【iEicn.com編者按】本文在總結我國近25年來300多個500kV配電裝置中550kV隔離開關工程應用實踐的基礎上，參照近期國內750kV隔離開關的選型，通過分析國外一些隔離開關有名制造廠商，如西門子、ALSTOM，ABB，SSL(美國)、EGIC(原法國MG)、HAPAM(荷蘭)等所生產的800kV隔離開關工業(yè)產品以及1000kV隔離開關試制產品的有關情況，提出了1000kV特高壓隔離開關(以下簡稱UHV隔離開關)的選型原則，并且按線路型和母線型2種不同型式提出了選型意見和技術條件。
1 引言
國家電網(wǎng)公司在2005年工作會議上明確提出：在今后幾年內，我國需要建設國內特高壓電網(wǎng)，它是我國當前電網(wǎng)建設工作的重中之重。電力規(guī)劃設計總院為了貫徹國家電網(wǎng)公司關于在國內建設特高壓網(wǎng)的決議，準備在國內規(guī)劃建設7個特高壓輸變電示范工程，即3個1000kV交流特高壓輸變電工程，4個±800kV直流工程。其中，陜北煤電基地－山西晉東南煤電基地－南陽－荊門－武漢的單回1000kV交輸變電示范工程預計在2008年建成。這意味著我國對1000kV交流輸變電技術科研工作將從前幾年的科研前期準備工作階段進入工程建設實質性階段。
2 UHV隔離開關的作用
1000kV配電裝置有常規(guī)GIS，復合式組合電器(HGIS)和敞開瓷柱式電氣設備(AIS)3種可供進擇的方案。按照我國500kV和西北地區(qū)750kV電網(wǎng)建設經驗，無論哪一種方案UHV隔離開關的作用都需要安裝戶外隔離開關，因此開展1000kV空氣絕緣UHV開關隔離開關的作用是十分必要的。l000kV配電裝置的布置型式和電氣主接線決定了其中UHV隔離開關的配置方案和功能，在電氣主接線中不同位置的UHV隔離開關有不同的作用。
由于1000kV斷路器的價格十分昂貴，因此1000kV配電裝置電氣主接線應在保證可靠性的前提下盡量少用斷路器，宜采用一個進(出)線回路配置1臺斷路器的原則。如采用運行方式靈活的雙母線雙段接線，而不采用目前我國500kV配電裝置通常采用的一個進(出)線回路配置l臺半斷路器(2個回路組成1串、配置3臺斷路器)的1個半斷路器接線方式。
因此，應按雙母線雙分段接線方式來研究1000kV UHV隔離開關的作用。通常，1個典型的雙母線進(出)回路中有2種隔離開關：線路型和母線型隔離開關。
2.1 線路型隔離開關
線路型隔離開關布置在斷路器旁靠線路側。當斷路器停電檢修時，將隔離開關打開，接地開關接地，以便在斷路器靠線路側形成一個明顯的斷點，并可靠接地，線路型隔離開關僅起檢修隔離的作用。
2.2 母線型隔離開關
母線型隔離開關布置在斷路器旁靠母線側，它主要有3個作用：①與線路型隔離開關相同，起檢修隔離作用；②開合空載母線充電電容電流；③在改變雙母線運行方式(如當出線回路從母線Ⅰ改為Ⅱ母線)時需要進行倒閘操作，母線隔離開關與母聯(lián)回路形成環(huán)路，母線隔離開關需要開合母線轉換電流。
顯然，對母線型隔離開關的技術要求比線路型的要高得多。
3 UHV隔離開關的選型原則
(1)按照隔離開關在1000kV配電裝置中的不同位置、起不同的作用，分別按線路型和母線型2種小同的技術條件進行選型。1000kV線路的充電功率是500kV的5倍。相應的1000kV母線充電電流也比500kV的大得多。美國SSL公司生產的RDA型1000kV隔離開關相間距離為14m，也比500kV(通常為7m)大得多，此外1000kV隔離開關的制造難度較大。因此對1000kV隔離開關的選型，不能沿用500kV隔離開關型式繁多而又不加區(qū)別的用同一技術標準的原則，而應對線路型和母線型這2種基本類型按不同的標準各選擇一種相對穩(wěn)定的1000kV隔離開關，以便于我國高壓開關廠對UHV隔離開關的研制工作。
(2)隔離開關打開后帶電的導電桿不能占用相間空間。對于單斷口的隔離開關，在分閘狀態(tài)下導電桿是帶電的。由于1000kV配電裝置的相問*小**凈距(空氣間隙)很大，一般為8m左右。如果采用單斷口的隔離開關，則隔離開關打開過程中會由于導電打的水平轉動而占用一定的相間空間(導電桿長度)。導電桿長度再加上8m的*小**凈距，導致隔離開關的相間距離在20m以上，大大增加了配電裝置的占地面積，不能滿足UHV配電裝置的設計要求。
