
1.1 滅弧和絕緣介質
斷路器一般采用的滅弧和絕緣介質有:SF6絕緣油、真空和空氣等形式,但對220kV及以上電壓等級而言,現在基本都采用SF6作為滅弧和絕緣介質,雖然SF6有溫室效應、弧后分解物劇毒等環境方面問題,但目前還沒有哪種介質能取代SF6在高壓斷路器領域中的優越地位,故現在110kV及以上高壓斷路器如無極特殊要求,都應采用SF6斷路器。
1.2 GIS與敞開式設備
選型在大的方面可以分為是選用GIS設備還是常規敞開式開關設備。GIS設備結構緊湊、占地小,設備安全可靠性較高,但價格昂貴,一般僅使用在城區土地面積較小的區域或地下變電站,且一般應用于110kV及220kV等級,500kV等級的GIS成套技術只有少數幾家大公司掌握,價格昂貴,一般在大型水電廠地下廠房內或嚴重污穢地區,及海邊等空氣外絕緣不易達到相應等級的地區使用。另外,GIS設備一旦發生故障,修復費用和費時間都較多。
1.3柱式還是罐式
常規敞開式開關設備應選用瓷柱式還是罐式斷路器應根據成本分析、故障統計以及用戶習慣等方面來確定。對于500kV電壓等級而言,由于傳統的油紙絕緣TA在運行一段時間后介損會漸漸增大,而500kV等級SF6。TA的可靠性仍需要長時間運行來驗證(目前500kV等級SF6TA故障率較高),故采用罐式斷路器雖然增加了斷路器內絕緣故障的可能性,但大幅降低了TA的故障率。價格方面罐式斷路器稍稍超出了瓷柱式斷路器加獨立TA的價格,占地方面如采用一個半斷路器常規接線方式,兩者差別不大。罐式斷路器由于罐體外可加裝加熱裝置,故在相同的SF6密度下,更能適用于嚴寒的氣候條件。此外,罐式斷路器重心較低,抗震性相對較強;相對而言,柱式斷路器基本不存在對地絕緣問題,結構簡單,維護方便,且價格上有一定的優勢,選擇時應綜合考慮。
1.4 新型開關設備
新型開關設備如H-GIS、PASS等以高度集成、運行靈活、結構簡單、二次接口標準化、可在工廠內進行單元組裝并調試、建設安裝工期短、維護量少等特點而迅速發展,價格相對而言不太昂貴,建議在華北網內選擇進行試用。
2 合閘電阻問題
500kV系統為降低長線路操作過電壓,在線路斷路器上裝設合閘電阻,合閘時在主觸頭閉合前投入,待主觸頭完成投入后合閘電阻退出。非線路斷路器如主變斷路器、母聯斷路器等不應裝設。線路斷路器是否裝設合閘電阻應根據相應的過電壓計算分析得出。一般而言,200km以下線路用避雷器就可限制操作過電壓至相應水平,線路斷路器可不裝設合閘電阻。200km以上線路需計算得出。裝設合閘電阻的斷路器成本提高很多,且使得斷路器機構可靠性降低,所以不必裝設的地方就不應裝設。220kV及以下電壓等級由于操作過電壓不高,所以不應裝設合閘電阻。
3 斷路器的外絕緣的參數選用
斷路器的參數選用應滿足DL/T615-1997交流高壓斷路器參數選用導則。其額定電壓、額定電流、額定短路開斷電流以及斷路器時間特性均應符合相應的標準要求。在此主要就設備招標中出現的外絕緣爬距問題進行說明。
斷路器外絕緣的公稱爬電比距應符合DL/T593-1996 3.1.2C的要求。
500kV斷路器斷口間的公稱爬電比距與對地公稱爬電比距之比一般取1.15~1.35。如果對地公稱爬電比距值較大,則取偏小值;如果對地公稱爬電比距值較小,則取偏大值。
對于500 kV聯絡斷路器斷口間外絕緣,爬電比距一般應取相應污穢等級標準值的1.3倍,而不能簡單地認為取該斷路器對地絕緣爬電比距的1.3倍。聯絡斷路器一般系指斷開后能分隔兩個獨立電網的斷路器,其斷口兩端有可能承受兩倍最高運行相電壓作用。如發電廠發一變組高壓斷路器、兩大電網聯絡線兩端斷路器等,而一般的母聯斷路器則不屬此類。
