750kV超高压真空断路器的设计方案.docx

《750kV超高压真空断路器的设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《750kV超高压真空断路器的设计方案.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、750kV超高压真空断路器的设计方案fenghy导语：简述了真空断路器的开展大概情况，对真空断路器与SF6断路器进展了比照分析。摘要：简述了真空断路器的开展大概情况，对真空断路器与SF6断路器进展了比照分析。同时对真空断路器向750kV超高压等级开展的途径进展阐述。关键词：真空断路器；SF6断路器；750kV超高压；光电控制形式当前，我国正在西北建立第一条750kV的超高压线路，为今后建立更高电压等级的超高压线路打下根底，并且其设备将以采用我国已有才能自行设计和制造的为主。目前，在断路器方面，世界各国的开展趋势是努力开展高压与超高压真空断路器，逐步淘汰SF6断路器；在我国，将于今年年底左右试制

2、成功高程度的126kV真空断路器，并正在积极开展750kV超高压真空断路器的研制开发工作。1真空断路器开展大概情况1.1历史回首用高压断路器保护电力系统至今已经历了漫长的历史。从最初的油断路器开展到压缩空气断路器；60年代初，SF6断路器和真空断路器同步进入电力系统，逐步淘汰油断路器和压缩空气断路器，占领了整个高压电力系统。回首历史，企图用真空作为断路器灭弧介质和绝缘介质的研究工作要早于SF6气体。对SF6气体的研究始于20世纪40年代，由于SF6气体具有特异的热化学性和负电性，因此其绝缘性能和灭弧性能也十分好，被广泛应用于高压开关设备中作为绝缘和灭弧介质。1959年，推出了第一台实用的SF6

3、断路器，目前它已成为高压断路器的主要品种，并且几乎占领了高压及超高压领域内所有的份额。从18世纪初，就有人开场设想利用真空的一些特点来开断电流，1893年，美国里顿豪斯Rittenhause设计出第一个构造简单的真空灭弧室并以专利发表后，引起了教授和专家们的重视。1920年，瑞典佛加Birka公司第一次制成了真空断路器，尽管其开断才能极小尚无实用价值，但却吸引了各界的兴趣。1923年前后，索伦森Sorenson和曼登霍尔Mandenhall在美国加里福尼亚工学院开场进展真空中开断电流的研究工作，并成功的在41kV下开断了926A的工频沟通电流，1926年他们公布了研究成果。此后，美国和德国的一

4、些电气公司便致力于真空断路器的研究，但由于当时科学技术对真空断路器的要求不迫切，所以研究成果不甚显著。20世纪50年代初期，对真空断路器的研究有了较快的进展，1961年，美国通用电气公司消费出了额定电压15kV，开断才能12.5kA的真空断路器，并于1966年进一步试制成功15、25kA和31.5kA的真空断路器，从此真空断路器正式进入了电力系统。到目前为止，真空断路器的额定电流已到达6300A，单断口真空灭弧室的额定电压已分别到达123、126kV和145kV的程度，开断电流才能最高可达63kA。1.2我国真空断路器开展简介我国是在1958年前后开场对真空电弧理论研究和真空断路器研制工作的。

5、1965年，西安交通大学与原西安高压开关整流器厂结合研制成功了第一个真空灭弧室，不久西安交通大学单独研制成功了10kV，开断1500A电力电容器组容性电流的三相真空断路器。1967年，西安高压电器研究所研制成功了10kV，2000A单相快速真空断路器。在他们的带动下，原电子工业部所属的4401厂、777厂、779厂和771厂等单位也开场研制真空灭弧室，掀起了国内多家开关厂试制真空断路器的高潮，如北京开关厂和苏州开关厂等。如今，我国拥有一批消费真空灭弧室和真空断路器的专业工厂以及研究真空电弧理论和改良真空灭弧室性能的研究所和大专院校，他们对繁荣我国真空断路器的品种和进步其性能起着积极的推动作用。

6、目前，我国已能消费额定电压1240.5kV,额定电流最高到达6300A，开断电流为63kA的真空断路器。我国真空断路器的产品质量和参数与国外先进产品相比根本一样，几乎不存在差距，但在可靠性和外观质量方面还需进一步改良和进步。我国高压真空灭弧室的年产量随着电力事业的蓬勃开展正在逐年进步，见图1。从图1中可知，至2003年底我国真空灭弧室的年产量已到达60多万只，占世界总产量的1/2左右，并已开场推向国际市场。图1我国高压真空灭弧室的年产量2真空断路器与SF6断路器的比照分析真空断路器与SF6断路器是20世纪60年代开场开展起来的两大类电力开关，它们为电力工业的开展作出了重大奉献。这里着重从人类今

