ABB的戶外高壓交流隔離開關(guān)

第頁ABB的戶外高壓交流隔離開關(guān)鐘振蛟1前言前德國BBC公司成立于1900年，是瑞士BBC公司的分公司，它生產(chǎn)的戶外高壓隔離開關(guān)，在國際上曾經(jīng)享有盛名，且率先研制出1000kV特高壓單柱折架式隔離開關(guān)。世界上某些高壓隔離開關(guān)專業(yè)公司如日本高岳等，就是由引進BBC的專利技術(shù)開展起來的。我國改革開放后，于上世紀(jì)70年代末大力開展電力建立的時候，當(dāng)時的德國BBC公司，也和法國MG〔Egic〕、Alsthom、德國SIEMENS、日本高岳、荷蘭HAPAM等國際知名公司一起，先后把高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品投放到中國電力市場。筆者曾在上海、遼寧、廣東等地的500kV變電站看到BBC公司的252、550kKV高壓隔離開關(guān)在運行?？墒?，自從上世紀(jì)80年代，世界上歷史最悠久的兩家電氣公司瑞士BBC公司〔成立于1891年〕與瑞典ASEA公司〔成立于1883年〕聯(lián)合成立ABB公司之后，在我國電力市場上就少了ABB高壓隔離開關(guān)的身影。筆者曾多方尋覓ABB隔離開關(guān)的蹤跡而未果。直到2019年，從網(wǎng)上看到北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備將生產(chǎn)高壓隔離開關(guān)的信息，隨后與ABB〔中國〕隔離開關(guān)負(fù)責(zé)人交談中方得知：BBC與ASEA組成ABB后，BBC于2019年將高壓隔離開關(guān)的技術(shù)出售給了荷蘭HAPAM公司。如今，ABB決策者認(rèn)為全球開展最快的市場是中國，看到了高壓隔離開關(guān)的商機，特別在中國有著廣闊的市場，于是在中國北京建立全球性電力產(chǎn)品生產(chǎn)基地，其中就包括72.5kV～550kV高壓隔離開關(guān)。為此，從荷蘭HAPAM把高壓隔離開關(guān)的技術(shù)買了回來，并主要在中國基地進展生產(chǎn)，面向中國及世界電力市場。從2019年開場，北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備的高壓隔離開關(guān)已經(jīng)參與中國電力市場的角逐。目前已在內(nèi)蒙古旗下營500kV變電站、湖北長陽220kV變電站及中鋁青海第二鋁廠等工程中標(biāo)。久違了的ABB高壓隔離開關(guān)，將在中國電力系統(tǒng)中重新出現(xiàn)。從筆者掌握的資料中了解到，原德國BBC公司生產(chǎn)的隔離開關(guān)，主要有TFB型170kV～765kV單柱雙臂垂直伸縮式、SGF型123kV～420kV雙柱水平中央開斷式和TDA型三柱水平雙斷口式隔離開關(guān)。此外，美國ABB公司曾生產(chǎn)TTT型35kV～550kkV～800kkV～362kV雙柱水平中央開斷式及DRV型48kV～169kV雙柱水平V形隔離開關(guān)，但現(xiàn)已停頓生產(chǎn)。目前，由北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)的高壓隔離開關(guān)，其構(gòu)造形式主要是源自荷蘭HAPAM公司。荷蘭HAPAM公司成立于1925年，是歐洲最大的隔離開關(guān)專業(yè)生產(chǎn)廠家，在全球80多個國家有10萬組以上多種型號高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)在可靠運行。目前，已有800余組HAPAM的隔離開關(guān)產(chǎn)品進入中國，在南橋-葛洲壩工程、貴港直流、安順-肇慶,三峽至廣東和上海等國家重要工程中運行。