閥廳用接地開關(guān)的設(shè)計(jì)研究

徐翠麗

摘 要：本文對(duì)換流站閥廳用的接地開關(guān)的總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并對(duì)設(shè)計(jì)完成的換流站閥廳用的接地開關(guān)的做了一定的型式試驗(yàn)及對(duì)接地開關(guān)在實(shí)際中的具體應(yīng)用情況做了講解。

關(guān)鍵詞：潛供電弧；電力系統(tǒng)；接地開關(guān)；參數(shù)；設(shè)計(jì)方案

一、緒論

在電力系統(tǒng)中，接地開關(guān)逐漸成為了電力系統(tǒng)中不可缺少的電力設(shè)備之一。依據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，接地開關(guān)一般可大致劃分為敞開式結(jié)構(gòu)和封閉式結(jié)構(gòu)兩種，敞開式結(jié)構(gòu)的接地開關(guān)通電線路通常是暴露在大氣中，這種原理類似于隔離開關(guān)的接地刀閘。封閉式式結(jié)構(gòu)的接地開關(guān)采用的導(dǎo)電系統(tǒng)通常為在充滿SF6 的絕緣介質(zhì)當(dāng)中?？焖俳拥亻_關(guān)的作用為實(shí)現(xiàn)將電路中大電流的進(jìn)行有效的關(guān)合，能夠?qū)崿F(xiàn)將短路故障的電路多次關(guān)合而不至于損壞。

在特高壓的輸電線路中，當(dāng)輸電線路存在單相接地故障時(shí)，輸電線路上會(huì)產(chǎn)生潛供電弧。目前，并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)接小電抗和使用快速接地開關(guān)是抑制潛供電弧的兩個(gè)主要的方法。通常相間或者相對(duì)的兩個(gè)接地電容可能會(huì)和并聯(lián)電抗器的阻抗構(gòu)成共同組成一個(gè)諧振回路，所以一般要采取一定的預(yù)防措施，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)起到的保護(hù)的作用，所以現(xiàn)在電氣設(shè)備通常采用快速接地開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)熄弧。通常是把將快速接地開關(guān)安裝在線路的兩端，這樣做的目的是能夠?qū)⒐收宵c(diǎn)的開放性電弧轉(zhuǎn)換為開關(guān)內(nèi)的壓縮性電弧，這樣降低流過(guò)接地開關(guān)電流的大小，使流過(guò)接地開關(guān)的電流只有數(shù)百安培，能夠?qū)崿F(xiàn)較容易的開斷。只要能夠保證快速接地開關(guān)使故障點(diǎn)的潛供電流大大降低，就能夠使電弧容易熄滅，所以接地開關(guān)的重要作用體現(xiàn)在對(duì)潛供電流的降低和恢復(fù)電壓的限制上。

二、接地開關(guān)正常使用的條件和基本參數(shù)

（1）產(chǎn)品能夠滿足正常使用的條件。a.接地開關(guān)周圍環(huán)境的溫度：0℃～+40℃；b.接地開關(guān)所處環(huán)境的相對(duì)濕度：不大于

60%（20℃）；c.接地開關(guān)的安裝處不能有頻繁的強(qiáng)烈震動(dòng)或周圍設(shè)置有易燃、易爆的物質(zhì)和某些化學(xué)腐蝕性的氣體。（2）產(chǎn)品基本參數(shù)。閥廳接地開關(guān)是由AREVA公司設(shè)計(jì)制造而成。

三、閥廳接地開關(guān)總體設(shè)計(jì)方案

如圖1所示，依據(jù)閥廳接地開關(guān)所處的位置特點(diǎn)和換流站閥廳內(nèi)設(shè)備布置的情況，在換流站的閥廳中，通常會(huì)設(shè)置有換流閥（三相四重閥）、各種套管、閥組的避雷器和電壓分壓器等高電壓工作設(shè)備，四重閥與換流變壓器和避雷器之間的連接需要依靠大量的母線來(lái)連接。一般套管是用在實(shí)現(xiàn)換流閥與交流系統(tǒng)的連接的設(shè)備，套管主要包括穿墻的套管、交流電路中換流變壓器處于閥側(cè)的繞組套管、直流電路中油浸式平波電抗器距閥側(cè)較近的套管。一般套管的結(jié)構(gòu)有多種，通常為實(shí)心、充氣或者油絕緣。針對(duì)高壓電氣設(shè)備的接地情況，必須實(shí)現(xiàn)接地開關(guān)的靈活的布置以方便日后對(duì)接地進(jìn)行檢修，并且要求接地開關(guān)必須適當(dāng)?shù)陌才旁陂y廳內(nèi)部，考慮經(jīng)濟(jì)成本，不能使接地開關(guān)過(guò)度占用閥廳的面積。

圖1 閥廳內(nèi)各種高壓設(shè)備位置圖

所以，閥廳內(nèi)的接地開關(guān)一般為側(cè)墻式安裝，接地開關(guān)的本體適當(dāng)裝在閥廳內(nèi)的墻面上，并且使接地靜觸頭能適當(dāng)?shù)陌惭b在各種高壓設(shè)備上，這樣可以方便地對(duì)高壓設(shè)備提供接地。

