高中压开关设备实用技术

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2.西安航天自动化股份有限公司陕西省西安市710065）

摘要：高中压开关设备是电力企业和厂矿企业的主要电气设备。为了便于电气工程技术人员系统地了解高中压开关技术，本文分为以下几个部分阐述高中压开关设备实用技术：混合技术开关设备，气体绝缘金属封闭开关设备，中压开关柜和六氟化硫气体。

关键词：高中压；开关设备；使用技巧

前言高中压开关设备是指用于发电、输电、配电和电能转换有关的开关电器。习惯上将高中压开关设备的额定电压分为中压（3.6kV、7.2kV、24kV、40.5kV）、高压（72.5kV、126kV、252kV）、超高压（363kV、550kV、800kV）及特高压（1100kV）等。高中压开关设备的额定电压高于线路的相应标称电压。高中压开关设备包括元件和成套。成套装置包括中压金属封闭开关设备和高压开关设备。

1.高中压元件

1.1断路器

断路路器是能关合、承载、开断运行回路的正常电流，也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流（包括短路电流）的开关设备。按灭弧介质不同，断路器可分为油断路器、压缩空气断路器、SF6断路器、真空断路器、磁吹断路器、固体产气断路器。现在中压领域SF6断路器和真空断路器已成为两大支柱，其余产品已被淘汰。在高压领域，以SF6断路器为主导。

1.2真空断路器

①特点：熄弧能力强，燃弧时间短，全分断时间也短；触头电磨损小，电寿命长，触头不受外界有害气体的侵蚀；触头开距小，减小了操动机构的操作功，机械寿命也长；结构简单，维修工作量小，真空灭弧室与触头不需检修；体积小，重量轻；环境污染小；适合于频繁操作和快速切断。②用途：适用于作为配电和控制设备，尤其适用频繁操作，控制高压电动机，切合电容器组，保护大型硅整流装置等高压电器设备使用。

1.3SF6断路器

SF6断路器特点是灭弧能力强，介质强度高，单断口的电压可以做得很高，介质恢复速度特别快；允许开断次数多，检修周期长。SF6断路器分瓷柱式和罐式两种。均采用性能优越的SF6气体作为绝缘和灭弧介质，开断性能好。瓷柱式SF6断路器具有机械强度高、维护工作量少、机械寿命长等优点，主要用于发电厂、变电站、大型厂矿等使用场所；罐式SF6断路器重心低，结构稳固，抗震性好，特别适用于多地震、严重污秽地区和山区变电站、城网供电所。

1.4负荷开关

负荷开关是一种能关合、开断及承载运行线路正常电流，也能在规定时间内承载异常电流的开关。它主要工作在10~30kV的小容量配电系统中，用来开断和关合负荷电流及规定的过载电流，也可用来开断、关合电容器组和大容量输电线路中的空载变压器和空载线路。常见种类有压气式负荷开关、产气式负荷开关、油负荷开关、真空负荷开关、SF6负荷开关等。现主要用SF6负荷开关和真空负荷开关。

1.5隔离开关。

隔离开关是一种没有灭弧装置的开关设备，一般只用来关合和开断有电压无负荷的线路。主要用在断路器分闸后建立可靠的绝缘间隙，将被检修线路和设备与电源隔开，根据运行需要换接线路，以及开断和关合线路的充电电流和小容量的空载变压器的励磁电流。

1.6重合器

重合器是具有多次重合功能和自合功能的断路器。一般断路器具有一次重合功能，而重合器具有多次重合功能，能更有效地排除临时性故障。重合器不同断路器的另一点，是它具有自合功能。自合功能是指2方面：①它自带控制和操作电源，如高效锂电池。②它的操作不受外界继电器控制，而由微处理器控制。微处理器按事先编好的程序指令重合器动作。

1.7分段器

分段器是指一种负荷隔离开关。它一般由切负荷灭弧室和隔离闸刀组成。它具有记忆和识别功能，能够在重合器开断的情况下，隔离永久性故障线段，恢复供电。因此，重合器与分段器往往配合使用。

1.8接地开关

接地开关就是用于回路接地的一种机械开关关装置。它通常装在降压变压器的高压侧。当输电线路向只有一个变压器的终端变电站供电时，在受电端发生故障的情况下，接地开关应自动关合，造成人为接地短路，迫使送电端跳闸，切断故障。

1.9高压熔断器

高压熔断器一般用在电压不大于35kV的小容量电网中。它的主要元件（熔件）在正常工作情况下不应熔断，当系统中出现过载或短路时，熔件将因过热而自行熔断，切断电路，达到保护电网和电气设备的目的。

1.10互感器

互感器是用来将信息传递给测量仪器、仪表和控制装置。它可以把大信号按比例变换成小信号，以便提供测量和继电保护所需信号；把电力系统处于高电位的部分与处于低电位的测量仪表和继电器保护部分分开，以保证运行人员和设备的安全。将电器仪表和继电器标准化，会给产品生产带来很大的经济性。互感器分为电压互感器和电流互感器。①电压互感器。按比例变换电压信号的互感器叫电压互感器。它是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器，实质上是一种降压变压器。互感器的二次额定电压都是制造成100V，但为了读数方便起见，仪表的表面刻度按一次侧额定值刻度，这样就可以直接从仪表上读出被测数值。②电流互感器。按比例变换电流信号的互感器称为电流互感器，又叫变流器。它的作用是把电路中的大电流变小，供给测量仪表和继电器的电流线圈；同时使测量仪表和工作人员与高压隔离，以保证安全。二次侧额定电流为5A（少数为1A或0.5A）。

2.负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合的优点

采用负荷开关加高遮容量熔断器组合，具有如下优点：

a）开合空载变压器的性能好。环网柜的负荷种类，绝大部分为配电变压器，一般容量不大于1250kVA，极少情况达1600kVA，配电变压器空载电流一般为额定电流的2%左右，较大的配电变压器空载电流较小。环网柜开合空载变压器小电流时，性能良好，不会产生较高过电压。

b）有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。为了不破坏油箱体，必须在20ms内切除故障。如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器。而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。

c）从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，也没有必要在环网柜中采用断路器，这是因为环网配电网络的首端断路器（即110kV或220kV变电站的10kV馈出线断路器）的保护设置一般为：速断保护的时间为0s，过流保护的时间为0.5s，零序保护的时间为0.5s。若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。

d）高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流（通常为熔断器额定电流的2～3倍）到最大开断容量之间。限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。如果采用断路器作保护。必定使其它电器如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。

3.结语

本文介绍了国内外高中压开关设备及其技术创新。在高压、超高压及特高压领域，介绍了SF6断路和SF6封闭式组合电器（GIS）。以期为我国高中压开关设备使用技术和技巧的提升提供参考。

参考文献：

[1]李建基.高压开关设备实用技术[J].电工电气，2005（2）：35-35.

[2]陈志胜.智能化中压开关设备的应用及发展前景[J].中国高新技术企业，2014（5）：31-32.