摘要：特高压开关设备是电力系统当中重要的保障设备，通过关合和开断操作，可以使电力系统的电力负荷得到输送和倒换，全面提升系统稳定性,保证施工人员的人身安全，本文针对特高压开关设备进行研究，对电力系统内部常见的几种特高压开关设备的使用方式进行了论述，并从特高压设备发展的角度出发，对特高压设备今后的优化改进方向做出分析。
关键词：电力系统；特高压设备；稳定性；设备优化
我国现阶段常见的特高压电网主要以1000kV交流电网和800kV交直流电网系统共同构成，在电网建设中，1000kV级别输电网是特高压电网中的骨干网架，并且通过分层、分区的方式，建立起由直流、交流输电以及智能配电共同构成的现代化电网。在电网应用中，特高压电网由于大容量、远距离、跨区域等特点，应当具备更高的安全等级，因此需要针对开关设备进行全面的优化和改进。
一、特高压开关设备的使用方式
（一）特高压断路器的使用方式
在特高压系统之中，断路器是一种十分常见但内部结构复杂的开关设备。断路器设备在实际应用中主要负责特高压电网的正常电流回路运行的承载、开断以及关合工作，同时还要能够开断电网故障回路电流以及关合涌流等。现阶段应用于特高压电网当中的断路器种类繁多，一般根据其具体的灭弧介质进行分类。常见的断路器有SF6断路器、真空断路器、油断路器等，在断路器技术不断发展的过程中，混合气体断路器的研究也已取得了一定的成果。其中SF6断路器应用最为广泛，SF6断路器是一种以SF6气体为绝缘介质的断路器，在具体的使用当中，该介质的化学性质稳定且具有优良的绝缘性能，因此安全性和稳定性较高，能够在封闭的环境中重复使用。
以SF6断路器为代表的特高压断路器，主要的工作目的在于利用关合以及开断操作来限制超高压电网当中可能出现的过电压及涌流。断路器在进行分闸时，首先需要将主触头打开，此时其辅助触头则仍然处于闭合状态，并且将电阻接入到回路当中，以此来避免断开震荡问题。随后，主触头的电压恢复并直接关联电阻，形成电压降，因此在主触头位置能够保证电弧不会出现重燃问题。断路器在进行合闸时，辅助触头首先接通，电阻回路接入，从而实现限制合闸涌流现象的产生。
（二）特高压隔离开关的使用方式
特高压电网中，隔离开关的主要的功能在于对配电装置中需要进行停电的环节以及带电环节进行隔离，保证可靠性，从而提升电网检修工作的安全性和稳定性。目前在超高压电网当中，隔离开关主要采用直角型进行布设，在其内部，动触头通过电动机构进行传动，完成分合闸操作。三相电气联动，配备独立的电动机构。部分应用场景下，隔离开关还需要装置专门的观察窗，通过观察窗对其内部的断口状态进行观察。这种隔离开关装置在接地组合或者单独使用等方面均有优势，其外部壳体主要使用焊接方式进行加固。
在具体应用中，隔离开关主要面对的是超高压电网中所出现的瞬态过电压问题，这种问题的出现要求隔离开关能够进行小感性、小容性以及母线转换电流的开合操作。在开断过程中，电弧熄灭之后如果断口间的绝缘介质恢复强度小于断口间的电压上升率时就会出现击穿现象，发生复燃，最终形成具有较高上升率的恢复电压。在形成过电压后，隔离开关需要能够对其进行开断，以保证电网的稳定与安全。
（三）特高压快速接地开关
在特高压电网建设中，由于架空线路建设过多，因此电网线路会面临严苛的环境影响，诸如雷击等自然灾害影响的概率也就有所增加。在进行电网安全保护时，要求进行单相接地，并通过接地相断路器断开的方式，保证电网安全。但是在现实环境中，由于两相非故障不能完全断开，因此在受到耦合作用下，接地点可能存有潜供电流，造成电幅值出现大幅度变化。虽然电抗器设备能够在中性点的连接中对其进行线路补偿，但是由于成本因素影响，大部分特高压电网主要还是采用快速接地开关来解决安全问题。
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快速接地开关在使用中主要的方式为，快速接地开关与单相重合闸之间相互影响相互作用，并且快速发现故障点和故障电流特征，随后，通过开关隔离方式，对故障相的两端断路器断开，此时故障点内部仍然存有一定的潜供电流，造成这一现象的主要因素在于健全相相对故障，因此要求快速接地开关需要完成瞬时关合，使其故障相能够完成接地，并且熄灭潜供电流。最后将故障相的两端接地开关打开，完成重新送电。
二、特高压开关设备的优化改进方式
（一）断路器结构优化改进
目前特高压断路器主要是SF6断路器，断路器采用三相分箱结构，配备大功率的液压机构。内部灭弧室多采用双断口对称布置，断口间并联有一定数量的电容器和电阻，以此来限制开断和关合过程中的过电压和涌流，灭弧方式多采用压气式灭弧。这种断路器虽然灭弧性能优良，但开断过程中需要进行压气增加气吹，导致操作功增大，此时必须增配大功率的液压机构，但又造成了成本的增加，并且速度难以提升。因此我们需要对断路器机构进行优化改进，新型的双动自能式灭弧室是我们的改进方向。自能式灭弧室可以有效的利用开断过程中电弧的能量来进行灭弧，大大降低了机构的操作功，并且双动结构在机构速度不高的情况下便能使动静触头间产生较大的相对速度，增加灭弧能力。配备双动自能灭弧室的断路器可以考虑使用弹簧操作机构，从而可以大大降低生产成本，但双动自能灭弧室设计机构复杂，要想得到一个稳定有效的灭弧室，还得加大研发投入。
（二）特高压隔离开关的优化改进
针对特高压隔离开关所处的线路环境以及所面临的瞬态过电压问题，在进行改进和优化过程中，应当将绝缘能力作为重点。在具体的改进方案当中，可以采用增加线圈匝数的方式促进其绝缘能力的提升，与此同时还应该在进行隔离开关设置时，有限选择合适的电抗器，通过叠式安装的方式，保证电抗器能够在支柱绝缘子中发挥绝缘效能，从而保证在瞬态过电压出现时能够通过电抗器设备避免电位提升问题。随着技术发展，在目前国际上，隔离开关的研究已经逐渐引入了分时/合时串入电阻装置，经过试验分析可以看到，这种装置的优化和革新可以控制电压水平，降低过电压超过50%。且在意大利、日本等国的研发中，这种隔离开关装置研究已经逐渐成熟，能够稳定的投入到超高压电网的运行当中，解决超高压电网问题，提升电网运行的稳定性。
（三）特高压快速接地开关控制系统设计
随着信息化水平的不断提升，超高压电网建设中也开始普遍运用信息技术进行技术能力和设备使用性能的提升。例如现阶段采用的模块化处理系统平台，就是针对特高压快速接地开关等开关设备所进行研发和创新的控制平台，在平台内部，利用传感器、电缆传输等硬件建设，实现超高压电网的数据采集，并通过数据库分析和系统显示等方式，使得传感器与超高压开关设备之间形成控制通路，最终完成更为优质的系统控制方案，提高开关设备的使用性能。
结论
综上所述，随着技术的不断发展和进步，超高压电网中的开关设备都能够通过技术创新的优势进行优化和改进，并不断解决以往运行环境当中所面临的种种问题。作为国家电网系统当中的重要组成部分，超高压电网通过改进和革新开关设备，使得其运行安全性和稳定性得到了明显的提升，从而保证了电网建设的全面发展。
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论文作者:张皓祺,卢杰,李清坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
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