高压交流隔离开关和接地开关选用的若干问题

中心论题：

• 关于隔离开关开合母线转换电流
• 关于接地开关开合感应电流
• 关于单柱垂直断口隔离开关的额定接触区
• 关于接地开关的短路持续时间和隔离开关的过载能力
• 关于接地开关的长期通流问题
• 关于绝缘子爬电距离是否需要进行海拔修正的问题

解决方案：

• 双母线中的母线隔离开关需要开合母线转换电流
• 并非所有接地开关都需要开合感应电流
• 选择单柱垂直断口隔离开关接触区要区分软母线或硬母线
• 接地开关的短路持续时间采用2s就可以
• 接地开关没有长期通过工作电流的可能
• 爬电距离的增加是干弧距离提高后的间接结果

国家电网公司对输变电设备采购和招投标体制，进行了集约化管理和集中化运作的重大改革。2005年将363kV和1550kV及以上设备的采购和招投标集中到公司总部，2006年末又将252kV设备也集中北京招投标，对40．5～126kV设备则在网省公司集中招投标。2006年国家电网公司还编制和颁布了《110～500kV变电站通用设备典型规范》。

为了更好地在招投标中正确贯彻实施典型规范，合理地确定设备的相关技术参数和要求，本文谈谈高压交流隔离开关和接地开关选用中的几个问题，供电力工程设计及设备选用部门相关专业人员参考。
　　 　
关于隔离开关开合母线转换电流
a.隔离开关开合母线转换电流的典型操作
隔离开关开合母线转换电流(俗称环流)，是在正常运行中，用隔离开关断开或闭合由同一电压等级设备和母线在变电所内部所构成的电气闭环，从而实现转移负荷电流的操作。

目前国内变电站接线方式中，采用较多的有单母线接线(单母线分段、单母线带旁路)、双母线接线(双母线分段、双母线带旁路)、一倍半断路器接线及桥形、角形接线等。其中，双母线倒母线操作是开合母线转换电流最典型和常见的工况。此外，作为特例，单母及双母接线退出旁路母线、一倍半断路器接线检修母线时、桥形，T形，角形接线解环操作中，为了避免用隔离开关开断很长的空母线上很大的电容电流而采用相反的操作程序：先断开隔离开关，再断开断路器以退出空载母线。这时隔离开关也会遇到开合母线转换电流的问题。
　　
b.标准规定的参数
我国国家标准GB1985－2004《高压交流隔离开关和接地开关》中，以规范性附录B给出了隔离开关开合母线转换电流的要求和试验方法。对空气绝缘隔离开关，其额定母线转换电流值应为80％额定电流，最大不超过1600A，额定母线转换电压从表1中选取；试验次数为100次开合操作循环。至于额定转换电流最大不超过1600A，是因为通常是按额定短时耐受电流而不是按额定电流来选用隔离开关的，因此长期通过隔离开关的最大电流比其额定电流小得多，所以其母线转换电流最大值可定为1600A。1986年中国电力科学研究院高压开关研究所为了提出我国隔离开关开合母线转换电流的技术条件，曾经用计算机计算和分析了国内10～500kV几个电网典型接线的母线转换电流，结果符合不超过1600A的规定。

由于隔离开关的触头运动速度较慢，在开合母线转换电流时产生电弧的燃弧时间较长，使触头易于烧损。为了达到标准要求的开合能力，制造厂需在隔离开关上增设引弧触头，使隔离开关的触头结构较为复杂。因此有必要将隔离开关分为两种：具备开合母线转换电流能力的和不具备开合母线转换电流能力的。设计和使用部门在选用隔离开关时应区别对待。
　　
c.双母线中的母线隔离开关需要开合母线转换电流
在变电站实际运行中，正常情况下只有双母线接线的母线隔离开关及旁路接线中的母线隔离开关，才需要开合母线转换电流；而单母线接线的母线隔离开关、母联隔离开关及大量进出线路的线路隔离开关，不存在开合母线转换电流的工况。也就是说在这些部位上使用的隔离开关不必要具有开合母线转换电流的功能。

目前，国内隔离开关招标文件中不提供工程一次接线布置图，没有明确哪些隔离开关是双母线中的母线隔离开关，而是对所有隔离开关不加区别的都提出开合母线转换电流的要求，这是不合适的。这将使很大一部分隔离开关有了多余的不必要的功能，其直接的弊端是触头结构复杂了，增加了产品制造成本和维护检修的工作量。相反，如果对双母线中的母线隔离开关，实际运行中需要开合较大的母线转换电流，却又没有明确提出要求，制造厂供货时不提供引弧触头，将会在倒换母线操作中烧损触头，降低隔离开关的有效使用寿命。