北京ABB高壓開關(guān)設(shè)備當(dāng)前在中國市場推出的幾種高壓隔離開關(guān)，其產(chǎn)品構(gòu)造與目前在中國電力市場上暢銷的法國Egic、AREVA、德國SIEMENS等外國公司的同類產(chǎn)品有所不同。本文在此對北京ABB的高壓隔離開關(guān)做一些粗略介紹，以餉讀者。2ABB高壓隔離開關(guān)構(gòu)造介紹及特點2.1ABB高壓隔離開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)及構(gòu)造特點 目前，ABB在中國北京基地生產(chǎn)的高壓隔離開關(guān)計有：SSBII型雙柱水平中央開斷式、SSBIII型三柱水平雙斷口式、VKSBIII型雙柱水平伸縮式及GSSB型單柱雙臂垂直伸縮式隔離開關(guān)及ASB型接地開關(guān)，其主要技術(shù)參數(shù)見表1表1ABB高壓隔離開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)額定電壓〔kV〕12324205501min工頻耐受電壓〔kV〕相對地1460460520740斷口間16雷擊沖擊耐受電壓〔kV〕相對地32555117514251800斷口間375631175(+205)1425(+240)1800(+315)操作沖擊耐受電壓〔kV〕相對地95010501175斷口間800(+295)900(+345)900(+450)額定電流及額定短時耐受電流1250、1600A：80kA〔峰值〕－32kA/3S2000A：100kA〔峰值〕－40kA/3S3150A：125kA〔峰值〕－50kA/3S4000A：160kA〔峰值〕－63kA/3S各類隔離開關(guān)的額定參數(shù)范圍SSBII型SSBIII型VKSBIII型GSSB型額定電壓：72.5～420kV額定電流：1600、2000、3150、4000A額定電壓：72.5～550kV額定電流：1250、2000、3150A額定電壓：245～550kV額定電流：2000、3150、4000A額定電壓：123～550kV額定電流：2000、3150、4000AABB高壓隔離開關(guān)共有的構(gòu)造特點是：1．導(dǎo)電臂采用鋁鎂硅合金材料制成，強度高、重量輕、導(dǎo)電性能好、耐腐蝕能力強。2．轉(zhuǎn)動導(dǎo)電接觸采用青銅滾珠軸承，轉(zhuǎn)動靈活、導(dǎo)電可靠、耐久性好。3．傳動部件與導(dǎo)電部件通過復(fù)合尼龍材料進展隔離，防止傳動部件通過電流而退火降低機械強度。4．鋼鐵部件均經(jīng)熱鍍鋅處理，能保證運行30年不腐蝕。5．瓷瓶底座軸承采用針式軸承和滾珠軸承混合式構(gòu)造，使基座長期承受巨大的軸向力。軸承上下均采用高效密封。6．軸銷、緊固件采用不銹鋼制成，觸頭彈簧也配用不銹鋼彈簧，抗腐蝕性能好。2.2SSBII型雙柱水平中央開斷式隔離開關(guān) 雙柱水平中央開斷式隔離開關(guān)，每相兩端可旋轉(zhuǎn)的絕緣支柱安裝在一個底座上，兩個導(dǎo)電臂分別固定在絕緣支柱頂端。操作機構(gòu)驅(qū)動一端絕緣支柱轉(zhuǎn)動并通過穿插連桿使另一端絕緣支柱同時反向轉(zhuǎn)動90°，實現(xiàn)隔離開關(guān)分閘和合閘?？梢砸粋?cè)或兩側(cè)附裝接地開關(guān)。適用于變電站作為進出線隔離開關(guān)。 SSBII型隔離開關(guān)產(chǎn)品外形如圖1所示。導(dǎo)電臂采用∏形鋁合金型材制成，一個導(dǎo)電臂端頭裝銅板彎成的觸頭；另一個導(dǎo)電臂端頭裝外壓不銹鋼彈簧的觸指。觸頭、觸指均鍍銀，其形狀見圖2。觸頭具有自清掃能力。觸頭前端接觸圓弧，特意做成一前一后，有利于減少合閘時觸頭滑動的阻力。