40.5kV大電流隔離開關(guān)設(shè)計(jì)與研究

■ 河南平高電氣股份有限公司 馬永旭

1.概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，社會(huì)對(duì)電能的需求越來越大，電力系統(tǒng)的容量不斷擴(kuò)大；在輸電設(shè)備中，隔離開關(guān)類產(chǎn)品作為用量較多的產(chǎn)品，它的結(jié)構(gòu)雖然比斷路器簡單，也不需要開斷大的負(fù)荷電流，但是它的運(yùn)行情況對(duì)電網(wǎng)的安全性和可靠性有著重要的影響。因此，為了滿足電力系統(tǒng)對(duì)大電流、高可靠性的戶外高壓交流隔離開關(guān)的需求,平高電氣公司結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的隔離開關(guān)設(shè)計(jì)理念，自行設(shè)計(jì)、研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代的40.5kV大電流隔離開關(guān)——GW4B-40.5D/J6300-63型戶外高壓交流隔離開關(guān)（見圖1）。該產(chǎn)品獲得國家實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL 2008 2 0220944.X。

2.正常使用條件

a) 周圍空氣溫度： -40℃～+40℃；

b) 海拔： 不超過2 000m；

c) 風(fēng)速： 不超過34m/s；

d) 覆冰厚度： 不大于10mm；

f) 地震烈度： 不超過9度；

g) 安裝場所應(yīng)無經(jīng)常性的劇烈振動(dòng)及易燃、易爆物質(zhì)和化學(xué)腐蝕的影響。

3.產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)及主要性能指標(biāo)

3.1 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)見表1

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3.2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

1）隔離開關(guān)及附裝的接地開關(guān)的機(jī)械壽命不低于10 000次；

2）隔離開關(guān)配CJ11A型電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行電動(dòng)操作，其分、合閘時(shí)間為6s±1s；

3）隔離開關(guān)分閘后，最小空氣絕緣距離不小于450mm;接地開關(guān)分閘后，最小空氣絕緣距離不小于400mm;

4）隔離開關(guān)合閘后，其觸頭插入觸指的有效深度為45±5mm；三極合閘同期性不大于10 mm。

5）隔離開關(guān)與其附裝的接地開關(guān)具有機(jī)械聯(lián)鎖功能，以保證隔離開關(guān)合閘時(shí)，接地開關(guān)不能合閘，接地開關(guān)合閘時(shí)，隔離開關(guān)不能合閘。

4.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了更好的保證該隔離開關(guān)產(chǎn)品電氣性能與運(yùn)行可靠性，在總結(jié)我公司高壓隔離開關(guān)完善化工作的基礎(chǔ)上，在主導(dǎo)電系統(tǒng)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面做了全新的設(shè)計(jì)。

1）底座結(jié)構(gòu)采用一體化槽鋼焊接結(jié)構(gòu)，焊接后采用熱鍍鋅處理。所有的聯(lián)接均采用裝配式結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不僅方便產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝和調(diào)試，同時(shí)大大提高了產(chǎn)品的防腐能力。

2）主導(dǎo)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：對(duì)本隔離開關(guān)而言，由于額定電流大，因此對(duì)導(dǎo)電部分可靠性要求較高，在設(shè)備運(yùn)行過程中，必須保證接觸良好，否則極容易發(fā)熱造成主觸頭部分的燒蝕而影響整個(gè)設(shè)備的正常運(yùn)行。為此我們對(duì)主導(dǎo)電部分進(jìn)行了主要的攻關(guān)設(shè)計(jì)，采用新型的外壓式板簧結(jié)構(gòu)，采用特殊材料制造了板狀彈簧，板簧與觸指間采用絕緣材料隔離，避免了其分流造成長時(shí)間通流而造成板簧失效的弊病?？梢蚤L期保持接觸壓力不變，同時(shí)觸指的固定安裝方式也解決了活動(dòng)觸指存在的夾塵、夾沙現(xiàn)象，觸指的自潤滑電鍍技術(shù)具備自清潔功能，也解決了涂潤滑脂而帶來的粘塵粘沙問題。同時(shí)利用發(fā)熱和散熱平衡原理對(duì)主導(dǎo)電系統(tǒng)進(jìn)行了通流能力計(jì)算，并利用有關(guān)工具軟件對(duì)熱平衡狀態(tài)時(shí)主導(dǎo)電系統(tǒng)的溫度場進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，保證了主導(dǎo)電系統(tǒng)的通流能力。