7、后的生存和环保二方面来评述这两类断路器今后开展的趋向。2.1真空断路器真空断路器是依靠真空灭弧室在真空中来开断电流的，毫无疑问，在开断电流经过中会产生强烈的X光射线。这个强烈的X光射线是否对人体有危害性呢?曾有太多次争论，争论高潮时几乎造成真空断路器停顿消费。为了消除这种影响，1983年日本东芝电气公司代表日本政府以国际法为准那么在ElectricalReview杂志上转载了具有法律效应的严正声明，并根据ANS1C3-85标准在结合国指定公证单位的监视下认真作了X光射线的实际测试，得出了对人体无危害性的结论报告，测试结果见表1。表1X光射线测试结果2002年，德国SIEMENSAG公司对84k

8、V的真空灭弧室在正常工作的情况下按国际标准火花闪烁计数器间隔射线焦点700mm位置对X射线的发射剂量率进展了测量，见图26，结论以为对人类的安康没有任何危害性。图2X射线发射剂量率的测量2.2SF6断路器全球气候变暖会导致异常的天气事件，如热浪、干旱和疾病的传播等，保护地球和保护生态环境已成为当今世界各国的一项伟大历史使命。以CO2为代表的温室效应气体，固然使太阳光中的短波轻易透射，但它也轻易吸收从地球外表来的波长较长的光如红外线。大量的温室效应气体被释放在空气中，并在地球上空形成一个气体层，这些气体吸收的红外线不能穿过气体层向外辐射，进而导致大气温度明显上升变暖，这种现象就称为温室效应。20

9、世纪，全球平均气温大约上升了59，全球温度上升的主要原因是由人类排放的温室效应气体CO2、CH4、NO2、HFCS、PECS以及SF6造成的，SF6气体固然不会破坏臭氧层，但对全球气候变暖有十分大的影响。定量表示气体温室效应的最简单指示就是地球的暖和化系数GWPGlobalWarmingPotential。地球变暖由气体红外区吸收的光谱所决定，大气中的浓度依靠于所考察气体的寿命和暖和化的年数，几种主要气体的特性见表2。表2各种气体的特性从表2可以看出，SF6气体的GWP比其他几种气体大得多。不过，它对地球暖和化的影响与其GWP和大气中所含该气体浓度的乘积有关，所以，SF6气体的影响比CO2的影

10、响小得多。但是，GWP值大对暖和化的潜伏影响也就大，假如今后SF6气体的排放量继续增大的话，其影响力变得相当大也就成为可能。1995年全世界SF6的产量大概是80009000t，估计如今已打破200000t包括储存量。其中，电力工业的SF6年用量为7000t左右，主要用于断路器和其他输配电设备。理论上，SF6气体可以回收再利用，绝不允许泄漏到大气中，然而在实际运行中有很大的泄漏。美国年泄漏的SF6气体约相当于8t的CO2。10年前，大气中的SF6气体浓度几乎感觉不到，而如今含量约为32ppt。这些泄漏气体很大局部归因于电力工业。随着SF6气体使用量、排放量的增加，大气中的SF6气体浓度也在逐年

11、增加，其浓度大小随地点、季节而变化，工业化先进的北半球比南半球约高0.4ppt,接近4ppt。然而，北半球最近几年间大气中SF6气体浓度呈直线上升的趋势。当前，我国SF6开关设备运行中泄漏SF6气体的情况如下11：1根据文献的统计，19891997年，220kV及以上SF6断路器和GIS发生的泄漏故障中，设备本体漏气共26次，其中进口设备为3次。2据文献的统计，国产SF6断路器的漏气问题很突出，北京供电局所使用的220kVSF6断路器中仅1993年度就有11台断路器中的11相本体漏气，全年共补气18次。3据文献的统计，1994年SF6断路器本体漏气16次，国产、进口设备都存在这一问题。4据文献

12、统计，19881995年间国产500kVSF6断路器共发生22次故障，主要是密封质量问题，几乎占了故障的一半。5据文献，国际大电网会议CIGRE23-03十分工作组曾对11家巴西用户的7个制造厂的29台GIS进展调查，结果显示，在某些变电站，设备每年的SF6泄漏率超过3，个别情况可高达10。巴西大多数的100200kVGIS，其SF6泄漏率特别接近允许值1%。仅在19911993年间，在巴西安装的GIS由于泄漏问题至少导致5623kgSF6气体排放到了大气中。关于大气中SF6气体的浓度以及严密效应的典型计算结果已经有报告。在此报告中还给出了大气温度上升趋势变化的情况10，见图3。据此，假设20

