450-375型窄柜接地開關(guān)的研發(fā)

一．產(chǎn)品介紹：

窄柜高壓接地開關(guān)產(chǎn)品是高壓成套開關(guān)設(shè)備的核心安全結(jié)構(gòu)性產(chǎn)品。它在工作狀態(tài)時(shí)，確保負(fù)載可能產(chǎn)生的剩余電能對人身的傷害；它在非工作狀態(tài)時(shí)，要承受主回路的電應(yīng)力和熱應(yīng)力的影響，以及故障狀態(tài)時(shí)確保設(shè)備和負(fù)載不受到二次損壞。它在操作過程中，既要保證精準(zhǔn)定位，又要保證機(jī)械機(jī)構(gòu)的操作流暢；既要能安全承受負(fù)載端可能產(chǎn)生的電能沖擊作用，又要保證主回路電能與負(fù)載回路的安全隔離。最后，在人工操作狀態(tài)下，要做到輕盈省力。

 

二、行業(yè)趨勢：

隨著國家節(jié)能減排、減碳政策的逐步實(shí)施、新能源電站建設(shè)、用電設(shè)備的擴(kuò)容升級改造等的需要，高壓成套開關(guān)柜小型化的市場潛力越來越大，而其關(guān)鍵安全性部件"窄柜高壓接地開關(guān)"技術(shù)水平及制造水平將嚴(yán)重影響高壓成套開關(guān)柜小型化的進(jìn)程與發(fā)展。

該類產(chǎn)品2002年引入我國，采用的是氣體絕緣的方式，由于具有占地面積小、智能化程度高、免維護(hù)、全工況等特點(diǎn)，使其逐漸成為一個(gè)新的選擇，并廣泛應(yīng)用于冶金、石化、礦山、開發(fā)區(qū)、城市軌道交通和高層建筑等場景。但SF6絕緣氣體在1997年《京都議定書》中被認(rèn)為是主要溫室氣體，且相關(guān)規(guī)定明確于2030年逐步淘汰SF6的使用。因此，市場需求形成了明顯特征，即減少溫室氣體的使用，采用空氣與固體絕緣復(fù)合絕緣技術(shù)。減小產(chǎn)品空間尺寸和使用空氣與固體復(fù)合絕緣的關(guān)鍵是開發(fā)適合的"窄柜高壓接地開關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品"。

 

三、450-375型窄柜接地開關(guān)的研發(fā)：

為了能夠替換SF6充氣柜，也為了真空開斷高壓開關(guān)柜能夠更加實(shí)用化，研發(fā)部門對傳統(tǒng)“28柜”進(jìn)行了技術(shù)革命。各項(xiàng)核心的一次電器元件和二次配電設(shè)備都從技術(shù)上有所突破，各種相應(yīng)的配電方案（如：負(fù)荷開關(guān)、隔離手車、PT手車、計(jì)量柜等）都能適配到極限375mm柜寬的高壓開關(guān)柜上。

窄柜高壓接地開關(guān)適用于高壓（12kV）交流金屬封閉鎧裝移開式成套開關(guān)設(shè)備高壓開關(guān)柜的柜寬在370-500mm，高度為1800mm左右，深度1300mm左右。在主回路額定電流相同的情況下，控制其內(nèi)母線聯(lián)接系統(tǒng)的相距需要技術(shù)突破。

除了相間距問題，窄柜高壓接地開關(guān)需要解決的技術(shù)關(guān)鍵性問題還有：

——與之配套的五防聯(lián)鎖裝置；

——內(nèi)部聯(lián)接母線系統(tǒng)在斷路器部分采用右進(jìn)左出銅棒連接。

——一體化整體觸頭盒結(jié)構(gòu)，聯(lián)接銅棒采用環(huán)氧樹脂整體包裹澆注與空氣絕緣形成復(fù)合絕緣；

——接地開關(guān)在于主回路母線聯(lián)接采用絕緣罩于硅膠套結(jié)合形成多重絕緣結(jié)構(gòu)；

——合理的電纜搭接位置方便現(xiàn)場施工；

——實(shí)現(xiàn)與 KYN28A-12系列寬柜柜型的并柜;

