阀厅用接地开关的设计研究

徐翠丽

摘 要：本文对换流站阀厅用的接地开关的总体设计方案进行了详细的介绍，并对设计完成的换流站阀厅用的接地开关的做了一定的型式试验及对接地开关在实际中的具体应用情况做了讲解。

关键词：潜供电弧；电力系统；接地开关；参数；设计方案

一、绪论

在电力系统中，接地开关逐渐成为了电力系统中不可缺少的电力设备之一。依据结构形式的不同，接地开关一般可大致划分为敞开式结构和封闭式结构两种，敞开式结构的接地开关通电线路通常是暴露在大气中，这种原理类似于隔离开关的接地刀闸。封闭式式结构的接地开关采用的导电系统通常为在充满SF6 的绝缘介质当中。快速接地开关的作用为实现将电路中大电流的进行有效的关合，能够实现将短路故障的电路多次关合而不至于损坏。

在特高压的输电线路中，当输电线路存在单相接地故障时，输电线路上会产生潜供电弧。目前，并联电抗器中性点接小电抗和使用快速接地开关是抑制潜供电弧的两个主要的方法。通常相间或者相对的两个接地电容可能会和并联电抗器的阻抗构成共同组成一个谐振回路，所以一般要采取一定的预防措施，从而实现对系统起到的保护的作用，所以现在电气设备通常采用快速接地开关来实现熄弧。通常是把将快速接地开关安装在线路的两端，这样做的目的是能够将故障点的开放性电弧转换为开关内的压缩性电弧，这样降低流过接地开关电流的大小，使流过接地开关的电流只有数百安培，能够实现较容易的开断。只要能够保证快速接地开关使故障点的潜供电流大大降低，就能够使电弧容易熄灭，所以接地开关的重要作用体现在对潜供电流的降低和恢复电压的限制上。

二、接地开关正常使用的条件和基本参数

（1）产品能够满足正常使用的条件。a.接地开关周围环境的温度：0℃～+40℃；b.接地开关所处环境的相对湿度：不大于

60%（20℃）；c.接地开关的安装处不能有频繁的强烈震动或周围设置有易燃、易爆的物质和某些化学腐蚀性的气体。（2）产品基本参数。阀厅接地开关是由AREVA公司设计制造而成。

三、阀厅接地开关总体设计方案

如图1所示，依据阀厅接地开关所处的位置特点和换流站阀厅内设备布置的情况，在换流站的阀厅中，通常会设置有换流阀（三相四重阀）、各种套管、阀组的避雷器和电压分压器等高电压工作设备，四重阀与换流变压器和避雷器之间的连接需要依靠大量的母线来连接。一般套管是用在实现换流阀与交流系统的连接的设备，套管主要包括穿墙的套管、交流电路中换流变压器处于阀侧的绕组套管、直流电路中油浸式平波电抗器距阀侧较近的套管。一般套管的结构有多种，通常为实心、充气或者油绝缘。针对高压电气设备的接地情况，必须实现接地开关的灵活的布置以方便日后对接地进行检修，并且要求接地开关必须适当的安排在阀厅内部，考虑经济成本，不能使接地开关过度占用阀厅的面积。

图1 阀厅内各种高压设备位置图

所以，阀厅内的接地开关一般为侧墙式安装，接地开关的本体适当装在阀厅内的墙面上，并且使接地静触头能适当的安装在各种高压设备上，这样可以方便地对高压设备提供接地。

阀厅接地开关主要由墙面上的本体部分和安装在各种高压设备上的接地静触头组成。底座装配、齿轮箱装配和操动机构共同构成了接地开关的本体部分，底座装配上安装有接地刀杆，通过接地刀杆的运动插入接地静触头实现对安装接地静触头设备的接地作用。本体的齿轮箱内装有两个正交的锥形齿轮，这样能够实现转换操动机构的运动方向，四连杆结构由齿轮箱内的拐臂和底座装配的转动座及拉杆共同构成。接地开关承受的电压是依据不同安装位置决定的，为了能够实现不同位置的接地开关都能够顺利的进行分合闸，一般在本体的底座上设置有一对正交的锥齿轮，能够使其与接地刀杆同时运动，通过配重块的重力矩变化来实现对接地刀杆分合闸过程中的重力矩的平衡，以实现接地开关运动高可靠性的运行。

