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特高壓交流輸變電裝備最新技術發展（開關設備篇）
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特高壓交流輸變電裝備最新技術發展（開關設備篇）
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摘要：特高壓工程大規模建設，核心裝備是關鍵。為促進特高壓交流輸電技術的進一步發展，對特高壓交流變壓器、氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)、串聯補償裝置和避雷器等關鍵裝備的最新技術發展進行了總結和展望。結果表明：特高壓變壓器應選擇局部放電概率為1‰時的電場強度允許值作為許用場強；采用器身端部磁屏蔽、油箱電屏蔽、油箱磁屏蔽、采用不導磁鋼板等漏磁控制措施可有效降低1500MVA大容量特高壓變壓器的漏磁和溫升；特高壓斷路器的開斷能力可達63kA，采用基于“三回路法”的合成試驗回路可突破試驗設備限制，完成1100kV斷路器開斷試驗；明確了通過在“立式”隔離開關靜觸頭側安裝阻尼電阻來限制VFTO的幅值和頻率；提出了從持續運行電壓的角度出發，特高壓避雷器的額定電壓降低到780kV是安全的。未來特高壓交流輸變??電裝備應在高可靠性、大容量、新工作原理和性能參數優化等方面進行深入研究。
特高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發展
我國的特高壓變電站均采用特高壓GIS，由斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器和母線等設備構成。前期，國內制造企業和國外企業合作研發了特高壓GIS，額定短路開斷電流為50kA，于2009年在晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程成功投入運行。 2011年后，國內開始著手特高壓GIS國產化和技術提升工作，研制出短路開斷能力63kA的產品，投入特高壓交流試驗示范工程擴建工程運行。隨后，實現了特高壓斷路器操動機構、盆式和支撐絕緣子的國產化，在皖電東送和浙福特高壓交流輸電工程中大量應用，技術參數達到國際領先水平。
特高壓GIS研制過程中，特高壓斷路器、隔離開關、盆式絕緣子等部件的研發，以及大短路電流開斷、特快速瞬態過電壓（VFTO）抑制和高絕緣設計等是關鍵難題，下面進行分別介紹。
1特高壓斷路器
特高壓斷路器電壓高，短路開斷電流大，直流分量衰減時間常數達120ms，開斷困難；需建立等效實際開斷工況的試驗回路，對開斷試驗提出了更高要求，需要開展絕緣、短路開斷和試驗技術研究。國內對斷路器的絕緣性能、開斷能力和試驗技術等開展了深入研究，研制出雙斷口/四斷口、開斷能力63kA的特高壓斷路器。
1）絕緣性能
根據斷路器內部結構，結合SF6、環氧樹脂、陶瓷等材質不同介電常數，建立了電場仿真模型，對絕緣特性進行了分析計算,見圖6。滅弧室斷口的計算條件為一端施加2400kV雷電沖擊電壓，另一端施加反極性峰值為635kV的工頻電壓，即900kV，這是最為苛刻的條件。根據電場要求對產品結構進行優化設計，試驗驗證滿足了絕緣要求。
2）開斷能力
在開斷能力50kA斷路器的基礎上，對滅弧室結構進行優化設計。綜合考慮分閘速度、壓氣室容積、噴口形狀及開斷電流等條件的影響，對斷路器開斷63kA短路電流過程中的氣體壓力進行了仿真計算分析，氣壓分布見圖7，壓氣室和噴口處獲得了較高的、理想的氣壓。通過斷路器樣機進行的性能驗證試驗，對分閘速度、燃弧時間、燃弧區間、預擊穿時間等參數進行了改進設計。型式試驗結果表明，研制的特高壓斷路器具有優越的大短路電流開斷能力。
3）操動機構特高壓斷路器采用大功率液壓操動機構，對操作特性及穩定性提出了很高要求。在開斷能力50kA的特高壓斷路器用液壓機構基礎上，按照模塊化設計，增大機構輸出功率，采用大流量快動閥、集成式多級緩沖系統及格來圈、斯特封形式的密封結構，通過優化各結構參數，獲得了優異的機械特性，同時具有操作速度可調的優點。
4）短路開斷試驗技術
我國特高壓斷路器的短路開斷試驗采用電流引入合成試驗方法，試驗時適當調整電壓源的引入電流和頻率以滿足零區考核等價性的要求。當額定電壓高于800kV時，電流引入法的試驗設備達到極限，不能滿足特高壓斷路器的整極試驗要求。為此，提出了一種“三回路法”的合成試驗回路，試驗接線見圖8。在大電流階段，通過試品的電流由電流源提供，過零開斷前適當時刻第1套電壓回路投入，被試斷路器中流過由電流源和第1套電壓回路共同提供的電流；試品過零開斷后，由第1套電壓回路在斷路器一端提供TRV起始的部分，在此TRV上升到一定階段時，第2套電壓回路投入，同時施加在斷路器另一端與外殼，兩套電壓回路的電壓疊加，共同構成施加在試品兩端的恢復電壓，且滿足對殼體的全電壓考核；回路切換中，應確保電流零區的等價性要求。 “三回路法”合成試驗回路等價性好、安全性高，成功完成了1100kV斷路器的T100s和T100a的整機開斷試驗。
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