中國第1代500kv超高壓隔離開關(guān)的研制

中國第1代500kv超高壓隔離開關(guān)的研制

0特高壓時期的隔離開關(guān)20世紀(jì)60年代末，中國獨(dú)立開發(fā)了36450v超高壓偶氮橋。經(jīng)過40年的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，它已經(jīng)成功進(jìn)入了世界能源科技的高峰1000kv級。超高壓和特高壓交流隔離開關(guān)的誕生和發(fā)展是自力更生和改革開放形勢下自主創(chuàng)新發(fā)展我國輸變電設(shè)備的縮影。1中國長距離交流隔離開關(guān)的發(fā)展1.16采用gw7-400、400型三柱式隔離開關(guān)作為先導(dǎo)設(shè)備的應(yīng)用隨著劉家峽大型水電站的建設(shè),為解決其電力送出問題,我國建設(shè)了第1條330kV輸電線路(劉天關(guān)線),西安高壓開關(guān)廠(西開)和沈陽高壓開關(guān)廠(沈高)承擔(dān)了聯(lián)合設(shè)計開關(guān)設(shè)備的任務(wù),于1966年研制成功GW7-330/1500型三柱式隔離開關(guān),1970年交付電網(wǎng)運(yùn)行。這條全部使用國產(chǎn)設(shè)備的330kV輸電線路于1972年6月建成投產(chǎn),高壓開關(guān)設(shè)備于1975年8月通過一機(jī)、水電兩部聯(lián)合鑒定。同時為了適應(yīng)劉家峽水電站利用導(dǎo)流洞建設(shè)開關(guān)站要求設(shè)備體積小、占地面積省的特殊需要,還首創(chuàng)了ZH1-330型敞開式組合電器,即利用GW7型隔離開關(guān)與電流互感器、電壓互感器或電纜頭進(jìn)行各種有機(jī)組合,從而使電站布置緊湊、節(jié)省造價。這種結(jié)構(gòu)形式在世界上是絕無僅有的,已發(fā)展成具有中國特色的新品種,1978年獲全國科技大會獎。此后,還研制了多種型式的363kV隔離開關(guān),在覆蓋了陜、甘、青、寧4省(區(qū))的西北330kV電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。1.2研制400kv開關(guān)設(shè)備隨著我國電網(wǎng)的擴(kuò)大,1976年開始建設(shè)500kV輸電線路,但是高壓開關(guān)設(shè)備只能依賴進(jìn)口。為了促進(jìn)550kV開關(guān)設(shè)備的發(fā)展,1978年國家決定興建1條用國產(chǎn)設(shè)備裝備的500kV輸電線路——錦遼試驗線段,國家安排沈高和西開兩廠為這條試驗線路研制550kV開關(guān)設(shè)備。1981年,沈高提供了GW6-550型剪刀式隔離開關(guān)和JW2-550型接地開關(guān),西開提供了GW7-550型三柱式隔離開關(guān)。按照機(jī)械和電力兩部協(xié)議要求,產(chǎn)品額定電流2500A、峰值耐受電流100kA、短時耐受電流40kA、3s。這批產(chǎn)品數(shù)量不多,僅20余組,但卻開創(chuàng)了我國自主設(shè)計獨(dú)立制造550kV隔離開關(guān)的先河。1985年通過兩部運(yùn)行鑒定,這可稱為我國第1代550kV隔離開關(guān)。在研制過程中,進(jìn)行了產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)和機(jī)械受力研究,攻克了鋁合金導(dǎo)體設(shè)計制造、絕緣試驗、無線電干擾試驗及開合小電容電流試驗等技術(shù)難題,為今后發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗。1988年錦遼線國產(chǎn)設(shè)備同時獲得國家科技進(jìn)步一等獎及機(jī)械委科技進(jìn)步特等獎。