O'rta bosqichli elektr shunt qurilmalari xavfsizligi va ishonchiligi kafolatlanishi tahlili

Энергетик системасида ишлаб чыккан专业人士在电力系统操作中的角色，认识到中压开关设备在电力分配、计量和保护中起着关键作用。确保其运行安全和可靠性至关重要——任何故障都可能严重扰乱整个电力系统。为了提高可靠性，我们必须优先考虑设计层面的优化，使中压开关设备能够履行其功能并保障电网稳定。 1. 中压开关设备的定义 在我的实践中，中压开关设备指的是GB 3906—2020《3.6kV至40.5kV交流金属封闭开关设备与控制设备》中定义的金属封闭开关设备：除进出线导体外，完全由金属外壳封闭的设备。 在电力系统中，中压开关设备执行关键功能：发电、输电和配电阶段的切换、计量、电力分配和保护。在运行过程中，我根据电网需求调整其配置——连接或断开设备/馈线以保持稳定性。当电网设备或线路发生故障时，我使用中压开关设备迅速隔离故障部分，确保未受影响区域的不间断供电。 2. 确保中压开关设备可靠性的意义 中压开关设备广泛应用于电力系统。随着中国电网的扩展和复杂性增加，电网现在承载更重的负荷以满足社会需求。根据我的经验，只有确保中压开关设备的可靠性，才能有效管理电力分配、计量和保护，从而维护整体电网稳定。 中压开关设备的任何安全事故或运行故障都会破坏配电系统的稳定性，影响电力供应。在严重情况下，可能导致大面积停电，对社会生产造成重大经济损失。因此，我强调需要通过多方面的措施来提高中压开关设备的可靠性，确保其稳定运行和电网支持。 3. 提高中压开关设备可靠性的策略 3.1 外壳结构的合理设计 科学的外壳设计是确保中压开关设备可靠性的基础，我在工程实践中对此予以重视。例如： - 母线室优化：传统的母线室设计在分支母线上使用绝缘子，但随着时间推移，绝缘子上的灰尘积累会带来闪络风险。我采用D型主母线代替——其更高的强度和抗拉性能消除了对绝缘子的需求，解决了污染相关的安全问题。 - 套管设计：在母线室内实施三相集成套管设计，防止涡流效应，改善电场均匀性，并增加爬电距离，从而提高绝缘可靠性。 这些设计优化符合行业最佳实践，确保中压开关设备在实际运行中满足安全和性能要求。 3.2 绝缘结构的合理设计 为了提高中低压开关设备的安全性和可靠性，加强绝缘设计是必不可少的。在实际设计中，除了满足绝缘要求外，还需要考虑设计成本和环保因素。 3.2.1 绝缘气体的合理选择 在中压开关设备中，SF₆气体一直是主要的绝缘介质。然而，它不仅有毒，而且具有极高的GWP（全球变暖潜能值）。虽然CO₂是一种温室气体，具有较高的GWP，但SF₆气体的GWP是CO₂的23,900倍，突显了其对自然环境的重大危害。对于非关键中断性能要求的中低压开关设备，在设计上可以尝试用N₂或干燥空气替代SF₆气体。与SF₆气体相比，N₂和干燥空气的绝缘性能可达到SF₆气体的30%。N₂、干燥空气和SF₆气体的性能比较如表1所示。 如表1所示，N₂和干燥空气是非温室气体，对生态环境无威胁。它们还具有低沸点，即使在极寒地区正常使用也不会液化。值得注意的是，N₂作为空气的主要成分，化学性质稳定。然而，过高的N₂浓度会导致缺氧窒息。在设计中使用N₂作为绝缘气体时，必须配置通风和防护设备。相比之下，使用干燥空气作为绝缘气体则避免了这些问题。通过综合比较，可以采用干燥空气替代SF₆作为开关设备绝缘设计中的绝缘气体。 