国产高压交流隔离开关的发展和向特高压的跨越

第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 国产高压交流隔离开关的发展和向特高压的跨越 钟振蛟 (ShenyangHighVoltageSwitchgearCo.Ltd.,Shenyang110025,China) DiscussionofDevelopmentofEHVandUHVDisconnectorinChina (沈阳高压开关有限责任公司,辽宁 沈阳 110025) ZHONGZhen-jiao 文章编号:1001-1609(2007)04-0265-04 摘要:回顾了我国40年来超高压和特高压隔离开关的发展历 程,对国产超高压和特高压隔离开关的水平进行了综合分析,指 出了与跨国公司产品存在的差距,并总结了发展的主要经验。 关键词:超高压;特高压;隔离开关;发展;水平分析; 技术参数 中图分类号:TM564.1 文献标志码:B Abstract: The developmentcourse ofEHV and UHV disconnectorhadbeenreviewedsincelastfortyyearsin China,andthelevelsofdomesticdisconnectorwereanalyzed synthetically.Comparisonsbetween domesticproductsand multinationalproductshadbeenpointedout,andthebasic developmentexperiencehadbeensummarized,too. Keywords:EHV;UHV;disconnector;development; discussionoflevel;technicalparameters 0 引言 我国于20世纪60年代中及70年代末已自主研 制出363、550kV超高压隔离开关,历经40年的不断 创新、发展,如今已成功地跨入特高压时期,并正在向 世界电力科技高峰1000kV级迈进。超高压和特高 压交流隔离开关的诞生和发展是自力更生和改革开 放形势下自主创新发展我国输变电设备的缩影。 1 我国超高压交流隔离开关发展的回顾 1.160年代的良好开端 随着刘家峡大型水电站的建设,为解决其电力送 出问题,我国建设了第1条330kV输电线路(刘天关 线),西安高压开关厂(西开)和沈阳高压开关厂(沈 高)承担了联合设计开关设备的任务,于1966年研制 成功 GW7-330/1500型三柱式隔离开关,1970年交 付电网运行[1]。这条全部使用国产设备的330kV输 电线路于1972年6月建成投产[2],高压开关设备于 1975年8月通过一机、水电两部联合鉴定。同时为了 适应刘家峡水电站利用导流洞建设开关站要求设备体 积小、占地面积省的特殊需要,还首创了ZH1-330型 敞开式组合电器,即利用GW7型隔离开关与电流互 感器、电压互感器或电缆头进行各种有机组合,从而 使电站布置紧凑、节省造价。这种结构形式在世界上 是绝无仅有的,已发展成具有中国特色的新品种, 1978年获全国科技大会奖。此后,还研制了多种型式 的363kV隔离开关,在覆盖了陕、甘、青、宁4省(区) 的西北330kV电网建设中发挥了重要作用。 1.2第1代国产550kV隔离开关的诞生 随着我国电网的扩大,1976年开始建设500kV 输电线路,但是高压开关设备只能依赖进口。为了促 进 550kV开关设备的发展,1978年国家决定兴建 1条用国产设备装备的 500kV输电线路———锦辽 试验线段,国家安排沈高和西开两厂为这条试验线 路研制550kV开关设备[3,4]。1981年,沈高提供了 GW6-550型剪刀式隔离开关和 JW2-550型接地开 关,西开提供了GW7-550型三柱式隔离开关。按照机 械和电力两部 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 要求,产品额定电流2500A、峰值 耐受电流100kA、短时耐受电流40kA、3s。这批产品 数量不多,仅20余组,但却开创了我国自主设计独立 制造550kV隔离开关的先河。1985年通过两部运行 鉴定,这可称为我国第1代550kV隔离开关。