1.32抗彎變形支架結(jié)構(gòu)1984年,當(dāng)我國興建元錦遼海線和晉京線時,沈高在認(rèn)真總結(jié)錦遼試驗線段設(shè)備研制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,自主設(shè)計研制了GW6-550型單柱剪刀式隔離開關(guān)、GW12-550型雙柱水平斷口折疊立開式隔離開關(guān)及JW4-550型接地開關(guān)。按照協(xié)議要求,額定電流為3150A、峰值耐受電流為125kA、短時耐受電流50kA、3s。由于額定電流增大,隔離開關(guān)采用了雙導(dǎo)電閘刀結(jié)構(gòu)。鑒于當(dāng)時國內(nèi)還不能生產(chǎn)高強(qiáng)度500kV棒式絕緣子,所以因地制宜采用了由4節(jié)110kV絕緣子疊裝而成的3根支柱組成三角錐形的支架結(jié)構(gòu)。這是我國第2代550kV隔離開關(guān),共有240組應(yīng)用在元錦遼海線、晉京線及吉林東豐、安徽洛河、山東濟(jì)南、天津等地。1987年9月通過兩部聯(lián)合運(yùn)行鑒定。與此同時,西開和河南平頂山高壓開關(guān)廠(平高)參照外國產(chǎn)品先后研制成功單柱垂直斷口偏折式和雙柱水平斷口折疊立開式兩種550kV隔離開關(guān)和接地開關(guān),結(jié)構(gòu)形式上有所突破。產(chǎn)品采用單列瓷柱、單臂齒輪傳動折疊伸縮結(jié)構(gòu),傳動元件及平衡彈簧均放置在上下導(dǎo)電管內(nèi),導(dǎo)電關(guān)節(jié)采用滾輪觸頭導(dǎo)電盤,結(jié)構(gòu)緊湊且外形簡潔。西開的型號為GW10-550/2500、GW11-550/2500及JW3-550,1985年首批供給葛洲壩大江電廠使用,1989年4月通過兩部聯(lián)合運(yùn)行鑒定。平高的型號為GW16-550/2500、GW17-550/2500及JW5-550,最先應(yīng)用于山東鄒縣電廠,1990年11月通過兩部運(yùn)行鑒定。1988年,西安電瓷廠采用先進(jìn)的等靜壓技術(shù)制造出抗彎8~14kN的500kV高強(qiáng)度絕緣子,沈高隨即將第2代產(chǎn)品的三角錐形絕緣支架用單列瓷柱代替,實現(xiàn)了輕小型化。隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)大,西開、平高經(jīng)過試驗和改進(jìn),于1987年及1994年把各自產(chǎn)品增容到額定電流3150A、峰值耐受電流125kA、短時耐受電流50kA、3s。這便是第3代隔離開關(guān)。為了配合三峽工程建設(shè)和適應(yīng)電網(wǎng)容量擴(kuò)大的需要,進(jìn)一步提高550kV隔離開關(guān)的技術(shù)參數(shù),沈高和西開于1999年末通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)將額定電流提高到4000A、峰值耐受電流提高到160kA、短時耐受電流提高到63kA、3s;平高于2001年初通過開發(fā)新產(chǎn)品實現(xiàn)了參數(shù)的提高。研制出的國產(chǎn)第4代550kV隔離開關(guān)已在“西電東送”及三峽外送工程中廣為采用。1.42接地開關(guān)的研制和應(yīng)用進(jìn)入21世紀(jì),隨著中國加入WTO,跨國公司大步挺進(jìn)中國電力市場。為了提高競爭力,各大廠加速產(chǎn)品升級換代的步伐,使產(chǎn)品水平再上一個新臺階。平高在鞏固GW16/17-550型市場占有率的基礎(chǔ)上,開發(fā)完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的GW27-550型隔離開關(guān)和JW8-550型接地開關(guān)。GW27為三柱水平斷口,導(dǎo)電桿水平運(yùn)動后軸向旋轉(zhuǎn),操作力小、動作平穩(wěn)、電接觸結(jié)構(gòu)合理、通流能力好。同時參照國外先進(jìn)結(jié)構(gòu),開發(fā)出GW28-550、GW29-550型新型產(chǎn)品。