13、00年以后每年SF6气体的排放量为6800t图3中的曲线1和2，或1990年后为10000t图3中的曲线3和4，按SF6气体在空气中的寿命为无限大进展计算，到2020年时预测SF6气体在空气中的浓度为8ppt假设1990年后每年排放10000t，那么为10ppt。可见，按最严格的条件曲线4来考虑，到2020年，大气温度要上升0004.3，到2100年要上升0.02。与此一样，由CO2气体产生的温室效应也依靠于今后的排放量。据估计，到2020年由CO2所引起的大气温升为08，到2100年时大气温升为25。图3SF6气体的温室效应预测注：曲线1、3是对SF6气体寿命为200年时温室效应的预测；曲线

14、2、4是对SF6气体寿命为无限大时温室效应的预测。为此，从全球环境保护出发，CIGRE在1997年日本京都会议上提出了决定草案，即（结合国气候变化框架公约京都议定书）简称（京都议定书），该议定书附件A中列出了6种温室效应气体：二氧化碳CO2、甲烷CH4、氧化亚氮NO2、氢氟碳化物HFCS、全氟化碳PECS、六氟化硫SF6，并列出了与这些温室效应气体相关的部门种别和相应的产业，其中能源工业和制造工业等对SF6的消费和消费均在指名之列。（京都议定书）规定20202021年为第一个排放量限制和削减承诺期，在附件B中列出了有关缔约方的排放量限制或者削减承诺以1990年为基准年，对SF6等后3种气体那么

15、以1995年为基准年。目前，SF6气体主要应用在高压电力设备中作为绝缘和灭弧介质。（京都议定书）对SF6气体的使用限制已引起我国环保、电力等有关部门的重视，希望广阔从事高压开关工作的科技人员能提出详细限制SF6气体排放量和削减量的建议。3真空断路器向750kV超高电压等级开展的途径大多数电器专家以为，具有单断口分断才能的高压和超高压断路器是性能最正确的断路器。目前，在超高压断路器中，唯有SF6断路器能做到单断口的构造，但由于SF6气体具有严重的温室效应，将被逐步禁用，因此，它最终会退出历史舞台。当前，世界各国正在向用单断口真空灭弧室串联组成超高电压等级真空断路器的方向迈进。且国际上已有了123

16、、126kV和145kV单断口的真空灭弧室。经分析，选用126kV单断口真空灭弧室串联组成750kV的超高压真空断路器已成为可行的开展方向。目前，我国已初步研制成功126kV单断口真空灭弧室，估计在今年下半年即可投入消费。西安交通大学正在研究设计由6个单断口126kV真空灭弧室串联组成的750kV超高压真空断路器，他们为每个126kV真空灭弧室各装配了一个永磁操动机构以实现6个真空灭弧室的同步操纵。这种具有永磁操动机构且选用带智能化光电控制形式电子线路来完成自动遥控功能的超高压真空断路器在国内还是首次尝试，希望它能在我国正在建立的第一条750kV线路上被有关部门支持选用。3.1750kV超高压

17、真空断路器的设计方案采用多断口真空灭弧室串联组成的750kV超高压真空断路器可归纳为瓷柱式和箱式两种构造。我国正在开发中的属于瓷柱式构造，见图4。它每极由6个126kV真空灭弧室串联组成，每个真空灭弧室之间安装有控制箱，每个真空灭弧室中相应的布置有均压电容器，在控制箱内装有永磁操动机构和电容器等，见图5。6个串联瓷支柱的底部用钢质底座作为整个断路器的支撑。为了使真空断路器可靠地稳定还用了数根绝缘缆线进展拉紧。超高压电源通过A端输入，由B端输出。图4瓷柱式750kV超高压真空断路器布置图图5真空灭弧室和控制箱布置示意图真空断路器的分、合闸操纵由真空灭弧室、超行程弹簧组合器和布置在中部的控制箱完成