——電流互感器和觸頭盒采用一體式結(jié)構(gòu)，以減少連接銅排和連接點(diǎn)；

——緊湊結(jié)構(gòu)使內(nèi)部空間最大化，以減少放電的概率。

創(chuàng)新點(diǎn)包括：

1、采用一種U型結(jié)構(gòu)柱形母線與矩形母線搭接端子，最大限度增加了接觸面積、減少了接觸電阻。

2、三相導(dǎo)電體表面噴砂，環(huán)氧樹脂整體絕緣澆鑄，絕緣表面爬溝設(shè)計(jì)以增加爬電距離，使產(chǎn)品在窄小的空間下，耐沖擊電壓達(dá)到了4.8kV。

3、在手動操作下，應(yīng)用減力機(jī)械操作臂及傳動齒輪機(jī)構(gòu)，使操作力矩從100牛米降低到80牛米以下。

接地開關(guān)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

接地開關(guān)是用于主回路斷開時(shí)將負(fù)載接地的一種機(jī)械開關(guān)裝置，應(yīng)能承載一定的電流沖擊。而在正?；芈窏l件下，依然要承受柜內(nèi)電磁環(huán)境和熱環(huán)境，以及故障情況下產(chǎn)生的機(jī)械沖擊和熱沖擊。

實(shí)際運(yùn)行中，必須嚴(yán)格遵循如下程序：隔離開關(guān)合閘時(shí)，接地開關(guān)必須分閘；主回路開關(guān)分閘后，接地開關(guān)才能合閘。

因?yàn)檎駰l件下斷路器的重構(gòu)和柜內(nèi)空間限制，窄柜高壓接地開關(guān)尺寸構(gòu)建上有比較大的困難。窄柜高壓接地開關(guān)采用三相同步快速分合閘接地開關(guān)（簡稱；快速接地開關(guān)），快速接地開關(guān)是一種具有關(guān)合短路電流能力，專門用于電力系統(tǒng)人工接地的快速接地開關(guān)。一般配有手動操作或電動操作的快速操動機(jī)構(gòu)。在具有多個(gè)并聯(lián)主變壓器支路的電力系統(tǒng)中，為了節(jié)省投資，通常以快速接地開關(guān)代替主變壓器支路的高壓斷路器。當(dāng)主變壓器本體發(fā)生故障時(shí)，主變壓器保護(hù)起動高壓側(cè)快速接地開關(guān)進(jìn)行合閘操作，造成電力系統(tǒng)人工接地，起動電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置，致使輸電線路對側(cè)的斷路器分閘，切斷主變壓器故障。接地開關(guān)分為：接地開關(guān)操作機(jī)構(gòu)和接地絕緣罩兩部分組成。

 

四、產(chǎn)品的作用和社會效應(yīng)：

2021年8月～2022年2月，盛中意電力科技有限公司開展了450mm.400mm.375mm小型柜的“窄柜高壓接地開關(guān)”絕緣、導(dǎo)體聯(lián)接、機(jī)械力傳遞關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)與樣機(jī)試制，并于2023年間完成西高院的型式試驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告包含接地開關(guān)產(chǎn)品報(bào)告，配套的絕緣母線體系的配套報(bào)告，帶有窄柜接地開關(guān)的整體設(shè)備試驗(yàn)報(bào)告。

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)意義在于最大限度減少本領(lǐng)域溫室氣體SF6（六氟化硫氣體）的使用，并逐步淘汰；本技術(shù)與產(chǎn)品的應(yīng)用，1. 在“綠色轉(zhuǎn)型”方面，增力原有產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)減碳的目的，進(jìn)而取得市場的優(yōu)先選擇。2. 節(jié)能環(huán)保，以及對增效、減碳的貢獻(xiàn)：出于產(chǎn)品的小型化，無疑對節(jié)能環(huán)保的貢獻(xiàn)是明顯的，從而對增效、減碳的影響也是積極的。3. 對資源優(yōu)化的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在：a. 同一電壓、電流等級的機(jī)柜占用空間，相比800柜至少減小了50%左右，高度方向減小10%左右；b.整機(jī)重量相比800柜減小40%左右，真空開關(guān)（斷路器）重量減小20左右；c. 單機(jī)母線（銅材）相比800柜減少20%左右，運(yùn)輸成本減少50%左右。

