■ 無(wú)錫市藍(lán)虹電子有限公司 沈興元

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的迅速發(fā)展，原有電壓為12kV供電網(wǎng)將逐步升級(jí)到電壓為24kV供電，在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)新建的開發(fā)區(qū), 已經(jīng)用額定電壓24kV來(lái)環(huán)網(wǎng)供電。為此迫切需要開發(fā)出額定電壓為24kV高壓負(fù)荷開關(guān)來(lái)滿足用戶的需求，現(xiàn)把以空氣為滅弧介質(zhì)額定電壓為24kV的NAL24型負(fù)荷開關(guān)的工作原理、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計(jì)方法及使用情況作一分析，供廣大電力設(shè)計(jì)人員參考。

2 24kV負(fù)荷開關(guān)發(fā)展概況

對(duì)于12kV負(fù)荷開關(guān)而言，是上世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)在已在供電系統(tǒng)中特別是在工廠、居民小區(qū)、箱式變電站等場(chǎng)合已廣泛使用，在有些場(chǎng)合中，為了限制短路電流，寧愿采用負(fù)荷開關(guān)加限流熔斷器組合電器，用于降低電力系統(tǒng)在短路故障時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步更加可靠的保護(hù)變壓器，近年來(lái)隨著供電網(wǎng)絡(luò)額定電壓將從12kV提高到24kV的推廣應(yīng)用，以及使用24kV環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)建設(shè)和24kV箱式變電站使用，額定電壓為24kV的負(fù)荷開關(guān)和24kV的負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器的開發(fā)已成為滿足市場(chǎng)需求的當(dāng)務(wù)之急。為此近年來(lái)在12kV負(fù)荷開關(guān)的基礎(chǔ)上成功開發(fā)出24kV負(fù)荷開關(guān)來(lái)滿足市場(chǎng)的需求。

3 以空氣為滅弧介質(zhì)的24kV負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)和工作原理

目前24kV負(fù)荷開關(guān)的滅弧介質(zhì)有空氣、真空和六氟化硫，尤其是NAL24型負(fù)荷開關(guān)填補(bǔ)了以空氣為滅弧介質(zhì)領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白，現(xiàn)已成為24kV負(fù)荷開關(guān)的首選, NAL24型負(fù)荷開關(guān)是以空氣為滅弧介質(zhì),采用壓氣和產(chǎn)氣雙重滅弧系統(tǒng)，其工作原理如下：

負(fù)荷開關(guān)的靜觸頭座內(nèi)部設(shè)計(jì)成一個(gè)活塞腔，并配裝活塞，活塞桿與主軸聯(lián)結(jié)，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)觸頭分閘時(shí)，活塞也被帶動(dòng)，并與動(dòng)觸頭同步運(yùn)動(dòng)沿活塞腔向上壓氣，被壓出的氣體從噴嘴噴出，形成快速縱向吹弧氣流，即壓氣滅弧，如右圖所示。壓氣滅弧作用與開斷電流大小無(wú)關(guān)，只與機(jī)械運(yùn)動(dòng)特性有關(guān)，如左圖中曲線2所示。

噴嘴材料為高溫產(chǎn)氣材料，當(dāng)遇到由電弧產(chǎn)生的高溫時(shí)，材料表面將氣化，在瞬間產(chǎn)生大量氣體，并在短時(shí)間內(nèi)聚集在噴嘴狹小的空間內(nèi)，產(chǎn)生很大的氣壓，起到了有效的滅弧作用，即產(chǎn)氣滅弧。產(chǎn)氣滅弧作用大小與開斷電流的大小成近似正比例關(guān)系，即開斷電流越大，產(chǎn)生的溫度越高，噴嘴產(chǎn)生的氣體越多，氣體壓強(qiáng)越高，產(chǎn)生滅弧作用越大，如上圖中曲線1所示。實(shí)際開斷電流時(shí)，滅弧由活塞壓氣和噴嘴產(chǎn)氣共同完成，如上圖中曲線3所示。由此可見，在開斷小電流時(shí)以壓氣滅弧為主，在開斷大電流時(shí)以產(chǎn)氣滅弧為主。

四、NAL24型負(fù)荷開關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)

NAL24型負(fù)荷開關(guān)的觸頭外型設(shè)計(jì)合理，觸頭運(yùn)動(dòng)速度快，短路關(guān)合能力在24kV電壓等級(jí)下達(dá)到50kA，主要技術(shù)指標(biāo)如下:

