高压开关设备技术改进的优越性分析

危军

（福建森达电气股份有限公司，福建 福州 350007）

高压开关是输配电系统的主要构成部件，其运行安全性极大地影响电网的稳定。虽然我国断路器的水平不断提高，然而，为了更好地促进将来的电力网络发展，相关技术也在不断地进行修改和创新。过去几年里，在政府财政和高新技术的大力支持下，高压配电得到了很大的提升。这里简要说明了电气高压开关的相关优劣和创新。

1 电气高压开关设备

在电力系统中，泛指额定电压3.6kV及以上开关设备统称为高压开关设备，其在系统运行过程中起着通断、控制和保护系统的作用。高压开关设备不仅可在电网运行过程中按实际需要对部分线路及设备进行投入或退出控制，同时，还可在线路及设备发生故障时将该故障区段迅速从电网中切除，以确保其他无故障区段能够正常运行。在整个电网中，高压开关设备占据着举足轻重的地位，作为最重要的输配电设备，其运行的安全性和可靠性直接影响着整个电力系统的运行。以3.6～40.5kV高压开关设备为例，高压断路器作为心脏元件，虽然种类繁多，但目前主要采用SF6或真空作为主要灭弧绝缘介质。SF6是一种较常用的绝缘介质，由于其电弧溶解性强、介质电阻大、物理形态稳定等优点，得到了广泛的应用。而真空灭弧常用于空气和复合绝缘断路器。高压开关的维护通常是在规定的时间内按照规定的计划进行，包括设备检查、备件更换等。虽然定期维护可以减少事故发生，但这种维护方法也有可能存在问题。比如，在维修过程中需要停电；维修前后的工作状态可能会发生变化，导致停电数据无法定义和分析。

2 隐患分析

2.1 外部客观因素

随着全球气候变暖，紫外线强度增加，加快了电力系统中的绝缘件的老化进度。一些不良商家以次充好，对绝缘材料成分配比的把控不严；为追求效率，缩短或减少生产工艺工序，造成绝缘件使用寿命的缩短。

2.2 商业因素

短时耐受电流通过开关柜时，在电动力的作用下，如果绝缘支撑件设计不够或绝缘件机械强度不足，开关导电回路之间发生位移，直接影响产品的正常使用，如果绝缘件被破坏，将很有可能发生相对的起弧，造成相对的短路事故。另外，在铜排选择时，很多企业一味地追求成本最优化，只片面地计算了载流级力，忽略了铜排本身对短时耐受电流截面的要求。

2.3 企业技术实力

可靠的五防联锁是高压成套开关设备最重的质量标准之一。而市场中较多的产品五防不齐，有的采用电气联锁来实现。并且一些防护功能采用被动阻止方式实现，存在一定的弊端。

3 优越性分析

3.1 环境保护

断路器中所使用的保护气体，应具有化学稳定性高、电绝缘性好、电弧分辨率高等优点。而六氟化硫作为能够引起气温变暖的气体，它的温室作用是CO2气体的23900倍以上。虽然现在有较多的企业使用了环保型气体，但其电气性能相较SF6气体都略有不足。目前，应用到开关设备中相对较为成熟的环保气体有N2和干燥空气。但这两种气体在使用上都有自身的一些缺点。如N2气体无法检漏，干燥空气承载箱体干燥过程操作不易且费时等问题，因此，还要在技术上进一步突破。

3.2 复合材料

随着材料技术的发展，高压成套开关正朝着小型化方向发展，复合材料中的主要作用是增加带电体相间及与接地体之间的安全距离。AGP技术的进步，带动了高压固体绝缘开关设备的兴起。一些新材料的出现，使得绝缘与抗老能力越来越强。

3.3 二次升级

现代高压开关技术发展的一个显著特点是二次系统的升级，使其成为一种新的高压开关技术。这是基于现代光电传感的一种新型传输技术，设计用于信息采集，通过光纤传输信息，通过计算机处理信息，观察高压开关柜的运行情况，识别高压开关柜的状态和误差，将诊断信息传送给远方的技术人员进行同步操作，大大提高了高压开关的操作安全性，有效降低了维护成本，取得了较大的经济效益。目前，国网、南网都在大力推行。

