特高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發(fā)展

特高壓工程大規(guī)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(fā)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(lián)補償裝置和避雷器等關鍵裝備的最新技術發(fā)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(xù)運行電壓的角度出發(fā)，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(yōu)化等方面進行深入研究。

特高壓交流變壓器、開關設備、串補裝置和避雷器是特高壓交流輸電工程的主要核心裝備，本次將重點對這4類設備的最新技術發(fā)展進行梳理和總結。

特高壓氣體絕緣金屬封閉開關設備發(fā)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(yè)和國外企業(yè)合作研發(fā)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(fā)，以及大短路電流開斷、特快速瞬態(tài)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(huán)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(yōu)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(yōu)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(qū)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(yōu)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(wěn)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(tǒng)及格來圈、斯特封形式的密封結構，通過優(yōu)化各結構參數，獲得了優(yōu)異的機械特性，同時具有操作速度可調的優(yōu)點。