4 操作機構的選擇
統計表明,高壓斷路器約60%的故障和障礙屬于操作機構故障或障礙。操作機構是斷路器中極為重要的一部分。目前應用的操作機構大致可分為彈簧機構、液壓機構(含彈簧液壓機構)、氣動機構等幾大類型。
4.1 彈簧操作機構
該機構是以儲能的彈簧直接操作斷路器的機構形式。它的結構簡單、維護量小,二次各種儲能位置、閉鎖接點簡單。彈簧機構一般為電動合閘彈簧儲能,對儲能時間要求能滿足。0--0.3 s--合分--3min一合分的操作時序,即要求合閘儲能時間小于3min。此種機構分合閘彈簧在運行中一直處于儲能狀態,長期運行可能會產生彈簧疲勞、變形、斷裂等問題,且一般無法提前預知,所以對彈簧材質要求極高。目前各生產廠家生產的彈簧操作機構均通過了3 000次甚至更高的機械壽命試驗,但彈簧機構在長期運行中的分、合閘彈簧形變以及對斷路器時間、速度等參數的影響仍需研究和時間檢驗。
4.2 液壓機構(含彈簧液壓機構)
是以高壓液壓油驅動工作缸活塞帶動觸頭進行分合操作,這種類型的操作機構技術成熟,操作功大,運行可靠。常見的問題是原有國產液壓機構機械加工精度不高,密封件質量差,長期運行會產生滲漏油、頻繁打壓等現象。但目前生產的集成化的液壓操作機構已經大有改進,其中管路減少、密封元件數量減少,閥體集成等措施使得滲漏油的幾率大大降低。
4.3氣動操作機構
是以壓縮空氣為動力進行開關操作的機構。它的優點是以空氣為介質,無環境污染,造價相對便宜,輸出操作功大。氣動機構最大的問題是空氣中的水份經壓縮后變成液態,在寒冷季節結冰會堵塞管路、閥體等,因此需要嚴格執行定期放水制度,必要時可添加自動脫水裝置、自動排污閥等。氣動機構對空氣壓縮機要求較高,一般應采用高質量的空氣壓縮機。
5 備品/備件及專用工具
為方便斷路器的運行、檢修及試驗等,在斷路器訂貨時需選擇一定數量種類的備品/備件,一般應包含以下內容:分、合線圈,閥門,壓力表,手力操作工具,吊裝工具等,對于氣動機構應考慮是否訂購備用空氣壓縮機。若同型號斷路器較多或故障恢復時間要求較高時,可考慮備用單只滅弧室和單相操作機構。在500kV系統中,采用一個半開關接線時,由于兩臺斷路器同時故障的可能性極低,可不考慮事故備用備品,但對220 kV系統,單臺斷路器故障可直接迫使機組或線路停運,因此可考慮事故備用斷路器設備,這一點,對進口GIS類產品尤為重要。
為便于現場斷路器速度測試,用戶還應訂購能適用于所用開關測試儀器的速度測量支架、傳感器等,以便在交接或必要時進行速度檢查。
6 出廠試驗
高壓斷路器應按相應標準如GBl984-89等進行出廠試驗。在機械操作試驗項目中的低電壓操作試驗中,有的廠家只進行30%電壓不分閘,65%電壓可靠分閘即認為通過,而不測定具體的動作電壓數值,以后交接和預試時無法與出廠值相比較,因此我們建議招標時要求制造廠在出廠時測定具體的最低動作電壓數值。
7 改造項目中新斷路器與原有保護系統
配合問題
在斷路器改造項目中,常因配合原有保護系統而對斷路器線圈提出電阻、電流方面的要求,要求生產廠改變原有標準配置配用非標線圈,這需要進行嚴格的計算和試驗才可實施,而且又涉及運行后線圈更換時的備品問題,所以我們建議不應強制要求斷路器線圈配合原有保護系統,而應將原保護系統中的接口板卡一并更換。
另外,對于分閘回路的RC并聯加速回路的斷路器,由于其在分閘瞬間要獲得數十安培的直流電流,所以在二次保護方面應特殊設計,增大直流電纜線徑并降低跳閘繼電器接點的接觸電阻,防止因斷路器分閘回路未能獲得足夠的端電壓而拒動。