額定電壓: 24kV

額定電流: 630A

額定短路關(guān)合電流: 50kA

額定短時(shí)耐受電流: 20kA/2S

額定峰值耐受電流: 50kA

額定工頻耐受電壓: 65kV/1Min

(相間及相對(duì)地)

額定工頻耐受電壓: 79kV/1Min

(隔離斷口間)

額定雷電沖擊耐受電壓: 125kV/1Min

(相間及相對(duì)地)

額定雷電沖擊耐受電壓: 145kV/1Min

(隔離斷口間)

五、NAL24型負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用實(shí)例

高新區(qū)新建某外資企業(yè)用1250kVA箱式變電站(附箱式變電站主接線圖)。

在圖中，箱式變電站的主變壓器為：SCB20-1250-20/0.4，即一次電壓為20kV，二次電壓為0.4kV，額定功率為1250kVA，采用二路環(huán)網(wǎng)進(jìn)線，二臺(tái)進(jìn)線柜上裝的開關(guān)為NAL24-6A275R型負(fù)荷開關(guān)，即額定電壓為24kV，額定電流為630A，該二臺(tái)開關(guān)間采用機(jī)械的方式進(jìn)行強(qiáng)制閉鎖，也就是說(shuō)二臺(tái)開關(guān)中只能合一臺(tái)，不能同時(shí)合二臺(tái)，但二臺(tái)可以同時(shí)分閘；出線柜上裝的開關(guān)為NALF24-6A275RE型負(fù)荷開關(guān)-熔斷器組合電器，配裝的熔斷器的型號(hào)為XRNT3A-24KV/63A-50kA，該箱式變電站使用二年來(lái)用戶反映良好，并且由于額定供電電壓已從原來(lái)的10kV提高到20kV，一次回路電流比用10kV供電減少一半，損耗有了較大的降低。

六、總結(jié)

1.在現(xiàn)有24kV負(fù)荷開關(guān)中有空氣式、真空式和六氟化硫式三種滅弧類型的開關(guān)，它們各有利弊。

2.對(duì)于六氟化硫負(fù)荷開關(guān)，開斷電壓越高其開斷性能越好，但六氟化硫式負(fù)荷開關(guān)存在泄漏問題，對(duì)環(huán)境有一定影響，且六氟化硫氣體一旦和水分結(jié)合，生成H2SO3、HF、H2FO3等易腐蝕酸液，所以在使用中要隨時(shí)監(jiān)測(cè)其氣體系統(tǒng)上的壓力表，并及時(shí)補(bǔ)氣；同時(shí)跟據(jù)京都協(xié)定書的認(rèn)定，六氟化硫氣體是六個(gè)溫室氣體之一，從環(huán)保的角度出發(fā)應(yīng)少用或不用。

3.對(duì)真空負(fù)荷開關(guān)，其開斷電流在真空中，其開斷性能較好，對(duì)環(huán)境沒有影響，但其開斷截流值較高，其真空壽命十年左右，并且有1%的真空慢性漏氣幾率的存在，在使用中要定期監(jiān)測(cè)和檢查。

4.對(duì)空氣式負(fù)荷開關(guān)，是以空氣為滅弧介質(zhì)，象NAL24型負(fù)荷開關(guān)滅弧采用壓氣和產(chǎn)氣雙重滅弧系統(tǒng)，在24kV電壓等級(jí)填布了以空氣為滅弧介質(zhì)開關(guān)的國(guó)內(nèi)空白，且通過國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心西安高壓電器研究所的型式試驗(yàn)證明，該滅弧原理在24kV電壓下是可行和可靠的。

5.由于24kV空氣式NAL24型負(fù)荷開關(guān)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，且用雙盤簧操作機(jī)構(gòu)，保證了負(fù)荷開關(guān)所需要的分合閘速度，特別是分閘速度達(dá)到6.5米/秒，確保了負(fù)荷開關(guān)能開斷和關(guān)合大電流。

6.24 kV空氣式NAL24型負(fù)荷開關(guān)安裝方便，可跟據(jù)客戶的要求靈活方便的組合安裝成左操右操，正裝倒裝，該開關(guān)使用壽命設(shè)計(jì)為五十年，在24kV負(fù)荷開關(guān)領(lǐng)域里是最理想的一種，目前已由上百臺(tái)開關(guān)在箱式變電站中使用。

《高壓交流負(fù)荷開關(guān)》王季梅編著 機(jī)械工業(yè)出版社