在研制 过程中,进行了产品绝缘结构和机械受力研究,攻克 了铝合金导体设计制造、绝缘试验、无线电干扰试验 及开合小电容电流试验等技术难题,为今后发展积累 了宝贵经验。1988年锦辽线国产设备同时获得国家 科技进步一等奖及机械委科技进步特等奖。 1.320世纪末550kV隔离开关跨入第4代 1984年,当我国兴建元锦辽海线和晋京线时, 沈高在认真总结锦辽试验线段设备研制经验的基础 上,自主设计研制了 GW6-550型单柱剪刀式隔离 开关、GW12-550型双柱水平断口折叠立开式隔离 收稿日期:2007-02-05; 修回日期:2007-07-12 作者简介:钟振蛟(1935-),男,高级工程师,从事高压开关设计、研发及工艺制造工作。 !!!!!!!!!"! " !!!!!!!!!" ! " 特高压电器专题 265· · 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 开关及JW4-550型接地开关。按照协议要求,额定 电流为3150A、峰值耐受电流为 125kA、短时耐受 电流50kA、3s。由于额定电流增大,隔离开关采用 了双导电闸刀结构。鉴于当时国内还不能生产高强 度500kV棒式绝缘子,所以因地制宜采用了由4节 110kV绝缘子叠装而成的 3根支柱组成三角锥形 的支架结构。这是我国第2代550kV隔离开关,共 有240组应用在元锦辽海线、晋京线及吉林东丰、安 徽洛河、山东济南、天津等地。1987年9月通过两部 联合运行鉴定。 与此同时,西开和河南平顶山高压开关厂 (平 高)参照外国产品先后研制成功单柱垂直断口偏折 式和双柱水平断口折叠立开式两种 550kV隔离开 关和接地开关,结构形式上有所突破。产品采用单列 瓷柱、单臂齿轮传动折叠伸缩结构,传动元件及平衡 弹簧均放置在上下导电管内,导电关节采用滚轮触头 导电盘,结构紧凑且外形简洁。西开的型号为GW10- 550/2500、GW11-550/2500及 JW3-550,1985年首 批供给葛洲坝大江电厂使用,1989年4月通过两部 联合运行鉴定。平高的型号为 GW16-550/2500、 GW17-550/2500及 JW5-550,最先应用于山东邹县 电厂,1990年11月通过两部运行鉴定。 1988年,西安电瓷厂采用先进的等静压技术制 造出抗弯8～14kN的500kV高强度绝缘子,沈高 随即将第2代产品的三角锥形绝缘支架用单列瓷柱 代替,实现了轻小型化。随着电网容量的扩大,西开、 平高经过试验和改进,于1987年及1994年把各自产 品增容到额定电流3150A、峰值耐受电流125kA、短 时耐受电流50kA、3s。这便是第3代隔离开关。 为了配合三峡工程建设和适应电网容量扩大的 需要,进一步提高550kV隔离开关的技术参数,沈高 和西开于1999年末通过改进结构将额定电流提高到 4000A、峰值耐受电流提高到160kA、短时耐受电流 提高到63kA、3s;平高于2001年初通过开发新产品 实现了参数的提高。研制出的国产第4代550kV隔 离开关已在“西电东送”及三峡外送工程中广为采用。 1.421世纪自主创新超高压隔离开关再上新台阶 进入21世纪,随着中国加入WTO,跨国公司大 步挺进中国电力市场。为了提高竞争力,各大厂加速 产品升级换代的步伐,使产品水平再上一个新台阶。 平高在巩固 GW16/17-550型市场占有率的基 础上,开发完成了具有自主知识产权的GW27-550型 隔离开关和JW8-550型接地开关。GW27为三柱水 平断口,导电杆水平运动后轴向旋转,操作力小、动 作平稳、电接触结构合理、通流能力好。同时参照国 外先进结构,开发出 GW28-550、GW29-550型新型 产品。此产品结构特点是单臂齿轮传动折叠伸缩,导 电关节采用软联接,结构简单,而触头采用梅花触指 插入式,并设有适应开合母线转换电流和小电流的 引弧触头。由于触头封闭受环境影响小,提高了产品 免维护性能。上述产品已于2001年10月通过国家 级鉴定[5]。随后研发的GW46-550型剪刀式隔离开 关,于2006年8月在KEMA试验站顺利通过短时 耐受电流 63kA、3s,峰值耐受电流 160kA、开合母 线转换电流 1600A(400V)和小电流试验[6],并于 2007年通过国家鉴定。 