3）軸承座裝配的設(shè)計(jì)采用全密封結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用帶密封蓋的深溝球軸承，此種結(jié)構(gòu)可有效阻止潮氣、灰塵等外部環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品的不利影響，增加零件的防銹性能，防止因銹蝕而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)部分卡滯、動(dòng)作不靈活現(xiàn)象。

4）接地開關(guān)系統(tǒng)：接地開關(guān)系統(tǒng)采用優(yōu)化的四連桿結(jié)構(gòu)，采用直打結(jié)構(gòu)，布置方式采用內(nèi)打式結(jié)構(gòu)。可以有效減小產(chǎn)品外形尺寸。

總之，GW4B-40.5D/J6300-63型戶外高壓交流隔離開關(guān)（圖1）采用雙柱水平開啟單斷口結(jié)構(gòu)；每組產(chǎn)品由三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單極裝配和電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，每個(gè)單極裝配（圖2）主要由底座總裝配、支柱絕緣子、導(dǎo)電系統(tǒng)等組成；根據(jù)需要可配置一套或兩套接地開關(guān)；接地開關(guān)采用直掄結(jié)構(gòu)，布置方式采用內(nèi)打式結(jié)構(gòu)。隔離開關(guān)由CJ11A型電動(dòng)機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分、合閘操作。接地開關(guān)由CS17型人力操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分、合閘操作；隔離開關(guān)和接地開關(guān)采用觸指外壓板簧的結(jié)構(gòu)。

5.產(chǎn)品通過的型式試驗(yàn)項(xiàng)目

GW4B-40.5D/J6300-63型戶外高壓交流隔離開關(guān)在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（西高院）完成國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和產(chǎn)品技術(shù)條件的要求的以下型式試驗(yàn)項(xiàng)目：

1）三極隔離開關(guān)通過了（6 300×1.1）A的溫升試驗(yàn)、機(jī)械特性試驗(yàn)、機(jī)械操作試驗(yàn)、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的10 000次機(jī)械壽命試驗(yàn)、接線端子靜拉力試驗(yàn)、整體抗彎試驗(yàn)。

2）三極隔離開關(guān)通過了短路時(shí)間4s，額定短時(shí)耐受電流63kA、峰值耐受電流160kA的容量試驗(yàn)；附裝的三極接地開關(guān)通過了短路時(shí)間2s，額定短時(shí)耐受電流63kA、峰值耐受電流160kA的容量試驗(yàn)。

3）通過了海拔2000米的工頻耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊試驗(yàn)。

4）在鄭州機(jī)械研究所通過了九度區(qū)耐地震性能計(jì)算。

6.結(jié)論

GW4B-40.5D/J6300-63型戶外高壓交流隔離開關(guān)新產(chǎn)品經(jīng)過樣機(jī)試制和試驗(yàn)，于2009年6月順利通過了由河南省機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)和河南省電力公司聯(lián)合組織的省級(jí)鑒定，鑒定意見為：產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊，整體具有良好的防腐性能，填補(bǔ)了40.5kV /6 300A戶外高壓交流隔離開關(guān)的空白，其性能和技術(shù)參數(shù)達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平。

[1]徐國政，張節(jié)容，錢家麗，黃諭瓏， 高壓斷路器原理和應(yīng)用， 2000年10月

[2]沈鴻 電氣工程師手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1987

[3]鐘振蛟 戶外高壓隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)免維護(hù)問題的探討 電氣世界 2003（4）