当使用干燥空气作为绝缘气体时，应考虑最小空气间隙的设计。根据相关标准，额定电压为12 kV时，相间及相地之间的最小空气间隙应为125 mm。如果通过凝露试验，则最小空气间隙可以略小于125 mm。采用干燥空气作为绝缘气体允许适当减小最小空气间隙。 3.2.2 提高气隙击穿电压 在设计过程中，为了确保中低压开关设备的安全性和可靠性，还需要提高气隙击穿电压，具体方法如下： - 改善中低压开关设备中的电场分布。这可以通过根据实际情况优化电极形状或充分利用空间电荷来增强电场均匀性。如果电场均匀性极差，还可以添加屏障。 - 抑制干燥空气的电离过程。在中压开关设备中施加高压可以减弱干燥空气的电离过程。或者，使用中压开关设备中的高真空也可以达到同样的效果。 当使用高压或高真空时，气罐强度要求极高，在实际应用中容易出现泄漏问题，导致严重后果。因此，在实际设计中，改善电极形状并在极不均匀电场中添加屏障是提高气隙击穿电压的更可行方法。 3.3 部件的合理选择 中压开关设备的核心部件，包括真空断路器、真空灭弧室和触头，直接影响设备的运行安全和可靠性，需要严格的质量控制。 以ABB开关设备为例，其真空灭弧室经过严格的出厂前检验：自动高压测试验证绝缘强度，而螺旋磁控装置测量充满惰性气体腔室内的内部压力。经过规定隔离期后，进行第二次压力测试，并将结果进行比较，以确保密封性能符合标准。 在制造过程中，ABB真空灭弧室需要严格的环境和工艺控制。在CalorEmag的德国工厂生产，然后由区域中压开关设备企业专业组装后再集中供应。优先选用高性能合金如Cu-Cr和W-C-Ag作为组件材料，以确保耐用性。装配在专用洁净室中进行，采用“一次性密封和排气”工艺：在800°C高温下首先实现高真空，然后同时进行焊接和密封，以保证工艺可靠性。 真空灭弧室的研发演变反映了持续的性能优化：早期组装暴露在空气中，仅依靠绝缘隔板进行隔离。随后的改进包括在灭弧室和触头上覆盖绝缘套管以平衡电场，接着是一体铸造灭弧室和触头，以增强相间绝缘和抗冲击性，同时采用环保材料，将性能与环保考虑相结合。 3.4 设计验证测试的合理规划 中压开关设备设计完成后，实验验证成为关键阶段。实际验证必须严格遵守相关标准，如GB 3906—2020《3.6kV至40.5kV交流金属封闭开关设备与控制设备》，GB/T 11022—2020《高压交流开关设备和控制设备通用技术要求》，以及GB/T 1984—2014《高压交流断路器》。 型式试验的关键点 应对中压开关设备的电气元件和辅助元件进行全面性能验证，以确保技术参数符合要求。当设计过程或生产条件发生变化时，必须重新进行型式试验，以确保设备的安全性和可靠性。对于正常生产的设备，通常每8年需进行一次温升试验；进行机械操作试验以检查操作性能；同时，还需进行短时耐受电流和峰值耐受电流等安全验证项目。 以ABB中压开关设备为例，它已通过多个国家最严格标准下的实验验证，展示了卓越的安全性和可靠性。以内部电弧试验为例，验证以下内容： - 开关柜门、盖板等部件的固定方法和闭合状态； - 危险部件的固定牢固性； - 在燃烧或其他危险情况下设备外壳的结构稳定性； - 指示器是否按生产规范布置； - 保护措施的完整性及设备的阻燃等级。 只有确保设备的不燃性，才能从根本上保证操作安全。 4. 结论 作为电力系统的核心组成部分，中压开关设备的运行可靠性直接关系到电网安全。因此，必须加强设备的安全性和可靠性设计，严格按照标准优化技术参数，并通过系统验证测试建立坚实的安全防线，确保中压开关设备在电力系统中稳定执行分配、保护和控制功能。