沈高于 2004年底 将 GW6-550型 改 进 为 GW6A-550型,保留双导电闸刀和触头钳夹范围大 的特点,优化机械传动系统,提高了可靠性和防腐性 能;将GW12-550型改进为GW12A-550型,保留连 杆传动、导电关节为软联接和插入式触头等优点,将 副管取消做成单臂折叠形式,使产品结构大为简化。 GW6A、GW12A型具有自主知识产权的产品。 2003年 10月西开和平高与美国南州电力开关 有限公司(SSL)签订了转让技术和合作生产隔离开关 的协议。据此西开研制完成 GW45-363、550型及 RDA-1型363kV隔离开关,平高研制完成550kV EV-1型隔离开关。2003年之前,国内能够生产 363、550kV隔离开关和接地开关的只有沈高、西 开、平高3个厂家。长沙高压开关有限公司(长高)近 年来致力于超高压隔离开关的研制和生产,2002年 开发完成 GW16A-550、GW17A-550型隔离开关及 JW5A-550、JW6A-550型接地开关,2003年研制成 功 GW35-363、550型及 GW36-363、550型隔离开 关。2003年11月通过国家鉴定,成为国内第4家生 产超高压隔离开关的专业工厂。 随着电网的发展,同塔双回平行架空输电线路 越来越多,要求接地开关具有开合感应电流的能力。 于是2003年底,沈高率先开发了具有开合感应电流 能力的550kV接地开关,随后平高、西开、长高也相 继开发了这种产品,并且开合能力高于国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和 IEC标准的要求,满足了国内工程的需要。国产超高 压交流隔离开关主要技术参数见表 1,表中带“*” 的型号对应的参数也带“*”。 2 从超高压向特高压的跨越 2.12005年800kV特高压隔离开关投入运行 为了适应黄河上游公伯峡等大型水电站及西北 特大坑口电厂电力送出及实现西电东送和西部大开 发的需要,2003年 2月 19日国家正式批准建设西 北750kV输电工程,拉开了21世纪特高压在中国 电力输送的帷幕,也催生了我国特高压隔离开关。 西开(西安西电高压开关有限责任公司)与美国 SSL公司进行技术合作生产的GW45-800型隔离开 关为双柱水平断口直臂立开式,导电杆摆动并自转, 分合闸动作平稳,冲击力小。触头采用镶银工艺,导 266· · 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 表1 国产超高压交流隔离开关主要技术参数 沈 高 GW6A*、 GW12A*、 GW7、 GW20/21 550 3150/ 4000* 740 (+315)1675 1675 (+450) GW6*、GW7、 GW12* 363 2000, 2500/ 3150* 4000* 644/ 725* 1300/ 1469* 1300 (+240)/ 1469 (+256)* 长 高 GW16A/7A, GW35/36* 550 3150/ 4000* 5000* 800 1675 1675 (+315) GW16A/7A, GW35/36* 363 2500, 3150/ 4000* 655 1328 1328 (+205) 西 开 GW10/11* GW7、GW45 550 3150/ 4000* 740 (+315) 1675 1675 (+450) GW10/11、 GW7、 GW45*、 RDA-1* 363 1600, 2500/ 3150* 4000、 5000 650/ 671* 1300 1300 (+230) 平 高 GW16/17、 GW27*、 GW28/29*、 EV-1*、GW46* 550 3150/ 4000* 740 (+315) 1675 1675 (+450) GW16/17、 GW7 363 2500, 3150/ 4000 576 (+237) 1328 1328 (+333) 制 造 厂 产品型号 额定 电压 /kV 额定 电流 /A 雷电冲击耐受 电压(峰值)/kV 对地 断口 50/63* 3 125/160* 740 40/50* 3 100/125* 566/638* 50/63* 3 125/160* 740 50/63* 3 125/160* 576 50/63* 