(3)對隔離開關，力求結構簡單、機械強度大、分閘時穩(wěn)定性好和盡量少維護是結構選型的基本出發(fā)點。1000kV隔離開關采用空氣絕緣，單斷口導電桿長約8m，支柱絕緣子高約7.5m。如果產品外形高，縱向尺寸大、質量大，那么在制造上將會有較大的難度。因此應選用斷口少、折疊活動臂少和結構簡單的結構型式，以保證產品的機械強度和穩(wěn)定性。
(4)在1000kV電容式電壓互感器(CVT)同路中不允許安裝隔離開關。避免CVT回路的隔離開關在投切數(shù)值很大的集中電容時出現(xiàn)電弧過長而很難熄滅的問題。
4 國外UHV隔離開關產品剖析
世界上投運750kV電網(wǎng)已有幾十年的歷史。均采用800kV隔離開關，由一些有名制造廠商提供成熟的工業(yè)產品。而1000kV電網(wǎng)只在日本、前蘇聯(lián)、美國等少數(shù)國家處于試運行階段，有的國家目前還是降壓運行。因此國外1000kV隔離開關基本上都是試制產品，即在原有800kV隔離開關基礎上增加外絕緣距離，解決好整體機械強度和電場分布的問題，以滿足電壓提升的要求。國外1000kV隔離開關主要技術參數(shù)見表1。
分析國外1000kV隔離開關的試制產品，可以得到以下2點啟示：
(1)從結構型式上看，采用雙柱垂直開啟式隔離開關的比例*大，占50%；采用三柱中間水平旋轉式隔離開關的比例次之，占34%；至于單柱垂直伸縮式隔離開關，由于其結構較復雜，故所占比例*小，為16%。這證實了本文前面提出的對1000kV隔離開關的選型應力求結構簡單這一觀點。
(2)國外產品的絕緣水平、額定電流等技術參數(shù)，可供我國在確定示范工程的絕緣配合時參考。對1000kV隔離開關的雷電沖擊耐受電壓可取2250kV，額定電流可取4000A，額定短時耐受電流及時間可取50kA，2s和63kA，2s二檔。
當前投入工業(yè)運行的1000kV隔離開關是美國SSL公司生產的RDA型額定電壓為1100kV的戶外三相隔離開關，安裝在美國華臺茲山試驗站。RDA型隔離開關每相有3個瓷柱，導電桿安裝在中間瓷柱頂部，利用中間瓷柱帶動導電桿水平旋轉，形成2個空氣絕緣的斷口，斷口尺寸為2×3650mm隔離開關高約6705mm，長8010mm，相間距離為14m。
5 UHV隔離開關選型
我國在500kV配電裝置中主要選用3種型式的隔離開關：①單柱水平伸縮式。它的優(yōu)點是相間距離小，縱向尺寸短。主要問題是靜觸頭和活動水平伸縮臂分別安裝在2個設備支架上，支架基礎的施工誤差和不均勻沉降都會影響隔離開關的開合性能。②三柱中間水平旋轉式。它的優(yōu)點是相同距離小，缺點是縱向尺寸較大。⑧單柱垂直伸縮式。它的優(yōu)點是不占用縱向尺寸，節(jié)省占地。主要問題是活動臂較多、結構復雜。特別是由于我國500kV配電裝置一般采用懸吊式鋁管母線或軟母線，而母線都有一定的風偏位移，因此要求位于母線下方的單柱垂直伸縮式隔離開關的鉗夾范圍大：我同運行規(guī)程規(guī)定垂直斷口凈距應滿足停電檢修B值的要求，對500kV單柱垂直伸縮式隔離開關，相-地*小空氣間隙為3800mm+750mm(人體上半身高度)，對垂直斷口凈距要求高。這些特殊要求都加大了單柱垂直伸縮式隔離開關產品的高度。
按照本文第3節(jié)所提出的UHV隔離開關選型原則，結合我國500kV隔離開關工程應用的實踐經驗，對1000kV交流隔離開關的選型意見如下：
(1)線路型隔離開關。由于1000kV電氣設備外形尺寸高大．因此1000kV配電裝置都采用戶外中型布置型式，每個回路電氣設備采用串聯(lián)連接方式。由于在線路型隔離開關的上層無帶電的架空軟導線，對隔離開關的垂直空間沒有限制，因此推薦采用雙柱垂直開啟式結構型式。它的主要優(yōu)點是：①每相隔離開關只有2個支柱絕緣子，1根向上垂直開啟的導電桿，單斷口，隔離開關結構*簡單，制造相對比較容易，運行可靠性高。②隔離開關相同距離*小，隔離開關打開后，帶電導電桿位于隔離開關的上方，不占用相同空間。③隔離開關縱向尺寸小，節(jié)省占地。
