1 引言
國家電網公司在2005年工作會議上明確提出:在今后幾年內,我國需要建設全國特高壓電網,它是我國當前電網建設工作的重中之重。電力規劃設計總院為了貫徹國家電網公司關于在全國建設特高壓網的決議,準備在全國規劃建設7個特高壓輸變電示范工程,即3個1000kV交流特高壓輸變電工程,4個±800kV直流工程。其中,陜北煤電基地-山西晉東南煤電基地-南陽-荊門-武漢的單回1000kV交輸變電示范工程預計在2008年建成。這意味著我國對1000kV交流輸變電技術科研工作將從前幾年的科研前期準備工作階段進入工程建設實質性階段。
本文在總結我國近25年來300多個500kV配電裝置中550kV隔離開關工程應用實踐的基礎上,參照近期國內750kV隔離開關的選型,通過分析國外一些隔離開關著名制造廠商,如西門子、ALSTOM,ABB,SSL(美國)、EGIC(原法國MG)、HAPAM(荷蘭)等所生產的800kV隔離開關工業產品以及1000kV隔離開關試制產品的有關情況,提出了1000kV特高壓隔離開關(以下簡稱UHV隔離開關)的選型原則,并且按線路型和母線型2種不同型式提出了選型意見和技術條件。
2 UHV隔離開關的作用
1000kV配電裝置有常規GIS,復合式組合電器(HGIS)和敞開瓷柱式電氣設備(AIS)3種可供進擇的方案。按照我國500kV和西北地區750kV電網建設經驗,無論哪一種方案UHV隔離開關的作用都需要安裝戶外隔離開關,因此開展1000kV空氣絕緣UHV開關隔離開關的作用是十分必要的。l000kV配電裝置的布置型式和電氣主接線決定了其中UHV隔離開關的配置方案和功能,在電氣主接線中不同位置的UHV隔離開關有不同的作用。
由于1000kV斷路器的價格十分昂貴,因此1000kV配電裝置電氣主接線應在保證可靠性的前提下盡量少用斷路器,宜采用一個進(出)線回路配置1臺斷路器的原則。如采用運行方式靈活的雙母線雙段接線,而不采用目前我國500kV配電裝置通常采用的一個進(出)線回路配置l臺半斷路器(2個回路組成1串、配置3臺斷路器)的1個半斷路器接線方式。
因此,應按雙母線雙分段接線方式來研究1000kV UHV隔離開關的作用。通常,1個典型的雙母線進(出)回路中有2種隔離開關:線路型和母線型隔離開關。
2.1線路型隔離開關
線路型隔離開關布置在斷路器旁靠線路側。當斷路器停電檢修時,將隔離開關打開,接地開關接地,以便在斷路器靠線路側形成一個明顯的斷點,并可靠接地,線路型隔離開關僅起檢修隔離的作用。
2.2母線型隔離開關
母線型隔離開關布置在斷路器旁靠母線側,它主要有3個作用:①與線路型隔離開關相同,起檢修隔離作用;②開合空載母線充電電容電流;③在改變雙母線運行方式(如當出線回路從母線Ⅰ改為Ⅱ母線)時需要進行倒閘操作,母線隔離開關與母聯回路形成環路,母線隔離開關需要開合母線轉換電流。
顯然,對母線型隔離開關的技術要求比線路型的要高得多。
3、UHV隔離開關的選型原則
(1)按照隔離開關在1000kV配電裝置中的不同位置、起不同的作用,分別按線路型和母線型2種小同的技術條件進行選型。1000kV線路的充電功率是500kV的5倍。相應的1000kV母線充電電流也比500kV的大得多。美國SSL公司生產的RDA型1000kV隔離開關相間距離為14m,也比500kV(通常為7m)大得多,此外1000kV隔離開關的制造難度較大。因此對1000kV隔離開關的選型,不能沿用500kV隔離開關型式繁多而又不加區別的用同一技術標準的原則,而應對線路型和母線型這2種基本類型按不同的標準各選擇一種相對穩定的1000kV隔離開關,以便于我國高壓開關廠對UHV隔離開關的研制工作。
(2)隔離開關打開后帶電的導電桿不能占用相間空間。對于單斷口的隔離開關,在分閘狀態下導電桿是帶電的。由于1000kV配電裝置的相問最小安全凈距(空氣間隙)很大,一般為8m左右。如果采用單斷口的隔離開關,則隔離開關打開過程中會由于導電打的水平轉動而占用一定的相間空間(導電桿長度)。導電桿長度再加上8m的最小安全凈距,導致隔離開關的相間距離在20m以上,大大增加了配電裝置的占地面積,不能滿足UHV配電裝置的設計要求。
(3)對隔離開關,力求結構簡單、機械強度大、分閘時穩定性好和盡量少維護是結構選型的基本出發點。1000kV隔離開關采用空氣絕緣,單斷口導電桿長約8m,支柱絕緣子高約7.5m。如果產品外形高,縱向尺寸大、質量大,那么在制造上將會有較大的難度。因此應選用斷口少、折疊活動臂少和結構簡單的結構型式,以保證產品的機械強度和穩定性。
(4)在1000kV電容式電壓互感器(CVT)同路中不允許安裝隔離開關。避免CVT回路的隔離開關在投切數值很大的集中電容時出現電弧過長而很難熄滅的問題。
4、國外UHV隔離開關產品剖析
世界上投運750kV電網已有幾十年的歷史。均采用800kV隔離開關,由一些著名制造廠商提供成熟的工業產品。而1000kV電網只在日本、前蘇聯、美國等少數國家處于試運行階段,有的國家目前還是降壓運行。因此國外1000kV隔離開關基本上都是試制產品,即在原有800kV隔離開關基礎上增加外絕緣距離,解決好整體機械強度和電場分布的問題,以滿足電壓提升的要求。國外1000kV隔離開關主要技術參數見表1。
分析國外1000kV隔離開關的試制產品,可以得到以下2點啟示:
(1)從結構型式上看,采用雙柱垂直開啟式隔離開關的比例最大,占50%;采用三柱中間水平旋轉式隔離開關的比例次之,占34%;至于單柱垂直伸縮式隔離開關,由于其結構較復雜,故所占比例最小,為16%。這證實了本文前面提出的對1000kV隔離開關的選型應力求結構簡單這一觀點。
(2)國外產品的絕緣水平、額定電流等技術參數,可供我國在確定示范工程的絕緣配合時參考。對1000kV隔離開關的雷電沖擊耐受電壓可取2250kV,額定電流可取4000A,額定短時耐受電流及時間可取50kA,2s和63kA,2s二檔。
當前投入工業運行的1000kV