3 125/160* 740 570/610* 50/63* 3 125/160* 740 50/63 3 125/160 576 额定短 时耐受 电流/kA 额定短 路持续 时间/s 额定峰值 耐受 电流/kA 1min工频耐受电 压(有效值)/kV 对地 断口 操作冲击耐受 电压(峰值)/kV 分、合 闸 时间/s对地 断口 1300 1175 (+450) 12 1050 890 (+325) 7.5 1300 1175 (+450) 9±2/ 12±2 1045 950 (+330) 9±2 1300 1175 (+450) 9±1*, 12±1 1050/ 1188* 1000 (+345)/ 1000 (+369)* 9±1 1175 1050 (+450) 12±1 1050 960 (+334) 9±1.5 3000/ 2000 2000/ 1500 1500 2000/ 1500 1500/ 1000 1500 3000/ 2000 12001500 3000/ 2000 12001500 3000/ 2000 2000/ 1500 1500 2000/ 1500 1500/ 1000 1500 3000/ 2000 2000/ 1500 1500 2000/ 1500 1500/ 1000 1500 接线端静态 机械负荷/N 纵向 横向 垂直 2.0 0.7 1.0 0.7 1/2* 0.5/1* 2 1 2.0 0.5 0.6 - 2.0 0.5 1.5 0.5 电容 电流 电感 电流 开合小电 流能力/A 转换 电流/A 2500 1600 1600 - 2500 2500 恢复 电压/V 400 350 300 - 450 450 3200 1600 2500 1600 450 400 450 300 开合母线转 换电流能力 次 数 容性 电流 /A 容性 电压/ kV 100 25 32 100 25 25 100 25 25 - 25 25 100 25/5025/35 100 25 25 3 25 32 100 3 25/5025/50 100 接地开关开合 感应电流能力 感性 电流 /A 感性 电压 /kV 200 25 200 250 200 25 200 25 200/ 30025/35 200 25 200 30 200/ 400 25/35 3 160 3 100/125*40/50* 63 电性能好、耐磨损,具有触头自清扫和破冰能力强 等优点,2005年 9月已在我国第1条 750kV青 海官亭至甘肃兰州东输电示范工程正式投入运行, 填补了国内空白[7]。这是目前我国电压等级最高的 输电线路,也是世界上海拔最高的 750kV输电工 程。平高(河南平高电气股份有限公司)自主研制完成 的GW27-800型隔离开关和JW8-800型接地开关, 在通过型式试验后于2006年5月通过国家鉴定[5]。 沈高[新东北电气(沈阳)高压隔离开关有限公司]自 主研制完成的GW12A-800型隔离开关及JW4-800 型接地开关,于2006年9月通过国家鉴定。 2.2 自主研制1100kV特高压隔离开关 2005年2月,百万伏级交流、±80万伏直流输电 技术的前期研究工作开始,国家电网公司的晋东南- 南阳-荆门百万伏交流输电示范工程,已于2006年 8月奠基,预计 2009年建成后直接投入商业化运 行,国内4家开关制造厂都在短期内在800kV的基 础上独立自主开发出 1100kV特高压隔离开关的 新产品,国家电网公司对特高压交流隔离开关提出 的主要技术参数见表2。 西开自主开发的 GW46-1100型三柱水平开启 闸刀翻转式隔离开关,可两侧附装折叠式接地开关 表2 国产特高压交流隔离开关主要技术参数 额定短时耐受电流/kA 额定短路持续时间/s 额定峰值耐受电流/kA 开合母线转换电流能力 绝缘 水平 海拔/m 额定短时工频耐受电压(有效值)/kV 对地 断口 额定雷电冲击耐受电压(有效值)/kV 对地 断口 额定操作冲击耐受电压(峰值)/kV 对地 断口 开合小电流能力 电容电流 电感电流 1000 2000 960 1086 960(+320) 1086(+360) 2100 2350 2100(+460) 2350(+510) 1550 1675 1300(+630) 