特高壓1100kV63kA快速接地開關(guān)的研制與應(yīng)用

1、特高壓 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)的研制與應(yīng)用摘 要隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)也提出了更高的要求，電網(wǎng)系統(tǒng)的短路電流隨之提高。為適應(yīng)特高壓發(fā)展的要求，我公司自主研發(fā)了 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)設(shè)備，本文對(duì)該接地開關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明， 并對(duì)其絕緣性能進(jìn)行分析計(jì)算，型式試驗(yàn)的順利通過及工程的應(yīng)用進(jìn)一步驗(yàn)證了1100kV 63kA 快速接地開關(guān)的可靠性。關(guān)鍵詞 特高壓，快速接地開關(guān)，絕緣性能，型式試驗(yàn)中圖分類號(hào)： TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1009-914X（ 2015）24-0110-02引言晉東南 -南陽 -荊門 1000kV 特高壓交流試驗(yàn)示范

2、工程是我國第一條特高壓線路，2009 年已正式投入運(yùn)行，當(dāng)時(shí)選用的開關(guān)設(shè)備額定短路電流水平為50kA，這是當(dāng)時(shí)全世界特高壓電網(wǎng)的最高參數(shù)和開關(guān)設(shè)備的最高制造水平。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)及 1000kV 特高壓交流電網(wǎng)的不斷發(fā)展，在后續(xù)工程中，短路電流將超過 50kA，達(dá)到 60kA 甚至更高，為了滿足后續(xù)特高壓工程規(guī)劃的需要，我公司于 2010 年開始研發(fā) 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)， 配電動(dòng)彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)， 并可進(jìn)行手動(dòng)操作。本文所討論的 1100kV 63kA 接地開關(guān)是我公司自主研制的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 本文詳細(xì)介紹了 63kA 接地開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)，對(duì)其絕緣性能進(jìn)行數(shù)值

3、仿真分析，并進(jìn)行相應(yīng)的型式試驗(yàn)對(duì)快速接地開關(guān)進(jìn)行了考核。1 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)快速接地開關(guān)主要用于設(shè)備檢修期間將 GIS 主回路接地，確保設(shè)備及人員安全；快速接地開關(guān)要求具有開合電磁感應(yīng)電流、開合靜電感應(yīng)電流及關(guān)合斷路器電流能力?？焖俳拥亻_關(guān)由殼體，動(dòng)、靜觸頭，導(dǎo)向桿及機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)組成，為了可以觀察接地開關(guān)觸頭是否分、合到位，在接地開關(guān)母線殼體上設(shè)置可供觀察斷口用的觀察窗。具體結(jié)構(gòu)見圖 1-2 所示。其主要技術(shù)參數(shù)見表 1 所示。2 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)結(jié)構(gòu)研制考慮到系統(tǒng)短路電流由50kA 增大到 63kA，GIS元件耐電動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性設(shè)

4、計(jì)性能相對(duì)50kA 都必須提高。為改善其耐受動(dòng)、熱穩(wěn)定性能，采取如下方案：1） 觸頭電動(dòng)穩(wěn)定性的研制為了保證接地開關(guān)可以耐受強(qiáng)大的短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)力的沖擊，在動(dòng)觸頭與靜觸頭接觸的位置必須增加可靠的定位設(shè)計(jì)。如沒有定位設(shè)計(jì)，電動(dòng)力可能會(huì)使動(dòng)觸頭產(chǎn)生位移，導(dǎo)致觸頭與觸指片接觸不良，接觸壓力大幅度減小甚至喪失，導(dǎo)致在短路電流熱及電磁力作用下出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g以致焊牢。2） 觸頭熱穩(wěn)定性的研制觸頭流過很大的短路電流時(shí)，接觸表面會(huì)出現(xiàn)局部材料軟化以至產(chǎn)生接觸點(diǎn)局部熔疤，接觸電阻下降；隨著電流進(jìn)一步增大，熔化深度及面積也隨之增加，觸頭會(huì)被焊住，為了保證快速接地開關(guān)可以耐受63kA熱穩(wěn)定的考核，對(duì)觸頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了

5、優(yōu)化設(shè)計(jì)，將動(dòng)觸頭桿加粗，接觸的觸指片增多，加強(qiáng)通流能力。3 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)絕緣性能分析采用專業(yè)的有限元分析軟件ANSYS 對(duì) 1100kV63kA 快速接地開關(guān)的絕緣性能進(jìn)行分析計(jì)算， 由于快速接地開關(guān)為非軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此對(duì)其進(jìn)行三維建模分析。本文電場對(duì)應(yīng)的邊值問題為：在 ANSYS 軟件中建立模型，計(jì)算結(jié)果見圖3 所示。 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)最低功能壓力為0.4MPa，該壓力下 SF6 氣體間隙許用場強(qiáng)值及計(jì)算結(jié)果匯總見表 2 所示。通過與許用場強(qiáng)對(duì)比可知，特高壓1100kV 63kA快速接地開關(guān)絕緣性能安全可靠，并具有較大的安全裕度。4. 1100k

6、V 63kA 快速接地開關(guān)型式試驗(yàn)驗(yàn)證特高壓 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心和機(jī)械工業(yè)高壓電器設(shè)備質(zhì)量檢測中心進(jìn)行了全部型式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全符合產(chǎn)品技術(shù)條件和相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具體試驗(yàn)布置見圖4 所示。5.實(shí)際工程應(yīng)用目前，該特高壓 1100kV 63kA 快速接地開關(guān)應(yīng)用于特高壓浙北工程及擴(kuò)建工程中，已經(jīng)順利通過全部現(xiàn)場試驗(yàn)，并已并網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。6.結(jié)論新東北電氣集團(tuán)自主研發(fā)的1100kV 63kA 快速接地開關(guān)，通過對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及絕緣性能分析等相關(guān)研究表明：（ 1）快速接地開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足 63kA 短路電流的要求及特高壓工程的實(shí)際需要；（ 2）有限元仿真分析計(jì)算結(jié)果小于最低功能壓力下 SF6 氣體間隙的許用場強(qiáng)值，因此快速接地開關(guān)絕緣性能安全可靠，并具有較大的安全裕度；（ 3）63kA 快速接地開關(guān)順利通過了絕緣試驗(yàn)、機(jī)械操作試驗(yàn)及開合感應(yīng)電流試驗(yàn)等國家標(biāo)準(zhǔn)要求的全套型式試驗(yàn)考核，進(jìn)一步驗(yàn)證了其結(jié)構(gòu)的可靠性。參考文獻(xiàn)1 GB Z 24837-2009 1 100 kV 高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)技