450-375型窄柜接地開關的研發(fā)

一．產(chǎn)品介紹：

窄柜高壓接地開關產(chǎn)品是高壓成套開關設備的核心安全結構性產(chǎn)品。它在工作狀態(tài)時，確保負載可能產(chǎn)生的剩余電能對人身的傷害；它在非工作狀態(tài)時，要承受主回路的電應力和熱應力的影響，以及故障狀態(tài)時確保設備和負載不受到二次損壞。它在操作過程中，既要保證精準定位，又要保證機械機構的操作流暢；既要能安全承受負載端可能產(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、減碳政策的逐步實施、新能源電站建設、用電設備的擴容升級改造等的需要，高壓成套開關柜小型化的市場潛力越來越大，而其關鍵安全性部件"窄柜高壓接地開關"技術水平及制造水平將嚴重影響高壓成套開關柜小型化的進程與發(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、全工況等特點，使其逐漸成為一個新的選擇，并廣泛應用于冶金、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》中被認為是主要溫室氣體，且相關規(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合絕緣技術。減小產(chǎn)品空間尺寸和使用空氣與固體復合絕緣的關鍵是開發(fā)適合的"窄柜高壓接地開關技術和產(chǎn)品"。

 

三、450-375型窄柜接地開關的研發(fā)：

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

窄柜高壓接地開關適用于高壓（12kV）交流金屬封閉鎧裝移開式成套開關設備高壓開關柜的柜寬在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，控制其內母線聯(lián)接系統(tǒng)的相距需要技術突破。

除了相間距問題，窄柜高壓接地開關需要解決的技術關鍵性問題還有：

——與之配套的五防聯(lián)鎖裝置；

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

——一體化整體觸頭盒結構，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合絕緣；

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

——合理的電纜搭接位置方便現(xiàn)場施工；

——實現(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構，以減少連接銅排和連接點；

——緊湊結構使內部空間最大化，以減少放電的概率。

創(chuàng)新點包括：

1、采用一種U型結構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、三相導電體表面噴砂，環(huán)氧樹脂整體絕緣澆鑄，絕緣表面爬溝設計以增加爬電距離，使產(chǎn)品在窄小的空間下，耐沖擊電壓達到了4.8kV。

3、在手動操作下，應用減力機械操作臂及傳動齒輪機構，使操作力矩從100牛米降低到80牛米以下。

接地開關的設計要點

接地開關是用于主回路斷開時將負載接地的一種機械開關裝置，應能承載一定的電流沖擊。而在正常回路條件下，依然要承受柜內電磁環(huán)境和熱環(huán)境，以及故障情況下產(chǎn)生的機械沖擊和熱沖擊。

實際運行中，必須嚴格遵循如下程序：隔離開關合閘時，接地開關必須分閘；主回路開關分閘后，接地開關才能合閘。

因為窄柜條件下斷路器的重構和柜內空間限制，窄柜高壓接地開關尺寸構建上有比較大的困難。窄柜高壓接地開關采用三相同步快速分合閘接地開關（簡稱；快速接地開關），快速接地開關是一種具有關合短路電流能力，專門用于電力系統(tǒng)人工接地的快速接地開關。一般配有手動操作或電動操作的快速操動機構。在具有多個并聯(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代替主變壓器支路的高壓斷路器。當主變壓器本體發(fā)生故障時，主變壓器保護起動高壓側快速接地開關進行合閘操作，造成電力系統(tǒng)人工接地，起動電力系統(tǒng)繼電保護裝置，致使輸電線路對側的斷路器分閘，切斷主變壓器故障。接地開關分為：接地開關操作機構和接地絕緣罩兩部分組成。

 

四、產(chǎn)品的作用和社會效應：

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”絕緣、導體聯(lián)接、機械力傳遞關鍵件的設計與樣機試制，并于2023年間完成西高院的型式試驗報告，報告包含接地開關產(chǎn)品報告，配套的絕緣母線體系的配套報告，帶有窄柜接地開關的整體設備試驗報告。

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

 為響應國家“碳達峰、碳中和”目標號召，以及應對以歐洲為主的國外配網(wǎng)無氟化要求，中壓開關設備的環(huán)保成為必然趨勢，大量中壓開關設備企業(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)柜和一次配電開關柜的研究和開發(fā)已經(jīng)成為當下的熱點。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設備中使用GWP大于10的含氟氣體，僅當有證據(jù)證明技術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果。因此，本技術研發(fā)的產(chǎn)品將配套相應成套設備廠家，提供12KV配電領域的無氟配電設備。

電力系統(tǒng)使用的開關設備，是通過斷開或恢復 A 點和 B 點之間的電流來控制電流流動的電路開斷設備。每件開關設備都必須能夠斷開電流，使其自身絕緣并確保網(wǎng)絡的安全運營。如今，全球已安裝了超過 3,000 萬套使用六氟化硫 (SF6) 的中壓開關設備。SF6 具備高度的實用性和可靠性，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，電氣開關設備行業(yè)認識到必須謹慎使用 SF6，并且已經(jīng)制定了減少、控制和限制在中壓開關設備中使用 SF6 的策略。

2020年9月22日，習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年前達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。應"碳達峰，碳中和"要求，目前我國的電力設備市場也致力于采用 SF6 替代品。他們希望通過解決四個關鍵問題，充分利用向無 SF6 過渡帶來的機遇：客戶的成本效率，增強可持續(xù)性，對健康和安全的擔心，以及負責任的安裝基礎管理。利用真空開斷和空氣絕緣技術的新型中壓開關設備可使頂級技術提供商避免使用 SF6（傳統(tǒng)高壓開關柜"28柜"）。但是，與氣體絕緣開關設備相比，用于中壓的空氣絕緣開關設備長期以來被認為體積太大，但現(xiàn)在不再如此。如今，SF6 開關設備的替代產(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)有設備的理想選擇。此外，具有可持續(xù)性的中壓開關設備消除了創(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 開關設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。現(xiàn)在，使用中壓技術的企業(yè)擁有了支持可持續(xù)發(fā)展的選項，能夠通過選用綠色設備來減少自身的溫室氣體排放。