日前多位專家圍繞配網(wǎng)開關技術的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢進行了多維度探討。中國電科院和日立的數(shù)位專家代表就目前開關設備的技術應用、新型真空斷路器技術研發(fā)、新設備研制和應用等進行了專題演講。
楊堃：開關柜、環(huán)網(wǎng)柜設備運行問題及對策
開關柜、環(huán)網(wǎng)柜設備是電網(wǎng)中裝用量最大的一次設備，應該說是最大的。截止到2014年底，公司系統(tǒng)共計裝用開關柜610097面、環(huán)網(wǎng)柜1199300面。其中開關柜主要是12kV，占了87.1%，其次是40.5 kV，占11.7%。
近幾年充氣柜、固體絕緣柜在發(fā)展，而且越來越受到大家的認可，但是還是以充氣絕緣柜為主，占了98%。這么大量的開關柜和環(huán)網(wǎng)柜在運行過程中出了很多的問題，公司運檢部針對每個不同時期開關柜、環(huán)網(wǎng)柜發(fā)生不同的問題，發(fā)布很多專門的對策。
開關柜接線方式隱患有：PT柜內避雷器直接連接母線、開關柜下柜與后柜未完全隔離、內部電弧釋放能力不足、開關柜、環(huán)網(wǎng)柜內部絕緣問題、發(fā)熱缺陷、防誤閉鎖不完善。
目前配網(wǎng)開關設備還存在一些問題：
1、環(huán)網(wǎng)柜絕緣介質選擇(空氣、固體、SF6、N2等)。目前以充氣絕緣為主，充氣柜在整體運行情況上要好于空氣柜和固體絕緣柜。
2、環(huán)網(wǎng)柜差異化設計。我們也接觸到一些情況是環(huán)網(wǎng)柜在一些潮濕地區(qū)一旦電纜封阻不嚴格，有潮濕上升進入到電纜室，就會出現(xiàn)電纜絕緣問題。西北一些風沙大的地區(qū)，雖然在室內，但防護等級低，內部積沙情況嚴重。企業(yè)要考慮成本，這個時候根據(jù)供貨區(qū)域有一定的差異化設計。
3、充氣式、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的運行維護壓力大。
4、固體絕緣屏蔽層。最早出現(xiàn)的固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜部分企業(yè)沒在絕緣件上裝設屏蔽層，內部出現(xiàn)很多的絕緣放電，后來提出絕緣件上加裝良好接地的屏蔽層。從現(xiàn)場情況來看，屏蔽層做得非常不好，基本上是“摸著有、用著無”的感覺。
5、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的固體材料劣化和老化特性。這種要長期材料積累和實驗支撐，目前沒有完整系列的支撐材料。
6、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的額定參數(shù)及序列化問題。現(xiàn)在固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜額定電流比較小，使用過程中存在一些問題。
7、固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜的環(huán)保性。如果在事故情況下，固體絕緣材料易燃燒，產生有毒氣體也是很多的?？紤]到未來固定絕緣環(huán)網(wǎng)柜在退役以后，充氣柜存在一些環(huán)保問題，對環(huán)保也是一個制約因素。
8、柱上油斷路器的功能設置。這些年環(huán)網(wǎng)柜開關方面一直進行無油化改造，油開關已經非常少了，時間也特別長，因為也沒出什么問題，不在一些重要節(jié)點上，所以沒有強制性的更換。但還是有一些問題值得注意。
9、柱上真空斷路器安裝地點的短路容量。真空斷路器主要是有穩(wěn)定性的優(yōu)點，基本上裝上十年再進行檢修。但現(xiàn)在發(fā)展的比較快，短路容量是有所增長的，真空斷路器是否能滿足，還需要值得注意的一個問題。
10、柱上SF6斷路器的密封性能。有些地區(qū)密封性能不太好，主要投入一兩個月，密封出問題的比較多。
11、柱上SF6斷路器的適用區(qū)域。這也是差異化設計的問題，SF6斷路器有低溫液化的問題，而且柱上斷路器都在室外，東北和西北嚴寒地區(qū)可能在冬天會發(fā)生液化，就導致絕緣、滅弧性能的下降，或多或少產生對開斷能力的影響。所以在一些低溫地區(qū)建議柱上SF6斷路器要慎用。
12、柱上開關出線套管材質。長期在戶外曬著，瓷套管相對好一些。目前也在對硅橡膠套管開展一些研究。
李輝：具有選相功能和串、并聯(lián)結構的模塊化真空斷路研究