此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是單臂齒輪傳動折疊伸縮,導(dǎo)電關(guān)節(jié)采用軟聯(lián)接,結(jié)構(gòu)簡單,而觸頭采用梅花觸指插入式,并設(shè)有適應(yīng)開合母線轉(zhuǎn)換電流和小電流的引弧觸頭。由于觸頭封閉受環(huán)境影響小,提高了產(chǎn)品免維護(hù)性能。上述產(chǎn)品已于2001年10月通過國家級鑒定。隨后研發(fā)的GW46-550型剪刀式隔離開關(guān),于2006年8月在KEMA試驗站順利通過短時耐受電流63kA、3s,峰值耐受電流160kA、開合母線轉(zhuǎn)換電流1600A(400V)和小電流試驗,并于2007年通過國家鑒定。沈高于2004年底將GW6-550型改進(jìn)為GW6A-550型,保留雙導(dǎo)電閘刀和觸頭鉗夾范圍大的特點(diǎn),優(yōu)化機(jī)械傳動系統(tǒng),提高了可靠性和防腐性能;將GW12-550型改進(jìn)為GW12A-550型,保留連桿傳動、導(dǎo)電關(guān)節(jié)為軟聯(lián)接和插入式觸頭等優(yōu)點(diǎn),將副管取消做成單臂折疊形式,使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大為簡化。GW6A、GW12A型具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。2003年10月西開和平高與美國南州電力開關(guān)有限公司(SSL)簽訂了轉(zhuǎn)讓技術(shù)和合作生產(chǎn)隔離開關(guān)的協(xié)議。據(jù)此西開研制完成GW45-363、550型及RDA-1型363kV隔離開關(guān),平高研制完成550kVEV-1型隔離開關(guān)。2003年之前,國內(nèi)能夠生產(chǎn)363、550kV隔離開關(guān)和接地開關(guān)的只有沈高、西開、平高3個廠家。長沙高壓開關(guān)有限公司(長高)近年來致力于超高壓隔離開關(guān)的研制和生產(chǎn),2002年開發(fā)完成GW16A-550、GW17A-550型隔離開關(guān)及JW5A-550、JW6A-550型接地開關(guān),2003年研制成功GW35-363、550型及GW36-363、550型隔離開關(guān)。2003年11月通過國家鑒定,成為國內(nèi)第4家生產(chǎn)超高壓隔離開關(guān)的專業(yè)工廠。隨著電網(wǎng)的發(fā)展,同塔雙回平行架空輸電線路越來越多,要求接地開關(guān)具有開合感應(yīng)電流的能力。于是2003年底,沈高率先開發(fā)了具有開合感應(yīng)電流能力的550kV接地開關(guān),隨后平高、西開、長高也相繼開發(fā)了這種產(chǎn)品,并且開合能力高于國家標(biāo)準(zhǔn)和IEC標(biāo)準(zhǔn)的要求,滿足了國內(nèi)工程的需要。國產(chǎn)超高壓交流隔離開關(guān)主要技術(shù)參數(shù)見表1,表中帶“*”的型號對應(yīng)的參數(shù)也帶“*”。2從超高壓到特高壓的轉(zhuǎn)移2.12gw45-400型隔離開關(guān)為了適應(yīng)黃河上游公伯峽等大型水電站及西北特大坑口電廠電力送出及實現(xiàn)西電東送和西部大開發(fā)的需要,2003年2月19日國家正式批準(zhǔn)建設(shè)西北750kV輸電工程,拉開了21世紀(jì)特高壓在中國電力輸送的帷幕,也催生了我國特高壓隔離開關(guān)。西開(西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司)與美國SSL公司進(jìn)行技術(shù)合作生產(chǎn)的GW45-800型隔離開關(guān)為雙柱水平斷口直臂立開式,導(dǎo)電桿擺動并自轉(zhuǎn),分合閘動作平穩(wěn),沖擊力小。