 為響應(yīng)國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)號召，以及應(yīng)對以歐洲為主的國外配網(wǎng)無氟化要求，中壓開關(guān)設(shè)備的環(huán)保成為必然趨勢，大量中壓開關(guān)設(shè)備企業(yè)已經(jīng)逐步推出環(huán)保型的二次配電產(chǎn)品和一次配電產(chǎn)品。SF6充氣柜替代方案將成為二次配電環(huán)網(wǎng)柜和一次配電開關(guān)柜的研究和開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)下的熱點(diǎn)。2022年，歐盟委員會提出了《含氟溫室氣體法律》的修訂草案，修訂后的草案將削減含氟溫室氣體排放。2026年1月1日開始禁止在24 kV及以下等新裝及改造中壓開關(guān)設(shè)備中使用GWP大于10的含氟氣體，僅當(dāng)有證據(jù)證明技術(shù)上沒有替代品的情況下才能使用GWP小于2 000的含氟氣體。歐盟委員會、歐盟議會、歐盟理事會對此尚未取得最終一致結(jié)果。因此，本技術(shù)研發(fā)的產(chǎn)品將配套相應(yīng)成套設(shè)備廠家，提供12KV配電領(lǐng)域的無氟配電設(shè)備。

電力系統(tǒng)使用的開關(guān)設(shè)備，是通過斷開或恢復(fù) A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)之間的電流來控制電流流動的電路開斷設(shè)備。每件開關(guān)設(shè)備都必須能夠斷開電流，使其自身絕緣并確保網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)營。如今，全球已安裝了超過 3,000 萬套使用六氟化硫 (SF6) 的中壓開關(guān)設(shè)備。SF6 具備高度的實(shí)用性和可靠性，幾十年來受到廣泛使用和信任。然而，SF6 是一種溫室氣體，會加劇我們今天所面臨的氣候挑戰(zhàn)。因此，電氣開關(guān)設(shè)備行業(yè)認(rèn)識到必須謹(jǐn)慎使用 SF6，并且已經(jīng)制定了減少、控制和限制在中壓開關(guān)設(shè)備中使用 SF6 的策略。

2020年9月22日，習(xí)主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布，中國力爭二氧化碳排放在2030年前達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。應(yīng)"碳達(dá)峰，碳中和"要求，目前我國的電力設(shè)備市場也致力于采用 SF6 替代品。他們希望通過解決四個(gè)關(guān)鍵問題，充分利用向無 SF6 過渡帶來的機(jī)遇：客戶的成本效率，增強(qiáng)可持續(xù)性，對健康和安全的擔(dān)心，以及負(fù)責(zé)任的安裝基礎(chǔ)管理。利用真空開斷和空氣絕緣技術(shù)的新型中壓開關(guān)設(shè)備可使頂級技術(shù)提供商避免使用 SF6（傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜"28柜"）。但是，與氣體絕緣開關(guān)設(shè)備相比，用于中壓的空氣絕緣開關(guān)設(shè)備長期以來被認(rèn)為體積太大，但現(xiàn)在不再如此。如今，SF6 開關(guān)設(shè)備的替代產(chǎn)品（窄型化的"28柜"）與氣體絕緣版本一樣緊湊，且具有成本效益，是替代現(xiàn)有設(shè)備的理想選擇。此外，具有可持續(xù)性的中壓開關(guān)設(shè)備消除了創(chuàng)造可替代 SF6 的新氣體的需要，并避免了使用壽命終止后的回收、再利用和泄漏等問題，有助于減少溫室氣體排放。隨著我們對可靠電力的依賴程度上升，我們生產(chǎn)、分配和使用能源的方式必須隨之向前發(fā)展。無 SF6 開關(guān)設(shè)備是我們能源革命的一部分，與使用 SF6 相比，它減少了電網(wǎng)的碳足跡?，F(xiàn)在，使用中壓技術(shù)的企業(yè)擁有了支持可持續(xù)發(fā)展的選項(xiàng)，能夠通過選用綠色設(shè)備來減少自身的溫室氣體排放。