閥廳接地開關(guān)主要由墻面上的本體部分和安裝在各種高壓設(shè)備上的接地靜觸頭組成。底座裝配、齒輪箱裝配和操動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了接地開關(guān)的本體部分，底座裝配上安裝有接地刀桿，通過(guò)接地刀桿的運(yùn)動(dòng)插入接地靜觸頭實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝接地靜觸頭設(shè)備的接地作用。本體的齒輪箱內(nèi)裝有兩個(gè)正交的錐形齒輪，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換操動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向，四連桿結(jié)構(gòu)由齒輪箱內(nèi)的拐臂和底座裝配的轉(zhuǎn)動(dòng)座及拉桿共同構(gòu)成。接地開關(guān)承受的電壓是依據(jù)不同安裝位置決定的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同位置的接地開關(guān)都能夠順利的進(jìn)行分合閘，一般在本體的底座上設(shè)置有一對(duì)正交的錐齒輪，能夠使其與接地刀桿同時(shí)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配重塊的重力矩變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接地刀桿分合閘過(guò)程中的重力矩的平衡，以實(shí)現(xiàn)接地開關(guān)運(yùn)動(dòng)高可靠性的運(yùn)行。

為了將電暈對(duì)閥廳內(nèi)接地開關(guān)的影響降到最低，一般我們會(huì)在接地開關(guān)中裝有屏蔽環(huán)，它對(duì)產(chǎn)品的電暈放電有很好的控制效果。電暈放電不僅會(huì)損耗大量的能量，而且會(huì)嚴(yán)重干擾周圍的通訊設(shè)備，危害十分嚴(yán)重。由于本身是與外界環(huán)境隔絕的，所以我們必須嚴(yán)格限制電暈放電所產(chǎn)生的無(wú)線電干擾和噪音干擾。電壓的高低并不會(huì)影響電暈放電的多少，電暈放電只與電極上的電場(chǎng)強(qiáng)度大小有關(guān)。所以在設(shè)計(jì)接地開關(guān)屏蔽環(huán)時(shí)，首先要控制好屏蔽環(huán)表面的場(chǎng)強(qiáng)大小，使它在額定的電壓范圍內(nèi)最大場(chǎng)強(qiáng)要低于起始電暈放電場(chǎng)強(qiáng)。接地開關(guān)的額定電壓與它在閥廳中的位置也有關(guān)系，在換流變壓器的閥繞組側(cè)所承受的電壓為直流電壓疊加交流電壓。在直流的作用下，自由電荷在不同介質(zhì)分界面上達(dá)到穩(wěn)定分布后，電流場(chǎng)分布亦達(dá)到穩(wěn)態(tài)，這時(shí)接地開關(guān)本體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)分布就完全由它的介質(zhì)電阻率的高低決定。所以，為了能夠使閥廳內(nèi)的空氣凈距減至最小，需要將高壓設(shè)備的接地靜觸頭加裝上均壓球，以達(dá)到對(duì)電場(chǎng)改善的目的，從而實(shí)現(xiàn)減小電暈。

閥廳接地開關(guān)的原理為：首先是操動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行指定的動(dòng)作，然后閥廳接地開關(guān)利用垂直的連桿來(lái)使齒輪箱內(nèi)的錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，并將操動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪钡膭?dòng)作，再通過(guò)齒輪箱中的拐臂、聯(lián)桿和轉(zhuǎn)動(dòng)座構(gòu)成的四連桿系統(tǒng)共同帶動(dòng)接地刀桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝有動(dòng)觸頭的接地刀桿上插入或離開接地靜觸頭，從而能夠?qū)崿F(xiàn)接地開關(guān)的分合閘操作。首先要注意對(duì)接地開關(guān)的動(dòng)觸頭進(jìn)行一定的處理，一般實(shí)行銅鍍銀處理，要注意在端部設(shè)計(jì)時(shí)采用錐度導(dǎo)向，這樣能夠方便插入接地靜觸頭時(shí)有效的減少操作動(dòng)作帶來(lái)的阻力，實(shí)現(xiàn)順暢插入。對(duì)接地的靜觸頭的處理一般是采用環(huán)形的玫瑰瓣觸指，觸指通常采用鍍銀處理，并且通常要在靜觸頭上安裝有環(huán)形的彈簧，為了能夠?qū)崿F(xiàn)與動(dòng)觸頭的多片同時(shí)接觸，實(shí)現(xiàn)電路中電流通過(guò)壓緊的銀-銀觸頭流過(guò)。

一般接地刀桿是通過(guò)自身的重量與安裝在底座上的配重塊配合來(lái)實(shí)現(xiàn)保持平衡，因?yàn)榻拥氐稐U與配重塊都是做圓周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以刀桿的重力矩變化曲線在擬合后可以實(shí)現(xiàn)保持平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)接地開關(guān)操作有較高的平穩(wěn)可靠性。

結(jié)束語(yǔ)：能源資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不均衡是我國(guó)當(dāng)前的基本國(guó)情，所以發(fā)展特高壓輸電及直流輸電就更加有必要了。根據(jù)負(fù)荷分布特點(diǎn)，特高壓交流定位于近距離小容量供電，使一些大型電廠在特高壓交流電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)都能就近接入；特高壓直流定位于遠(yuǎn)距離得大型能源基地進(jìn)行大容量外送。將這兩種電網(wǎng)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成復(fù)合電網(wǎng)就能充分發(fā)揮各自的功能和優(yōu)勢(shì)，使電網(wǎng)扥安全性和經(jīng)濟(jì)性大大提高。為了實(shí)現(xiàn)西電東送、南北互供的需要，我國(guó)研制出了換流站閥廳接地開關(guān)，這是結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司的發(fā)展建設(shè)，提出的一個(gè)前瞻性項(xiàng)目。閥廳接地開關(guān)是直流工程閥廳內(nèi)設(shè)備的重要組成部分，能保障閥廳內(nèi)設(shè)備正常檢修，是換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)布置的重要設(shè)備。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許羅生，孫瓊. 新型閥廳接地開關(guān)設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江科技信息，2011，29：58.

[2]王振. 高壓電器中的開關(guān)設(shè)計(jì)分析[J]. 價(jià)值工程，2012，20：80-81.