1425(+720) 接线端静态机械负荷/N 纵向 横向 垂直 接地开关开合感 应电流能力 电磁感应 感性电流/A 感性电压/kV 静电感应 容性电流/A 容性电压/kV 额定电压/kV 额定电流/A 800 4000 50 3 125 3000 1000 1230 1100 1230(+410) 1100(+635) 2680 2400 2680(+590) 2400(+630900) 1860 1800 1620(+810) 1675(+900) 2.0 1.0 1600A,400V,100次 160,200 20,25 25 32,100 3000/2000 1500 2000/1500 1100 4000 50 2 135 待定 3000 3000 2000 1、2 0.5 1600A,400V,100次 267· · 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 表3 国内外超(特)高压交流隔离开关主要参数比较表 结构形式 制造公司及型号 主要参数 简图 单 柱 垂 直 断 口 对折式 法国AREVA P 420、550kV,4000A,80kA/3s 德国SIEMENS PR5 363、550kV,4000A,63kA/3s 日本高岳 TPD2 420,525kV,4000A,40kA ABB/HAPAM(荷兰) GSSB 420,550,800kV,4000A,63kA/3s 沈高 GW6A 363,550kV,2500～4000A,50,63kA/3s 偏折式 法国AREVA SPV,SPVL 420～800kV,4000A,63kA/3s 西开 GW10 363,550kV,2500,4000A,40,63kA/3s 平高GW16, GW29 363,550kV,3150,4000A,50,63kA/3s 沈高 GW20 550kV,3150A,50kA/3s 长高 GW16A,GW35 363,550kV,3150,4000A,50,63kA/3s 双 柱 水 平 断 口 平开式(中 央开断) 法国Egic DR 420,525kV,4000A,63kA/3s 德国SIEMENS CR 363,550kV,4000A,63kA/3s 日本高岳 THBE 420,525kV,3150A,40kA/2s 立开式 (折叠) 法国AREVA SPO,SPOL 420～800kV,4000A,60kA/3s 法国Egic OH 420～800kV,6300A,75kA/3s 西开 GW11 363,550kV,2500,4000A,40,63kA/3s 平高GW17,GW28 363,550kV,3150,4000A,40,63kA/3s 长高GW17A,GW36 363,550kV,3150,4000A,50,63kA/3s 立开式 (直臂) 美国SSL EV、EV-1 550,800kV,3000,4000A,50,63kA/3s 日本高岳 TVR3 420～765kV,4000A,40kA 西开(美国SSL) GW45 363,550,800,1100kV,3150,4000A,50kA/3s 平高(美国SSL) EV-1 550kV,4000A,63kA/3s 三 柱 水 平 断 口 平开式(闸 刀平动) 西开 GW7 363,550kV,2500、3150A,40,50kA/3s 沈高 GW7 363,550kV,2500,3150A,40,50kA/3s 平开式(闸 刀翻转) 法国AREVA S3CD 420,550kV,4000A,63kA/3s 德国SIEMENS DR 363,550,800kV,4000A,80kA/1s 法国Egic SRT 420,550kV,4000A,63kA/3s 平高GW27 550,800,1100kV,4000A,63kA/3s 平高 GW46 550kV,4000A,63kA/3s 德国SIEMENS KP5,TR5 363,550,800kV,3150,4000A,63,50kA/3s 沈高GW12A 沈高GW21 363～800,1100kV,4000,3150A,63,50kA/3s 550kV,3150A,50kA/3s 德国SIEMENS VH 法国 Egic SV 