关于接地开关开合感应电流
a.接地开关的一种特殊运行条件
随着电力建设的发展，电网在不断扩大，容量也在不断增加，为了减少输电走廊占地，同塔双回路平行架空高压输电线路日渐增多，在这种输电线路中使用的某些高压接地开关要求具有开合感应电流的能力。随着同塔双回线的普及和电压等级的升高，对接地开关开合感应电流的能力也要求越来越高，开合感应电流成为高压接地开关的一种特殊运行条件。

在两条或多条共塔或邻近平行布置的架空输电线中，当某一回或几回线路停电后，由于它与相邻带电线路之间产生电磁感应和静电感应，在停电的回路上将产生感应电压和感应电流。因此，用于这些线路的接地开关，应能满足以下的运行条件：当停电线路的一端开路，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合容性电流；当停电线路的一端接地，在线路另一端的接地开关分、合操作时，接地开关能开断和关合感性电流。
　　
b.标准规定的参数
国标GB1985中以规范性附录C给出了接地开关开合感应电流的要求和试验方法。接地开关的额定感应电流和额定感应电压的标准值，应从表2中选取，试验次数为10次开合操作循环。

目前，很多500kV变电工程中停电接地线路很长、带电负荷很大，其感应电流和感应电压高于国家标准的B类接地开关标准值。如电磁感应电流高达760A，静电感应电流高达126A，而静电感应电压则高达35kV、45kV、65kV。750kV工程的静电感应电压要求达到100kV。
　　
c.并非所有接地开关都需要开合感应电流
众所周知，只有同塔双回平行架空输电线路中两端变电站的进线侧和出线侧使用的接地开关，才应具有开合感应电流的功能。并非变电站中所有接地开关和所有隔离开关附装的接地开关，都需要具备这种功能。要求开合感应电流的接地开关只是少数。

目前普遍的现象是，在隔离开关的招标文件中，凡是接地开关及带接地的隔离开关中的接地开关，均提出了开合感应电流的要求，这是没有必要的。订货时应具体指明哪一种隔离开关的哪一侧的接地开关要求开合感应电流，不要泛指。由于具备开合感应电流能力的接地开关，要采取引弧及灭弧措施，结构与常规接地开关是有所区别的。加上试验费用比较昂贵，自然要增加制造成本，因此产品价格是不相同的。特别是额定电压363kV及以上开合感应电流的接地开关，需要增设辅助回路，配装耐弧触头，增加真空或SF。灭弧室及其操动机构，价格增加很多。如果感应电流和感应电压超出标准值，则更会增加技术难度和制造成本。

关于单柱垂直断口隔离开关的额定接触区
a.标准推荐的接触区
单柱垂直断口隔离开关，因其静触头悬挂在母线上，为了适应风力、温度和冰雪的影响，确保隔离开关能可靠合闸，GB1985对接触区(也称钳夹范围)提出了推荐值，如表3、表4。在进行变电站设计和选用隔离开关时，应考虑到具体运行条件，确保静触头处在规定的接触区限值之内，使隔离开关能正确地分合闸。 　

b.选择接触区要区分软母线或硬母线
选用单柱垂直断口隔离开关的时候，要根据母线形式来确定接触区。采用软母线还是硬母线是变电站设计时就确定了的，两者只选其一。

目前国内常用的单柱隔离开关的结构形式有三种：(1)双臂伸缩剪刀式(如西门子PR型、ABB／HAPAM的GSSB型、中国GW6A、GW46型等)。(2)单臂伸缩钳夹式(如EGIC的SSP型、AREVA的SPV型、中国GW10、GW6／16A、GW20、GW22／22B型等)。(3)单臂伸缩插入式(如AREVA的SPVL型、中国GW29、GW35型等)。其中，双臂伸缩剪刀式，由于其接触区和钳夹范围大，特别适用于软母线，当然也适用于硬母线。对于长跨档软母线只有剪刀式可以胜任。单臂伸缩钳夹式，适用于硬母线及短跨档软母线。单臂伸缩插入式，只适用于支持型硬母线，对软母线和悬挂型硬母线则不适用。

目前有的标书中将软母／硬母两者并列，兼而有之；也有的标书标明硬母线，却选择了软母线的接触区。这些都会使应标者无所适从。另外，选择硬母线时尚应告知管母线的外径尺寸，以便制造厂提供合适的静触头固定金具，这一点往往被忽视和遗漏。
　　
关于接地开关的短路持续时间
DL／T593－2006《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》对开关设备在合闸状态下承载额定短时耐受电流的时间间隔，规定为：550～1100kV为2s，126～363kV为3s，72．5kV及以下为4s。

DL／T486关于额定短路持续时间规定为：应符合DL／17593的规定，但接地开关可以为配用隔离开关相应数值的一半，但不得小于2s。GB1985也规定“除另有规定，接地开关短时耐受电流的额定持续时间为2s”。