國產800kV雙柱垂直開啟式戶外交流隔離開關的外形見圖1。
(2)母線型隔離開關。南于母線型隔離開關通常布置在配電裝置帶電母線的下方，因此不宜選用導電桿向上開啟的雙柱垂直開啟式隔離開關。對1000kV導線型隔離開關，推薦采用三柱中間水平旋轉式結構型式。它的主要優(yōu)點是：①相間距離*小。每相隔離開關有3個支柱絕緣子，導電桿安裝在中間絕緣子頂部，隔離開關打開時，中間支柱絕緣子帶動導電桿水平旋轉約65°，在隔離開關的兩端形成2個斷口(空氣間隙)。雙斷口隔離開關打開后，中間的導電桿不帶電，因此不占用相間空間。②采用雙斷口隔離開關。從制造上講，此種隔離開關解決開合1000kV空載母線充電電容電流和母線轉換電流的問題相對比采用單斷口隔離開關要容易。
此外，三柱式隔離開關由于瓷柱的增多，縱向尺寸較大，但是由于它用作母線型隔離開關，布置在母線下方，它的尺寸不是確定配電裝置縱向尺寸的控制條件，因此這個缺點并不明顯。
國外800kV三柱中間旋轉式戶外交流隔離開關外形見圖2。
2003年以來，我國西安和平頂山兩大高壓開關廠分別與美國南州電力開關有限公司(SSL公司)簽訂了126～800kV隔離開關技術轉讓及合作生產協(xié)議。SSL公司是美國*大的隔離開關生產廠商，已有100多年歷史，擁有7.2～1100kV，600～6500A全系列的高壓隔離開關產品。西安高壓開關廠采用從SSL公司引進的技術為750kV官亭變電站提供了800kV雙柱垂直開啟式的隔離開關產品。由于官亭變電站地處海拔高度2000m的西北高原，對設備絕緣水平要求很高，因此對其隔離開關的試驗值已經十分接近國外1000kV隔離開關試制產品的參數(shù)(海拔高度在1000m及以下)。二者的絕緣水平的比較見表2。
對國產800kV隔離開關產品進行了4000次合分操作循環(huán)的機械壽命試驗，操作正常。此外，平頂山高壓開關廠也自行研了800kV三柱中間水平旋轉式隔離開關的樣機。因此，對1000kV隔離開關不需要進口?？梢栽谕a800kV隔離開關產品的基礎上研制開發(fā)而成。對國產1000kV隔離開關的主要技術條件建議如下。
6.1 使用環(huán)境條件
海拔高度/m ≤1000
周圍空氣溫度/C° -35～+40(戶外)
*大日溫差/K 25
*大風速/m.s-1 34(對應風壓700Pa)
相對濕度/% 90
日照強度/W·cm-2 0.1
覆冰厚度/mm 10
耐地震能力 地面水平加速度0.15g
**系數(shù)1.67
污穢等級/級 Ⅱ級、Ⅲ級
6.2 結構型式
線路型：雙柱垂直開啟式、單根導電桿、單斷口
母線型：三柱中間水平旋轉式、雙斷口
6.3 主要技術參數(shù)
額定電壓/kV 1100
額電電流/A 4000
額定短時耐受電流及時間/kA，s 50，2；63，2
額定峰值電流/kA 125；158
雷電沖擊耐受電壓(對地/斷口)/kV 2250/(2250+629)
操作沖擊耐受電壓(對地/斷口)/kV 1675/(1550+898)
lmin工頻耐受電壓(對地/斷口)/kV 1100/1300
開合母線轉換電流能力/A，V 2500，400
開合小電容電流能力/A 3
7 結論
為了保證運行的靈活性，1000kV戶外交流隔離開關是AIS，HGIS，GIS各種型式1000kV配電裝置中必不可少的電氣設備，目前它在世界上還處于研制階段，也尚無IEC標準，是今后一段時間內世界各國重點研制的UHV電氣設備之一。當前，我國將要大力開展1000kV電網(wǎng)的建設工作，無疑將對其發(fā)展起到巨大的推動作用。
本文提出了應根據(jù)隔離開關在高壓配電裝置電氣主接線中的不同位置、不同功能，對1000kV戶外隔離開關按線路型、母線型2種不同的技術條件分別進行選型和制造的觀點。同時，在當前1000kV電網(wǎng)建設的初期階段，為了簡化產品系列，建議對2種類型的1000kV隔離開關中各選擇出一種結構型式：推薦線路型采用雙柱垂直開啟式(單斷口)，母線型采用三柱中間水平旋轉式(雙斷口)進行優(yōu)先開發(fā)研制，以利于UHV電氣設備的國產化進程。