为了将电晕对阀厅内接地开关的影响降到最低，一般我们会在接地开关中装有屏蔽环，它对产品的电晕放电有很好的控制效果。电晕放电不仅会损耗大量的能量，而且会严重干扰周围的通讯设备，危害十分严重。由于本身是与外界环境隔绝的，所以我们必须严格限制电晕放电所产生的无线电干扰和噪音干扰。电压的高低并不会影响电晕放电的多少，电晕放电只与电极上的电场强度大小有关。所以在设计接地开关屏蔽环时，首先要控制好屏蔽环表面的场强大小，使它在额定的电压范围内最大场强要低于起始电晕放电场强。接地开关的额定电压与它在阀厅中的位置也有关系，在换流变压器的阀绕组侧所承受的电压为直流电压叠加交流电压。在直流的作用下，自由电荷在不同介质分界面上达到稳定分布后，电流场分布亦达到稳态，这时接地开关本体内部的场强分布就完全由它的介质电阻率的高低决定。所以，为了能够使阀厅内的空气净距减至最小，需要将高压设备的接地静触头加装上均压球，以达到对电场改善的目的，从而实现减小电晕。

阀厅接地开关的原理为：首先是操动机构执行指定的动作，然后阀厅接地开关利用垂直的连杆来使齿轮箱内的锥齿轮转动起来，并将操动机构由水平的旋转动作转变为垂直的动作，再通过齿轮箱中的拐臂、联杆和转动座构成的四连杆系统共同带动接地刀杆实现转动，实现安装有动触头的接地刀杆上插入或离开接地静触头，从而能够实现接地开关的分合闸操作。首先要注意对接地开关的动触头进行一定的处理，一般实行铜镀银处理，要注意在端部设计时采用锥度导向，这样能够方便插入接地静触头时有效的减少操作动作带来的阻力，实现顺畅插入。对接地的静触头的处理一般是采用环形的玫瑰瓣触指，触指通常采用镀银处理，并且通常要在静触头上安装有环形的弹簧，为了能够实现与动触头的多片同时接触，实现电路中电流通过压紧的银-银触头流过。

一般接地刀杆是通过自身的重量与安装在底座上的配重块配合来实现保持平衡，因为接地刀杆与配重块都是做圆周的旋转运动，所以刀杆的重力矩变化曲线在拟合后可以实现保持平衡，来实现接地开关操作有较高的平稳可靠性。

结束语：能源资源和经济社会发展不均衡是我国当前的基本国情，所以发展特高压输电及直流输电就更加有必要了。根据负荷分布特点，特高压交流定位于近距离小容量供电，使一些大型电厂在特高压交流电网覆盖范围内都能就近接入；特高压直流定位于远距离得大型能源基地进行大容量外送。将这两种电网结合起来构成复合电网就能充分发挥各自的功能和优势，使电网扥安全性和经济性大大提高。为了实现西电东送、南北互供的需要，我国研制出了换流站阀厅接地开关，这是结合国家电网公司和南方电网公司的发展建设，提出的一个前瞻性项目。阀厅接地开关是直流工程阀厅内设备的重要组成部分，能保障阀厅内设备正常检修，是换流站直流场设计布置的重要设备。

参考文献：

[1] 许罗生，孙琼. 新型阀厅接地开关设计[J]. 黑龙江科技信息，2011，29：58.

[2]王振. 高压电器中的开关设计分析[J]. 价值工程，2012，20：80-81.