40.5kV风电专用高压真空负荷隔离开关的设计

吴胜连 朱佩龙

（1.象山县供电局，浙江 象山 315700；2.宁波天安（集团）股份有限公司，浙江 宁波 315700）

1 概述

风能、太阳能等可再生能源是从根本上解决能源问题的主要途径之一。2012年 10月国家发改委发布了《中国风电发展路线图 2050》，设立了中国风电产业的发展目标：到2020年、2030年和2050年，风电装机容量将分别达到2亿、4亿和10亿kW，在2050年，风电将满足17%的国内电力需求，这意味着今后数十年内装机容量就将有大幅增长空间。

风力发电机把风能通过旋转叶片及发电机变为交流电能（电压为 690V），然后通过 35kV箱变内的升压变压器和 35kV开关设备送入电力系统，一般按一机一变的原则，每台风机配套设置一台35KV箱变，每台箱变需一台 35kV开关设备。开关设备中的主元件采用真空负荷隔离开关+熔断器组合电器是比较经济的。

2 现有风电用的负荷开关产品缺陷

目前可用于风电场的负荷隔离开关（+熔断器组合电器）的产品不多，而且这些产品虽然可满足风力发电机组输电网的参数和功能，但在使用中还不够完善。适合风电用的负荷开关典型产品型号主要有NALF36（如图1所示）、FZRN21-40.5（如图2所示）等。如图3是FZRN21-40.5安装在35kV风电箱变高压侧示意图。图中可看出，负荷开关在实际使用时，若需要更换熔断器，一般需在隔离断口处插入一绝缘隔板来把带电部位与熔断器间进行隔离来保证维护人员的安全，而这一方法其实是很不安全的，实际操作中几乎不会采用。实际上，对开关的熔断器室进行维护时，一般需要把35kV集电线侧停电后，维护人员才进入更换，但这会造成相连的其他风机箱变同时停电，停电面广，停电时间长，造成巨大经济损失。图4所示是一种改进型高压开关室。该高压开关室虽然把熔断器室与隔离开关室进行了左右布置，但二个室的顶部是相通的，并没有完全隔开，安全性没有得到彻底解决，且连接负荷开关一次母线走线需占较大空间，所构成的箱变体积较大，高度较高。

图1 NALF36外形示意图

图2 FZRN21-40.5外形示意图

图3 FZRN21-40.5安装在35kV风电箱变高压侧示意图

图4 某公司生产的35kV风电箱变高压侧示意图

3 FT16-40.5风电专用高压真空负荷隔离开关（+熔断器组合电器）设计原理

为了解决现有负荷开关在风电应用中存在的上述缺点，专门开发了 FT16-40.5风电专用高压真空负荷隔离开关（+熔断器组合电器）。负荷开关的结构如图5所示。开关分左右二部分，右部为熔断器，左部为隔离开关，熔断器与隔离开关间有一金属底架隔开，二者间通过固封有真空灭弧室的穿墙套管使熔断器和隔离开关间形成电气连接。真空灭弧室用环氧树脂AGP工艺固封在穿墙式固封极柱内，使得固封极柱即具有灭弧作用又具有穿墙式功能，布局更为紧凑，同时真空灭弧室被外层设有裙边的环氧树脂绝缘材料包覆，爬距增大，可适合高海拔地区使用。

图5 负荷开关外形和结构

当该开关装于35kV开关柜时，从图6可看出，熔断器室是一个由金属板隔开的独立的一个隔室，当需要更换熔断器时，通过操作机构先使负荷开关分闸，然后打开隔离开关，再合上熔断器下端的接地刀，此时，即使 35kV集电线上带电状态也可打开该熔断器室（各个操作步骤都设有严格的联锁机构），维护人员可安全地进入该隔室更换熔断器。图7是该开关安装在35kV风电箱变中（熔断器和隔离开关上下布置）示意图。

图6 FT16-40.5负荷天关安装在35kV风电箱变高压侧示意图（左右布置）

图7 负荷开关安装在35kV箱变中（熔断器与隔离开关上下布置）示意图

FT16-40.5户内交流高压真空负荷隔离开关（+熔断器组合电器）除了在保障维护人员安全性上有突出的优点外，还具备了以下功能：①具有明显隔离断口；②负荷开关具有手电动二用操作功能；③当负荷开关熔断器单相熔断后，开关在撞击器作用下而脱扣，避免变压器缺相运行；④完善的“五防”功能。产品主要参数见表1。

表1

4 结论

FT16-40.5户内交流高压真空负荷隔离开关（+熔断器组合电器）的基本参数和技术标准符合GB3906《3.6-40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制》要求，并通过了国家高压电器产品质量检测中心全套型式试验。产品由于采用的穿墙式固封极柱即具有灭弧作用又具有穿墙式功能，使得整个产品布局紧凑，安装在风电箱变时可形成两个有独立的熔断器隔室，从而确保维护人员在更换熔断器时的人身安全，同时真空灭弧室被外层设有裙边的环氧树脂绝缘材料包覆，爬距增大，产品可适合高海拔地区使用。目前该产品已在内蒙华电玫瑰营风电场、新疆哈密风电场等多个风电场挂网运行，状况良好。

[1] 国家发改委能源研究所.中国风电发展路线图2050.2011.

[2] 西安高压电器研究所等.高压开关设备国内外产品水平(第五版).2011.

[3] 金铁,陈光,陈利军,等.风力发电与输变电设备[J].电气技术,2009(8).

[4] 风力发电场设计技术规范.DL/T 2383-2007.