觸頭采用鑲銀工藝,導(dǎo)電性能好、耐磨損,具有觸頭自清掃和破冰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),2005年9月已在我國第1條750kV青海官亭至甘肅蘭州東輸電示范工程正式投入運(yùn)行,填補(bǔ)了國內(nèi)空白。這是目前我國電壓等級最高的輸電線路,也是世界上海拔最高的750kV輸電工程。平高(河南平高電氣股份有限公司)自主研制完成的GW27-800型隔離開關(guān)和JW8-800型接地開關(guān),在通過型式試驗后于2006年5月通過國家鑒定。沈高[新東北電氣(沈陽)高壓隔離開關(guān)有限公司]自主研制完成的GW12A-800型隔離開關(guān)及JW4-800型接地開關(guān),于2006年9月通過國家鑒定。2.2特高壓隔離開關(guān)2005年2月,百萬伏級交流、±80萬伏直流輸電技術(shù)的前期研究工作開始,國家電網(wǎng)公司的晉東南-南陽-荊門百萬伏交流輸電示范工程,已于2006年8月奠基,預(yù)計2009年建成后直接投入商業(yè)化運(yùn)行,國內(nèi)4家開關(guān)制造廠都在短期內(nèi)在800kV的基礎(chǔ)上獨(dú)立自主開發(fā)出1100kV特高壓隔離開關(guān)的新產(chǎn)品,國家電網(wǎng)公司對特高壓交流隔離開關(guān)提出的主要技術(shù)參數(shù)見表2。西開自主開發(fā)的GW46-1100型三柱水平開啟閘刀翻轉(zhuǎn)式隔離開關(guān),可兩側(cè)附裝折疊式接地開關(guān)已通過西電公司技術(shù)鑒定。平高自主研制的GW27-1100型三柱水平開啟閘刀翻轉(zhuǎn)式隔離開關(guān),可兩側(cè)附裝立開式接地開關(guān),已于2006年8月中旬在KEMA試驗站通過了短時耐受電流、峰值耐受電流和開合母線轉(zhuǎn)換電流、電容電感小電流等關(guān)鍵項目試驗。沈高自主研發(fā)了GW12A-1100型雙柱折疊立開式隔離開關(guān),可兩側(cè)附裝折疊式接地開關(guān)。長高(湖南長沙高壓開關(guān)集團(tuán)股份公司)的1000kV特高壓接地開關(guān)已通過了型式試驗。這些1000kV特高壓隔離開關(guān)將首選提供國家電網(wǎng)公司在武漢建設(shè)的特高壓交流試驗基地帶電試驗。3多個500kv變電站從1980~2006年,國產(chǎn)550kV隔離開關(guān)裝備了300多個500kV變電站。據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計資料,自1990~2006年,國內(nèi)共生產(chǎn)550kV隔離開關(guān)和接地開關(guān)5243組,363kV隔離開關(guān)和接地開關(guān)1954組。3.1復(fù)合壓縮閥的性能(1)目前國際上流行的6種結(jié)構(gòu)形式(見表3),在單柱垂直斷口偏折式及雙柱水平斷口折疊立開式中,還有觸頭鉗夾式或插入式兩種產(chǎn)品可供選擇。800kV及1100kV級特高壓也已自主研制成3種結(jié)構(gòu)形式。(2)產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。800kV級產(chǎn)品可用在海拔2000m或3000m,其絕緣性能是目前世界上最高水平。1100kV級產(chǎn)品的絕緣水平也達(dá)到國際水平。(3)國產(chǎn)隔離開關(guān)在絕緣水平、通流能力、無線電干擾、接線端靜拉力、短時耐受電流持續(xù)時間、開合母線轉(zhuǎn)換電流、接地開關(guān)開合感應(yīng)電流以及整體強(qiáng)度試驗等方面,都高于國外產(chǎn)品。(4)國產(chǎn)超高壓隔離開關(guān),從1985年算起已有六千多組在全國電力系統(tǒng)中運(yùn)行,時間最長已達(dá)20年,800kV特高壓隔離開關(guān)已安全運(yùn)行近兩年,總體情況良好。(5)在產(chǎn)品外觀、可靠性、穩(wěn)定性、耐用性、防腐性和免維護(hù)方面以及關(guān)鍵原材