550,800kV,4000,3150A,63,50kA/3s 420,550kV,4000A,63kA/3s ABB/HAPAM(荷兰) SSBⅢ 美国SSL RDA-1 420,550,800kV,4000A,63kA/3s 420,550,800,1100kV,3000A,50kA/3s 西开(美国SSL) RDA-1 西开GW46 363kV,3150A,50kA/3s 1100kV,4000A,63kA/3s 法国Egic SSP 加拿大EMSPEC SP-15506 420～800kV,4000A,63kA/3s 363,550kV,4000A,63kA/2s ABB/HAPAM(荷兰) SSBⅡ 加拿大EMSPEC SR-16200 420,550kV,4000A,63kA/3s 363kV,4000A,63kA/2s ABB/HAPAM(荷兰) VKSBⅢ 加拿大EMSPEC FVB-15506 420,550,800kV,4000A,63kA/3s 363,550kV,4000A,63kA/2s ABB/HAPAM(荷兰) VSSB-Ⅲ 加拿大EMSPEC SB18160 420,550,800kV,4000A,63kA/3s 363,550kV,4000A,63kA/2s 已通过西电公司技术鉴定。平高自主研制的GW27- 1100型三柱水平开启闸刀翻转式隔离开关,可两侧 附装立开式接地开关,已于 2006年 8月中旬在 KEMA试验站通过了短时耐受电流、峰值耐受电 流和开合母线转换电流、电容电感小电流等关键项 目试验。沈高自主研发了GW12A-1100型双柱折叠 立开式隔离开关,可两侧附装折叠式接地开关[6,8]。 长高(湖南长沙高压开关集团股份公司)的1000kV 特高压接地开关已通过了型式试验。这些1000kV 特高压隔离开关将首选提供国家电网公司在武汉建 设的特高压交流试验基地带电试验。 3 水平评述和发展经验 从1980～2006年,国产550kV隔离开关装备 了300多个500kV变电站。据高压开关行业协会统 计资料,自1990～2006年,国内共生产550kV隔离 开关和接地开关 5243组,363kV隔离开关和接地 开关1954组。 3.1水平评述 (1)目前国际上流行的6种结构形式(见表 3), 在单柱垂直断口偏折式及双柱水平断口折叠立开式 中,还有触头钳夹式或插入式两种产品可供选择。 800kV及 1100kV级特高压也已自主研制成 3种 (下转第273页) 268· · 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 第43卷 第4期 2007年8月 HighVoltageApparatus Vol.43 No.4 Aug.2007 结构形式。 (2)产品的主要技术参数已达到国际先进水平。 800kV级产品可用在海拔2000m或3000m,其绝 缘性能是目前世界上最高水平。1100kV级产品的绝 缘水平也达到国际水平。 (3)国产隔离开关在绝缘水平、通流能力、无线 电干扰、接线端静拉力、短时耐受电流持续时间、开 合母线转换电流、接地开关开合感应电流以及整体 强度试验等方面,都高于国外产品。 (4)国产超高压隔离开关,从 1985年算起已有 六千多组在全国电力系统中运行,时间最长已达 20年,800kV特高压隔离开关已安全运行近两年, 总体情况良好。 (5)在产品外观、可靠性、稳定性、耐用性、防腐 性和免维护方面以及关键原材料的品质与跨国公司 产品存在着差距。外购通用件如轴承、自润滑轴套、 不锈钢万向接头及紧固件等的质量也有待提高。 3.2 发展的主要经验 (1)要广泛应用新设备、新技术、新工艺,诸如加 工中心、数控机床、数控钣材冲、剪、折弯机等,要将 SF6断路器的设计制造和质量管理的理念应用到隔 离开关产品上。“工艺出精品,精品出效益”。 (2)在超高压和特高压隔离开关设计、制造和管 理工作中,推广应用数字化制造技术,如虚拟设计的 应用,以提高研发能力、缩短研发周期、降低产品成 本、增强产品的市场竟争力。 参考文献: [1] 吴美潮.中国电气进入特高压时期 [J].电气世界,2005(7): 60. 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