觸頭上方有屏蔽罩，具有均勻電場、降低電磁干擾的作用，同時防止雨雪、沙塵和陽光直接作用于觸頭接觸部位。 兩個絕緣支柱下部通過裝有滾針和滾珠軸承而且密封的軸承座安裝到底座上。軸承座構(gòu)造見圖3，其上設(shè)有加油孔，用戶可視情況定期加油，廠家建議每隔5年加一次。 兩個出線座中，導(dǎo)電棒與導(dǎo)電座的導(dǎo)電連接，采用上下兩排鍍銀青銅滾珠，兩排滾珠之間用不銹鋼彈簧支撐，其間充填潤滑脂，為全密封構(gòu)造，不需要維護〔如圖4〕。由于構(gòu)造設(shè)計合理，密封良好，可保證30年使用壽命內(nèi)防塵,水和濕氣,并自潤滑免維護運行.滾珠采用錫青銅鍍銀的特殊材質(zhì)，硬度高，其與軸套之間的公差配合小，耐磨損，最大接觸電阻僅為9微歐，能夠可靠的防止接觸發(fā)熱故障。在國外已經(jīng)有了近40年的運行經(jīng)歷，沒有發(fā)生過任何問題。這種“銅滾珠導(dǎo)電軸承〞是ABB隔離開關(guān)的特色構(gòu)造之一。以前國產(chǎn)隔離開關(guān)有些也采用類似的滑動接觸，但由于加工精度、公差配合達不到要求，故不能保持長時間的接觸壓力和密封性，只好改用軟連接。雖然軟連接體積較大,有被腐蝕和折斷的缺點,不易封閉,但是構(gòu)造簡單,制造容易,本錢低,接觸可靠,所以仍然被廣泛應(yīng)用. 國外公司雙柱水平中央開斷式隔離開關(guān)構(gòu)造比照見表2。 表2國外公司雙柱水平中央開斷式構(gòu)造比照公司、型號工程ABB意大利COELMEAREVASIEMENS日本高岳加拿大EMSPECSSBIICBD/SDCD、S2DACRTHBESR-16200導(dǎo)電臂∏形鋁合金型材鋁合金型材∏形鋁合金型材鋁合金圓管銅板/鋁合金板鋁合金圓管觸頭銅板彎成銅板彎成銅板彎成鼓形銅板彎成銅觸頭觸指外置彈簧觸指外置彈簧片觸指/軟連接U形觸指〔外置彈簧〕自力形觸指〔銅鉻鋯合金〕外置彈簧觸指自力形觸指出線端活動接觸鍍銀青銅滾珠觸指鋁導(dǎo)電帶鍍錫銅導(dǎo)電瓣銅導(dǎo)電帶多觸點彈簧觸子額定電壓〔kV〕72.5～42072.5～55072.5～525123～24535～252110～3302.3SSBIII型三柱水平雙斷口式隔離開關(guān) 三柱水平雙斷口式隔離開關(guān)，每相有3個絕緣支柱安裝在一個底座上，兩端支柱固定，靜觸頭裝在其頂端，動導(dǎo)電臂安裝在中間轉(zhuǎn)動支柱頂端。通過操動機構(gòu)驅(qū)動中間轉(zhuǎn)動支柱實現(xiàn)分、合閘，分閘狀態(tài)有兩個串聯(lián)斷口，相間距離比雙柱水平中央開斷式小。可以一側(cè)或兩側(cè)附裝接地開關(guān)。可作為變電站的進出線隔離開關(guān)。 SSBIII型隔離開關(guān)產(chǎn)品外形如圖5所示。導(dǎo)電臂為∏形鋁合金型材制成。與通常三柱水平雙斷口式不同之處是：外壓彈簧式觸指裝在導(dǎo)電臂兩端，靜觸頭那么為梭形銅觸頭。動、靜觸頭均鍍銀，其形狀如圖6所示。動觸頭上設(shè)有鉤板，合閘后具有自鎖功能，以保證短路電流作用下，觸頭可靠接觸。靜觸頭頂部設(shè)有屏蔽罩，防止產(chǎn)生電暈和降低電磁干擾，同時防止雨雪、沙塵、陽光直接作用于觸頭接觸部位。 國外公司三柱水平雙斷口式隔離開關(guān)構(gòu)造比照見表3 表3國外公司三柱水平雙斷口式構(gòu)造比照公司、型號工程ABB意大利COELMEAREVASIEMENS美國SSL日本高岳SSBIITCBS3CDDRRDATHSF導(dǎo)電臂∏型鋁合金型材鋁合金方管鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管銅角板動觸頭外置彈簧觸指觸指〔外置彈簧〕銅板自力型觸指〔銅鉻鋯合金〕銅板銅板靜觸頭梭形銅觸頭銅板U形觸指〔外置彈簧〕梭形銅觸頭U形觸指〔外置彈簧〕外置彈簧觸指導(dǎo)電臂動作平動平動平動＋翻轉(zhuǎn)45°平動平動＋翻轉(zhuǎn)45°1．