(dòng)式輸出。進(jìn)口彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)目前以三角板式操動(dòng)機(jī)構(gòu)為代表。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單零部件少，整個(gè)機(jī)構(gòu)密封在SF₆腔體內(nèi)，故障概率極低。其功能不但能滿足電動(dòng)操作，還可以手動(dòng)分、合閘操作，即使是控制器故障也能盡快手動(dòng)恢復(fù)送電。

3.4滅弧原理精彩紛呈農(nóng)網(wǎng)用SF₆開(kāi)關(guān)的滅弧不僅有壓氣式，還有旋弧式及旋弧 熱膨脹混合式?？偟内厔?shì)是向后兩種自能式發(fā)展。自能式最大優(yōu)勢(shì)是不用操動(dòng)機(jī)構(gòu)提供滅弧壓力，相比壓氣式大大減少了操作功，從而簡(jiǎn)化了操動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，在戶(hù)外用量大的LW3-12型SF₆斷路器就采用先進(jìn)的旋弧式滅弧原理，該產(chǎn)品問(wèn)世已20多年，但使用一直經(jīng)久不衰。又如LW8-40.5型SF₆斷路器，在原先壓氣的基礎(chǔ)上改進(jìn)噴口結(jié)構(gòu)，利用電弧堵塞效應(yīng)提高滅弧能力，使之開(kāi)斷電流從31.5kA提高到40kA。再如國(guó)內(nèi)又開(kāi)發(fā)出LW8-40.5A型SF₆斷路器，采用壓氣 自能滅弧原理，而LW8-40.5B型產(chǎn)品采用旋弧滅弧原理。ABB公司的OHB型戶(hù)外SF₆斷路器也采用自能 壓氣滅弧原理，其中自能占70％，壓氣占30％。

3.5安全保護(hù)更加完善SF₆開(kāi)關(guān)安全運(yùn)行受兩個(gè)因素影響最大：

一是SF₆氣體泄漏。一旦泄漏到不許可的程度，則開(kāi)關(guān)就會(huì)失靈，為此制造廠家給開(kāi)關(guān)安裝了密度繼電器，對(duì)SF₆氣體壓力進(jìn)行監(jiān)控。其上設(shè)置三個(gè)壓力值：設(shè)計(jì)壓力（額定壓力）、報(bào)警壓力和最低功能壓力。當(dāng)?shù)竭_(dá)最低功能壓力時(shí)，開(kāi)關(guān)即閉鎖；

二是爆炸。一旦開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障（如內(nèi)部故障電?。瑥?qiáng)大的電弧能量會(huì)使SF₆氣體壓力急劇上升，當(dāng)殼體承受不了時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸，危及周?chē)O(shè)備和人身安全。為此制造廠家在開(kāi)關(guān)殼體上設(shè)置防爆膜盒。防爆膜盒耐受的壓力低于殼體的耐受壓力，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障電弧時(shí)，防爆膜盒先爆破，將高壓力從安全方向釋放出去。

3.6農(nóng)網(wǎng)開(kāi)關(guān)智能化配網(wǎng)自動(dòng)化以故障自動(dòng)診斷、故障區(qū)域自動(dòng)隔離、非故障區(qū)自動(dòng)恢復(fù)送電為目的。

開(kāi)關(guān)的選型也要以此為依據(jù)，重合器和分段器可使饋線自動(dòng)化。農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化中，必須具有故障識(shí)別和恢復(fù)供電功能，要做到這點(diǎn)，必須采用智能化開(kāi)關(guān)電器。重合器具有多次重合功能，能有效地排除臨時(shí)故障，且自帶控制和操作電源（如高效鋰電池），操作不受外界繼電器控制而由微處理器控制。分段器由切負(fù)荷滅弧室和隔離閘刀組成，具有記憶和識(shí)別功能，能隔離永久性故障線段，恢復(fù)供電。重合器和分段器一般裝在柱上，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)變電所的接線方式，取消了控制室、高壓配電室、繼保盤(pán)、電源柜、高壓開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備，省去了大量建設(shè)投資，節(jié)省占地面積1/3，大大縮短了施工周期。重合器和分段器配合，實(shí)現(xiàn)識(shí)別故障與恢復(fù)供電功能有多種方案。其中主要有電流—時(shí)間方案（簡(jiǎn)稱(chēng)電流法）和電壓—時(shí)間方案（簡(jiǎn)稱(chēng)電壓法）。

這兩種方案不依賴(lài)信道建設(shè)，除適合中小城網(wǎng)外，尤其適合農(nóng)網(wǎng)現(xiàn)狀。它不僅能夠最大限度地避免瞬時(shí)性故障停電，提高農(nóng)網(wǎng)供電可靠性，而且最大限度地縮小了永久性故障的停電范圍。參考文獻(xiàn)[1]李建基.高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)用技術(shù).北京:中國(guó)電力出版社,2005[2]沙聲強(qiáng).縣級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)柱上開(kāi)關(guān)的特性與選型.今日電氣,2004,(4),22～23.