這是來自我們國網(wǎng)公司的一個科研項目，后續(xù)我們承擔國家科技部的科技支撐計劃，相當于有兩個項目得到了一些成果，今天跟大家做一個交流。
本項目針對目前我國大規(guī)模輸配電系統(tǒng)中廣泛使用的斷路器開斷能力不足、引起系統(tǒng)操作過電壓和涌流等問題，研制具有自主知識產權的高壓大容量斷路器。
目前真空斷路器在發(fā)電廠27kV需要的條件是大容量開斷，目前國內做得廠家很少，主要用的是ABB的開關，想通過并聯(lián)開斷方式實現(xiàn)傳統(tǒng)真空斷路器大容量開斷能力。目前真空斷路器在10kV開斷能力在40kA左右，通過商用模塊串聯(lián)，實現(xiàn)110電壓等級。
我們研制的高壓大容量斷路器在西高院做過整套試驗以后，在湖北省公司支持下，進行掛網(wǎng)示范應用，主要試驗方式是在進線路進行串聯(lián)這臺產品。2013年12月份進行掛網(wǎng)，目前有一年多時間，運行效果良好。同時我們在現(xiàn)場也對各個接觸部件進行監(jiān)測，目前運行數(shù)據(jù)比較理想，漏磁場很低，符合我們國家電磁水平要求。
邱進：斷路器的控制器技術研究
我們自主研發(fā)的光纖控制的模塊真空斷路器，具有快速高精度和高可靠性的特點，易于構建各種串并聯(lián)結構的高壓大容量真空斷路器。結合對短路電流模型的建立和目標電流零點的快速預測的研究，可以有效實現(xiàn)選相分合閘。
光控模塊真空斷路器具有五方面優(yōu)點：1、模塊化設計;2、采取電子式操控系統(tǒng);3、采取自動式永磁機構;4、光纖通訊有效解決電器的隔離;5、自具電源。它的可擴展性，可以通過串聯(lián)的結構提升電壓的等級。
可以實現(xiàn)高低壓的隔離，簡化了絕緣結構。這個系統(tǒng)是集成在本體里面的信號驅動系統(tǒng)。電子操作機構采取模糊PID自適應控制，有效減少模塊操作時間分散性。
飯冢伸介： 12kV復合式永磁機構真空斷路器的研究開發(fā)與應用
回顧一下真空斷路器操作機構的發(fā)展歷史。
50年前：主要開發(fā)電磁操作機構。主要構成是電磁操作器+狀態(tài)保持機構。以前這個產品的一些缺陷是體積大、重量大，需要定期潤滑，維護保養(yǎng)方面也需要很多熟練作業(yè)，分合閘動作達到25-30A。
真空斷路器的操作機構取得很大的發(fā)展，但我們還需要什么樣的操作機構?我們認為是以下幾方面：分合閘動作特性穩(wěn)定、結構簡單、機械磨損少、易于維護保養(yǎng)、環(huán)境適應能力強、環(huán)保節(jié)能。
我們開發(fā)了日立復合式真空斷路器。日立復合式永磁真空斷路器主要是由電磁鐵、永久磁鐵和短路彈簧組成，這也是我們跟其他永磁機構廠家不太一樣的地方。在整體設計上要確保長期穩(wěn)定的操作，同時減少在運營當中的維護作業(yè)時間和成本，降低整個操作難度。我們這個技術實際上也是一個非常成熟的技術，在日本是2003年已經開發(fā)出產品并投放市場，到目前為止在日本客戶方面得到了使用，沒有出現(xiàn)任何大的問題和故障，也得到客戶很好的評價。
我們機構的特點和傳統(tǒng)彈簧操作器比較，最明顯的是機械零部件數(shù)量大幅度減少，跟以前彈簧操作器比較，是以前的14%，操作所消耗能源降低了很多，大概是彈操式20%，并且采用無油結構，用的是固體潤滑技術，減少維修作業(yè)。
永磁式真空斷路器的設計思路
我們設計思路要保證高可靠性，所以在關鍵永磁部分采用的是高性能的釹鐵磁鐵，另外在電容器方面，我們采用的是專門為日本生產混合電動汽車開發(fā)電容器的廠家一起研發(fā)出來的產品。我們主要設計思路是讓機械零部件減少，使整個結構簡單化。另外采取無油化技術，主要在關鍵的零部件連接軸承部分采用固體潤滑技術，實現(xiàn)無油化。
永磁式真空斷路器的特點
第一，結構簡單，在維護和保養(yǎng)方面能減少很多工作量。整體采用無油化結構，所以無需定期進行注油作業(yè)。本機械零部件比傳統(tǒng)彈簧操作零部件減少很多，使維修作業(yè)變得非常簡單。采用高可靠性長壽命的零部件，延長了檢修周期。
第二，環(huán)保。主要采用無油結構固體潤滑技術，這樣就不會因為沒有對油進行定期更換而造成機器的磨耗，還有大量電力消耗，通過無油結構解決了這些問題。操作耗電減少，操作耗電大概是以前傳統(tǒng)彈操操作耗電的20%。我們在產品設計上，保持閉合狀態(tài)時，不需要電磁鐵的作用，只需要永久磁鐵的磁力就可以保持閉合狀態(tài)，不需要連續(xù)為電磁鐵充電，起到節(jié)能的作用。
第三，長期穩(wěn)定性。無油結構會避免因為潤滑油的枯竭導致的各種事故。通過簡化結構，使機械零部件減少，也減少了機械故障的發(fā)生。采用高性能永久磁鐵組成的非接觸傳動裝置避免了傳動失敗等故障。