平動2．平動＋翻轉(zhuǎn)90°額定電壓〔kV〕72.5~55072.5~30072.5~55036~80072.5~110072.5~2452.4VKSBIII型雙柱水平伸縮式隔離開關(guān) 雙柱水平伸縮式隔離開關(guān)由靜觸頭支柱，折疊伸縮的動觸臂支柱和操作絕緣子組成。合閘時操動機構(gòu)通過操作絕緣子及傳動裝置，使動觸臂由折疊狀態(tài)向水平方向伸展，直到動觸頭與靜觸頭完全接觸。相間距離小，分閘垂直高度也不高，可一側(cè)或兩側(cè)附裝接地開關(guān)，適合于變電站作為進出線隔離開關(guān)。當(dāng)兩組雙柱水平伸縮式組成共靜觸頭柱時，適用于變電站的1倍半接線。 VKSBIII型隔離開關(guān)產(chǎn)品外形如圖7所示。 VKSBIII型的前、后導(dǎo)電臂采用鋁鎂硅鋁合金圓管，為了安裝方便，連接部位壓扁。前、后導(dǎo)電臂之間及后導(dǎo)電臂與鑄鋁導(dǎo)電基座之間的活動接觸，采用多點滑動接觸的“銅滾珠導(dǎo)電軸承〞。其原理與SSBII型出線端一樣，如圖8所示。在軸套1和軸套2之間通過一排鍍銀青銅滾珠來導(dǎo)電，滾珠利用蝶簧壓緊，導(dǎo)電性能優(yōu)異。優(yōu)質(zhì)橡膠O形密封圈，使其具有良好的密封性能，有效地防止電接觸面受外界環(huán)境的影響。 采用雙導(dǎo)電臂構(gòu)造，便于提高額定電流。導(dǎo)電臂的折疊伸縮采用單連桿驅(qū)動。平衡彈簧放置于導(dǎo)電基座上，并且置于單獨防護筒之中，可以防止生銹腐蝕。這種設(shè)計防止了導(dǎo)電臂內(nèi)積水結(jié)冰而產(chǎn)生拒動的問題，并通過復(fù)合尼龍材料將所有傳動部件與導(dǎo)電部件隔離，防止傳動部件通過電流而退火降低機械強度。 動觸頭為插入式，具有自清掃功能。其為喇叭形構(gòu)造，具有很大的接觸范圍，導(dǎo)向性能非常好，觸頭上方設(shè)有鉤板，合閘后使動觸頭鎖定在合閘位置。動、靜觸頭外形及合閘過程見圖9。在觸頭開斷處和導(dǎo)電臂的絞接部位設(shè)置有屏蔽罩，防止電暈和降低電磁干擾。 圖10為共靜觸頭的2VKSBIII型單極根外形。 國外公司雙柱水平伸縮式隔離開關(guān)構(gòu)造比照見表4 表4國外公司雙柱水平伸縮式構(gòu)造比照公司、型號工程ABBEgicAREVASIEMENS加拿大EMSPECVKSBIIIOHSPO、SPOLKRFVB-15506導(dǎo)電臂鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管觸頭接觸形式插入式(靜觸頭為觸指)鉗夾式插入式(靜觸頭為觸指)插入式(動觸頭為觸指)插入式(動觸頭為觸指)關(guān)節(jié)導(dǎo)電方式鍍銀青銅滾珠軸承銅滾柱接觸盤鋁導(dǎo)電帶軟連接多點彈簧觸子伸縮傳動機構(gòu)單連桿傳動齒輪齒條齒輪齒條不詳雙連桿傳動平衡彈簧布置單獨置于封閉筒內(nèi)置于導(dǎo)電臂內(nèi)置于導(dǎo)電臂內(nèi)置于導(dǎo)電臂內(nèi)置于傳動基座額定電壓〔kV〕245~550245~765245~800245~550550110~5502.5GSSB型單柱雙臂垂直伸縮式隔離開關(guān) 單柱雙臂垂直伸縮式，通常簡稱剪刀式。每相只有一個絕緣支柱和一個操作絕緣子，剪刀形折臂固定在絕緣支柱頂上。動觸頭為鉗夾式，借助折臂的伸縮，動觸頭便能與懸掛在母線上的桿狀靜觸頭夾緊或分開，完成隔離開關(guān)分、合閘。分閘后形成垂直的絕緣斷口，其分合閘狀態(tài)清晰，利于巡視?？筛窖b接地開關(guān)，作為下層母線接地用。適用于變電站用作母線隔離開關(guān)，直接安裝在架空母線正下方，可以節(jié)省占地面積和引線導(dǎo)線，特別在雙母線帶旁路母線的布置中，節(jié)省效果最正確。 