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负荷开关技术

 
 
高压40.5KV负荷开关的研发和应用

[成套设备专题]高压40.5KV负荷开关的研发和应用


高压40.5KV负荷开关的研发和应用


  摘要:本文就高压40.5KV负荷开关发展概况作一简述,详述了以空气为灭弧介质并应用压气和产气灭弧为原理的NAL36负荷开关的结构、工作原理和在风力发电场中的使用,说明了该开关是目前使用在40.5KV电压等下是最理想的负荷开关。
  
  关键词:负荷开关、风力发电、箱式变电站、压气灭弧、产气灭弧
  
  一、引言

  
  随着供电网络额定电压的提高,特别是国家大力进行风电场的建设和农村电网的电压将从10KV提高到35KV的改造,额定电压为40.5KV的负荷开关将越来越多的使用,现把以空气为灭弧介质的NAL36型负荷开关的工作原理、技术参数、设计方法及使用情况作一分析,供广大电力设计人员参考。
  
  二、40.5KV负荷开关发展概况
  
  对于12KV负荷开关而言,是上世纪中期发展起来的,现在已在供电系统中特别是在工厂、居民小区、箱式变电站等场合已广泛使用,在有些场合中,为了限制短路电流,宁愿采用负荷开关加限流熔断器组合电器,用于降低电力系统在短路故障时的动稳定性和热稳定性,从而进一步更加可靠的保护变压器,近二年来随着供电网络额定电压将从10KV提高到35KV的推广应用,以及国家大力投资风力发电项目,在风电场建设中大量使用35KV箱式变电站,额定电压40.5KV的负荷开关及组合电器的开发成为满足市场的当务之急!为此近二年来在12KV负荷开关的基础上成功开发出40.5KV负荷开关来满足市场的需求。
  
  三、以空气为灭弧介质的40.5KV负荷开关的结构和工作原理
  
  目前40.5KV负荷开关的灭弧介质有空气、真空和六氟化硫,尤其是NAL36型负荷开关填补了以空气为灭弧介质领域的国内空白,现已成为40.5KV负荷开关的首选,NAL36型负荷开关是以空气为灭弧介质,采用压气和产气双重灭弧系统,其工作原理如下:
  
  负荷开关的静触头座内部设计成一个活塞腔,并配装活塞,活塞杆与主轴联结,当主轴旋转带动动触头分闸时,活塞也被带动,并与动触头同步运动沿活塞腔向上压气,被压出的气体从喷嘴喷出,形成快速纵向吹弧气流,即压气灭弧,如左上图所示。压气灭弧作用与开断电流大小无关,只与机械运动特性有关,如左中图曲线2所示。
  
  喷嘴材料为高温产气材料,当遇到由电弧产生的高温时,材料表面将气化,在瞬间产生大量气体,并在短时间内聚集在喷嘴狭小的空间内,产生很大的气压,起到了有效的灭弧作用,即产气灭弧。产气灭弧作用大小与开断电流的大小成近似正比例关系,即开断电流越大,产生的温度越高,喷嘴产生的气体越多,气体压强越高,产生灭弧作用越大,如左中图曲线1所示。实际开断电流时,灭弧由活塞压气和喷嘴产气共同完成,如左中图曲线3所示。由此可见,在开断小电流时以压气灭弧为主,在开断大电流时以产气灭弧为主。


四、NAL36负荷开关的主要技术参数
  
  NAL36负荷开关的触头外型设计合理,触头运动速度快,短路关合能力在40.5KV电压等级下达到50KA,主要技术指标如下:
  
  额定电压:40.5KV
  
  额定电流:630A
  
  额定短路关合电流:50KA
  
  额定短时耐受电流:20KA/2S
  
  额定峰值耐受电流:50KA
  
  额定工频耐受电压:95KV/1Min
  
  (相间及相对地)
  
  额定工频耐受电压:110KV/1Min
  
  (隔离断口间)
  
  额定雷电冲击耐受电压:185KV/1Min
  
  (相间及相对地)
  
  额定雷电冲击耐受电压:215KV/1Min
  
  (隔离断口间)
  
  五、NAL36负荷开关的应用实例
  
  某风电场一期工程共有33台35KV箱式变电站,附箱变主接线图。
  
  在图中,风力发电机为S1500/66即功率为1500KW,电压为0.66KV,它发出的电能由电缆送到箱式变电站,通过低压开关(智能断路器和隔离开关)接到变压器,该变压器为S10-M-1600KVA/35/0.69KV,是双向变压,当风机发电时,由风机发出的660V电送到变压器升高到35K后经NAL36负荷开关向输电网络供电,当风机检修时,由供电网络的35KV电经NAL36负荷开关经变压器降到660V后再通过S2变压器向箱式变电站提供检修电源。NAL36负荷开关在系统中起到承上启下的连接作用。
  
  五、小结
  
  1.由于40.5KV空气式NAL36负荷开关采用模块化设计,结构紧凑,且用双盘簧操作机构,保证了负荷开关所需要的分合闸速度,特别是分闸速度达到6.5米/秒,确保了负荷开关能开断和关合大电流。
  
  2.灭弧原理新型独特,采用压气和产气双重灭弧系统,在40.5KV电压等级填布了以空气为灭弧介质开关的国内空白,且通过西安高压电器研究所的型式试验证明,该灭弧原理在40.5KV电压下是可行和可靠的。
  
  3.该开关安装方便,可跟据客户的要求灵活方便的组合安装成左操右操,正装倒装,在40.5KV负荷开关领域里是体积最小的一种开关,目前已由上百台开关在箱式变电站中使用。该开关是风电场箱式变电站中首选的产品。
  
  参考文献
  
  《高压交流负荷开关》王季梅编著机械工业出版社
  
  简介:沈兴元,高级工程师,
  
  无锡市蓝虹电子有限公司

 

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