GB1985和DL／T486标准把接地开关的短路持续时间规定为不小于2s，是与国际标准接轨的，自1990年执行至今，运行中也没有由于接地开关的短路持续时间为2s而出现过问题。按照能源部批准的DL405-91《进口220～500kV高压断路器和隔离开关技术规范》，我国进口的大量高压开关设备，其短路持续时间都是2s，15年来实践证明运行情况良好。所以，接地开关的短路持续时间采用2s就可以了，不必与隔离开关要求一致。
　　
关于隔离开关的过载能力
DL／T593规定，温升试验的试验电流为额定电流的1．1倍，提高温升试验电流始于1992年，当时规定为1．2倍，并且注明此规定为“根据我国运行经验提出”。所谓“我国运行经验”，据分析有以下两点：(1)国家标准和IEC标准规定，温升试验应该在装有清洁触头的新开关装置上以额定电流进行，而实际运行中高压开关特别是隔离开关长期完全暴露在大气环境中工作，导电元件会受到环境和气候条件以及污秽、氧化作用，加上年久失修，引起接触不良。凡此种种运行中的不利因素，将降低开关设备的实际通流能力，如户外隔离开关导电回路过热是较为普遍的现象。根据以往运行经验，户外隔离开关的工作电流如果达到其额定电流的70％，一般会发生过热。(2)日照的影响会使导电回路温升提高。据国内试验表明，SF6断路器出线端处附加温升为16℃；户外隔离开关镀银触头及软连接处为12．5℃，铝导电管为19℃，但持续时间仅为1h。

国内一位电力专家撰文指出：“为了解决运行中的隔离开关的过热问题，电力行业标准中要求高压隔离开关按1．2倍的额定电流进行温升试验，虽然全新的产品可以通过，但是运行中的设备仍然照样发生过热。这就说明是使用条件改变了隔离开关的通流能力”。DL／T486也指出“即使按照DL／T593提高了温升试验电流值，也不得将它视为过载能力”。GB1985中关于“额定电流的选择”中指出：“应当注意，隔离开关没有标准化的持续过电流能力。因此，选择隔离开关时，应使其额定电流适应于运行中可能出现的任何负载电流”。

通常是按照额定短时耐受电流而不是按额定电流来选用隔离开关的，所以长期通过隔离开关的最大电流要比额定电流小得多，而且考虑长远发展，一般所选额定电流也有较大裕度。因此，运行中隔离开关导电回路发热的原因，并不是通过电流过大，超过了额定电流，而是由于触头及接触部位的结构、材料、表面处理和装配工艺存在问题，运行环境恶劣引起接触部位接触电阻提高而引起过热，而且恶性循环。要解决户外隔离开关导电回路过热，关键是要防止接触不良的产生，这就要从完善结构设计、选用优质材料以及提高制造工艺水平上全面考虑，包括提高安装调整质量、改善运行操作条件和检修维护工作，来提高产品抵御环境影响的能力。

按1．1倍额定电流做温升试验后导电回路仍然出现过热现象，说明提高温升试验电流并不代表隔离开关具有过载能力，这一点在选隔离开关时是要加以注意的。
　　
关于接地开关的长期通流问题
接地开关是用于将回路接地的一种机械开关装置，在异常条件下(如短路)，可承载规定时间的短路电流，但在正常回路条件下，不要求承载电流。这是接地开关与隔离开关的主要区别。实际运行中，必须严格遵循如下程序：隔离开关合闸时，接地开关必须分闸；隔离开关分闸后，接地开关才能合闸。这就说明，接地开关没有长期通过工作电流的可能，所以接地开关也就没有额定电流和回路电阻的参数。
　　
关于绝缘子爬电距离是否需要进行海拔修正的问题
曾有用户单位提出，使用于海拔1000m以上地区的户外隔离开关绝缘子的爬电距离，要求按海拔修正系数进行修正。

对这个问题，个人认为，理论上绝缘子的爬电距离是与海拔没有直接关系的。但是绝缘子的干弧距离却与海拔高度有关。使用于海拔1000m以上地区的隔离开关的干弧距离是应当按海拔修正系数进行修正的。由于在高海拔地区绝缘子的干弧距离按海拔修正后，为了满足要求，绝缘子的高度就要增加。绝缘子高度提高后，其爬电距离自然会相应增加。但是，这种爬电距离的增加是干弧距离提高后的间接结果，并非按海拔系数修正而得。
　　
结语
高压交流隔离开关是输变电设备中使用量最多的一种设备，它的结构形式多种多样，安装使用的场合也不尽相同，技术参数类别也较多，只有精心选用，对相关的技术要求要结合工程需要仔细选择，避免提出过高的要求增加无需的功能，才能收到既节省投资又安全可靠运行的效果。