18、。控制箱由光电、电子控制器等智能化元件组成，当光电、电子控制器承受外来信号后，电容器即向永磁操动机构线圈放电推动拉杆带动超行程弹簧组合器快速运动，使真空灭弧室的动触头闭合或者分开以实现真空断路器的分闸或者合闸。3.2瓷柱式超高压真空断路器的优缺点瓷柱式的优点是制造本钱低，构造简单，轻易安装、调试和维修，零部件发生意外损坏时便于更换。缺点是地震时轻易损坏，电流互感器、避雷器以及隔分开关等设备需另外购置和另占地安装。4超高压真空断路器的智能化对特殊设计的永磁操动机构进展了仿真虚拟测试，结果说明其力的输出特性和速度特性均合适用于750kV超高压真空断路器。永磁操动机构的最大行程可到达84mm，合闸位

19、置的负载吸力大约每极为10000N，分闸平均速度可达3.5m/s。对每个永磁操动机构安装有8个并联电容器，预充电电压为100V，总电容值为0.8F。将6个126kV真空灭弧室组成750kV超高压真空断路器时可实现对6个真空灭弧室永磁操纵机构的同步操纵，其动作时间的分散性一般不会超过100s，因此,所设计的永磁操动机构能知足750kV超高压真空断路器。此外，自动控制和遥控测试装置设有接收光信号及光电波能量的光电自动控制器，它们被设置在控制箱内，用来控制预先充好电的电容器组向永磁操动机构的合闸或者分闸线圈放电，到达真空灭弧室触头的闭合或者分开。这种自动控制器还可以专用线路或者无线承受信号方式来操纵

20、真空断路器。光电自动控制器设置有可靠抗外来干扰的电磁屏蔽设施。图6为750kV超高压真空断路器光电控制形式框架构造图已报专利。主要由真空灭弧室、超行程弹簧组合器、永磁操动机构、储能电容器、电子光控系统装置、光导纤维电缆和信号承受器组成。750kV超高压真空断路器每相可以分别进展电流过零前开断操纵，估计其短路电流开断才能可进步15%20%。 align=center1永磁操动机构；2储能电容器；3光导纤维电缆；4超行程弹簧组合器；5电子光控系统装置；6信号承受器图6750kV真空断路器光电控制形式框架构造图/align其操纵经过是：当信号承受器接到电站操纵信号时如真空断路器在正常工作时接到故障信

21、号，通过光导纤维电缆3立即传递给电子光控系统装置进展识别，并发出指令让储能电容器组向永磁操动机构的线圈放电使其动作，于是串联的6个真空灭弧室同步分闸或者合闸。5总结采用真空灭弧室串联组成超高压真空断路器是当今的开展趋向，据理解，国外也正在开展采用单断口真空灭弧室串联组成超高压真空断路器的研究工作。希望有关部门能大力支持我国对瓷柱式构造超高压真空断路器的开发。在智能化方面，随着当前电子技术的迅速开展，采用自动化光电控制技术和同步选相合闸的方案是可行的。6参考文献1王季梅，钱豫圭.论我国研制成功126kV户外高压真空断路器和进一步解决高压电压等级真空灭弧室的建议.高压电器，20031：3.2王季梅

22、.真空开关理论及其应用.西安：西安交通大学出版社，1986.3王季梅，吴维忠，魏一钧，等.真空开关北京：机械工业出版社，1983.4王季梅.国外真空开关开展大概情况.高压电器，19805.5ToshibaEngineers.VacuumMatchesSF6PointforPointSays.Toshiba,ElectricalReview,1983214.6SGiere,HKnobloch,JSedlacek.DoubleandSingle-BreakVacuumInterruptersforHighVoltageApplication.CIGRESession2002F-75008Pairs

23、13-202.7吴彬，舒立春等.SF6气体绝缘与地球温室效应问题.高压电器，20006：23.8张丽娜.美国环境保护局的新考虑：减少SF6排放量.高压电器，19995：60.9宅间董.SF6气体绝缘与地球暖和化问题.电气学会杂志，1999，1194：232235.10ILevin,VHesshaimer.ComparisonoftheContributionofVariousgasestotheGreenhouseEffect.J.GeophvsRes.,1996,101,D11,1674516755.11林立生SF6开关设备的泄漏问题.高压电器，20006：34.12中国电能成套设备总公司，电力工业部电力科学研究院开关所.19891997年全国电力系统220kV及以上SF6开关设备运行情况.1998.13华北电力科学研究院.华北电网开关运行报告.1997.14崔景春，杜彦明.1994年全国高压开关工作总结和事故分析.中国电力科学研究院，1995.15中国电力科学研究院19881995年对国产500kVSF6断路器运行评述,1995.16华北电力科学研究院.变电站-23.第36届国际大电网会议论文集译文.