3.4 高可靠性

国家电网的各类设备标准化的推行，在一定成度上促进了产品的质量提升，阻止了一些技术实力不足的企业产品进入市场。对市场环境的肃清有着巨大推动作用。但由于标准化要求对柜体的结构的规格非常详细，且要进行封存留样。这从某方面限制了生产制造企业对产品的改进创新。

4 使用改进发展趋势

4.1 优化性能

目前，我国的电力系统中，一次设备和二次设备仍处于相对分离状态。因此，必须解决配电网规模化建设改造中一次高压开关和二次智能馈线终端设备不匹配的问题。不同生产厂家生产的一次设备与二次设备不能兼容，后期设备无法扩展增加某一些功能等。国家电网早在2016年就提出了配电设备一二次融合技术方案。旨在提高配电一二次设备的标准化、集成化水平，并完善一二次设备联调测试机制和要求，提升配电设备运行水平和运维质量与效率。它不是简单地将一二次设备进行集成，而是在一次设备有序的融合二次设备的部分功能。在未来电力系统中，二次设备本身逐渐变小或看不到设备本身。一次设备内安装有智能元器件，使其具有计量、测量、保护、监测、控制等功能。一二次设备相辅相成，让一次设备运行与维护更加智能化。

4.2 母排合理设计产品

每个项目都侧重于安全问题和成本经济。成本经济不可牺牲产品的质量。设计高压开关设备时在满足一次母排载流能力的同时，还必须考虑其短时耐受电流的热效应能力。按GB/T3906附录D计算公式如：

式中，S为导体横截面积（mm2）；I为电流有效值（A）；a为材质系数（铝-8.5、铜-13）；t为电流通过时间s；△θ为温升（K）。

注：对裸导体一般取180K，如果时间超过2s但小于5s，△θ值可增加到215K。

当设计小电流大短耐的系统时，特别要注意短时耐受电流的热效的要求。例如，短耐31.5kA，额定电流630A系统，一般铜排截面选300mm2就能满足载流要求。但通过上述的公式可计算出，截面要求为330.5mm2。因此，必须选截面360mm2的铜排。

4.3 五防联锁优化

高压开关设备的五防是必须严格做到的。并且应是以预防性操作为主、强行阻断操作为辅。把误操作防止在误动作发出的开始，而不是在误操作的过程中强行限制阻止。强行阻止操作基本上采用的都是限位块方式。在操作到一定程度时，利用限位块来锁定止动。这对设备配件本身就是一种损坏。由于操作者施加操作力的不同，对配件的损坏程序也有所差异。而预防式设计是在不满足操作条件的情况下，无法对设备进行下一步的操作。如KYN28中置柜，断路器不在具备操作条件的情况下，接地开关机械操作类操作孔处关闭状态，操作手柄无法插入。如为电动接地开关，而电动接地开关电机不得电。此类的预防式设计，更安全地杜绝了误操作的发生。

5 结语

本文简要描述了高压开关设备的一些不足之处，并提出了改进意见。对高压开关设备的质量提高有一定的作用。而高压开关设备的正常使用，为电力系统的稳定运行提供了重要保证。只有保证高压开关设备的质量，才能使我国的电力发展满足自身的需要。因此，将高压开关事故发生的可能性降到最低就显得尤为重要。产品应严格按照标准设计、生产，不断改进提高产品质量，为我国电网建设创造稳定的运行环境。高压开关设备作为电网的重要组成部分之一，对电网的可靠性和安全性起着重要的作用。随着科学技术的不断发展和完善，高压开关设备生产技术也在不断地提高。一二次融合技术的成熟，将开关技术推到了一个新的起点。环保气体取代SF6气体，使我国的碳达峰、碳中和又向前迈进了一步。高压开关设备质量的提高是一个长期的课题，依然是电力人当前和今后不断努力的方向。