GSSB型隔離開關(guān)產(chǎn)品外形如圖11所示。 GSSB型為雙折架，即兩把剪刀，可以很方便地提高額定電流。導(dǎo)電臂為鋁合金圓管，為了安裝方便，連接部位壓扁。上、下導(dǎo)電臂之間的活動接觸，采用與VKSBIII型構(gòu)造一樣的專用“銅滾珠導(dǎo)電軸承〞，見圖12。下導(dǎo)電臂與兼作導(dǎo)電體的鑄鋁傳動箱之間的活動接觸，其具體構(gòu)造見圖13。該導(dǎo)電軸承體積小，導(dǎo)電性、密封性、抗腐性、耐久性非常好。 操作絕緣子通過連桿驅(qū)動一側(cè)下導(dǎo)電臂擺動，借助反向連桿帶動另一側(cè)下導(dǎo)電臂反向擺動，實現(xiàn)折架伸縮。平衡彈簧用以抵消導(dǎo)電折架合閘所產(chǎn)生的重力矩，使操作輕便。傳動箱內(nèi)部布置見圖14。傳動箱有蓋為封閉型，箱內(nèi)元件不受雨雪、沙塵及污染氣體侵襲，不會生銹腐蝕。傳動部件與導(dǎo)電部件分別獨立配置，并通過復(fù)合尼龍材料將所有傳動部件與導(dǎo)電部件隔離，防止通過電流而退火降低機械強度。動觸頭頂端及導(dǎo)電臂絞接處均設(shè)有屏蔽罩，以防止產(chǎn)生電暈和降低無線電干擾。 上導(dǎo)電臂的動觸頭為固定在鋁管上的∏形鍍銀銅板。觸頭鉗夾范圍和接觸區(qū)大，可以用于硬母線及軟母線。 雙母線接線的母線隔離開關(guān)，需要具有開合母線轉(zhuǎn)換電流的功能。ABB公司GSSB型備有幾種具有開合母線轉(zhuǎn)換電流功能的靜觸頭，可供用戶選擇。比擬復(fù)雜的一種構(gòu)造，其靜觸頭兩端各設(shè)置一個滅弧室，操作時動觸頭通過輔助觸桿驅(qū)動滅弧室中速動觸頭，將電弧在滅弧室中熄滅，從而使動、靜觸頭上不再有電弧出現(xiàn)，大大提高了開斷母線轉(zhuǎn)換電流的能力。在KEMA試驗結(jié)果為330V，1600A，350次。但是，這種靜觸頭價格比擬貴。一種比擬簡單實用的靜觸頭如圖15所示。在靜觸頭上增設(shè)銅鎢合金棒、銅鎢合金塊及彈簧等構(gòu)成滅弧回路。合閘時，在動觸頭與靜觸頭接觸之前，分閘時，在動觸頭與靜觸頭分開之后，通過靜觸頭兩側(cè)的接觸臂將電弧轉(zhuǎn)移到滅弧回路并熄滅。防止在動觸頭與靜觸頭之間發(fā)生電弧燒傷。 國外公司單柱雙臂垂直伸縮式隔離開關(guān)構(gòu)造比照見表5。 表5國外公司單柱雙臂垂直伸縮式構(gòu)造比照公司、型號工程ABBSIESMENSAREVA日本高岳EgicGSSBPRPTPD2SP導(dǎo)電臂鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金圓管鋁合金管關(guān)節(jié)導(dǎo)電方式鍍銀青銅滾珠軸承1．鍍錫銅軟辮2．表帶形觸指Z形觸指盤銅導(dǎo)電帶銅滾輪接觸盤平衡彈簧布置置于封閉傳動箱內(nèi)封閉于導(dǎo)電夾頭與傳動軸間置于封閉傳動箱中置于封閉傳動箱內(nèi)置于封閉傳動箱內(nèi)傳動箱鑄鋁〔兼作導(dǎo)電體〕鑄鋁〔兼作導(dǎo)電體〕鑄鋁〔兼作導(dǎo)電體〕鋼制〔外加導(dǎo)電板〕鋁合金〔兼作導(dǎo)電體〕額定電壓〔kV〕123～550123～525123～550245~76572．5～3002.6ASB型接地開關(guān) ASB型接地開關(guān)，包括72.5~550Kv,可以獨立使用，也可以附裝到ABB各型隔離開關(guān)上。接地開關(guān)與隔離開關(guān)同時采用電氣和機械聯(lián)鎖。 ASB型接地開關(guān)外形見圖16。接地開關(guān)為兩步動作方式，手動或電動機構(gòu)操作，接地刀桿從水平位置旋轉(zhuǎn)90°到垂直位置，至限位塊擋住后，再垂直插入靜觸頭中，保證可靠接觸，并由自鎖機構(gòu)鎖住在