高压40.5KV负荷开关的研发和应用
关键词:负荷开关、风力发电、箱式变电站、压气灭弧、产气灭弧
一、引言
随着供电网络额定电压的提高，特别是国家大力进行风电场的建设和农村电网的电压将从10KV提高到35KV的改造，额定电压为40.5KV的负荷开关将越来越多的使用，现把以空气为灭弧介质的NAL36型负荷开关的工作原理、技术参数、设计方法及使用情况作一分析，供广大电力设计人员参考。
二、40.5KV负荷开关发展概况
对于12KV负荷开关而言，是上世纪中期发展起来的，现在已在供电系统中特别是在工厂、居民小区、箱式变电站等场合已广泛使用，在有些场合中，为了限制短路电流，宁愿采用负荷开关加限流熔断器组合电器，用于降低电力系统在短路故障时的动稳定性和热稳定性，从而进一步更加可靠的保护变压器，近二年来随着供电网络额定电压将从10KV提高到35KV的推广应用，以及国家大力投资风力发电项目,在风电场建设中大量使用35KV箱式变电站，额定电压40.5KV的负荷开关及组合电器的开发成为满足市场的当务之急!为此近二年来在12KV负荷开关的基础上成功开发出40.5KV负荷开关来满足市场的需求。
三、以空气为灭弧介质的40.5KV负荷开关的结构和工作原理
目前40.5KV负荷开关的灭弧介质有空气、真空和六氟化硫，尤其是NAL36型负荷开关填补了以空气为灭弧介质领域的国内空白，现已成为40.5KV负荷开关的首选,NAL36型负荷开关是以空气为灭弧介质,采用压气和产气双重灭弧系统，其工作原理如下：
负荷开关的静触头座内部设计成一个活塞腔，并配装活塞，活塞杆与主轴联结，当主轴旋转带动动触头分闸时，活塞也被带动，并与动触头同步运动沿活塞腔向上压气，被压出的气体从喷嘴喷出，形成快速纵向吹弧气流，即压气灭弧，如左上图所示。压气灭弧作用与开断电流大小无关，只与机械运动特性有关，如左中图曲线2所示。
喷嘴材料为高温产气材料，当遇到由电弧产生的高温时，材料表面将气化，在瞬间产生大量气体，并在短时间内聚集在喷嘴狭小的空间内，产生很大的气压，起到了有效的灭弧作用，即产气灭弧。产气灭弧作用大小与开断电流的大小成近似正比例关系，即开断电流越大，产生的温度越高，喷嘴产生的气体越多，气体压强越高，产生灭弧作用越大，如左中图曲线1所示。实际开断电流时，灭弧由活塞压气和喷嘴产气共同完成，如左中图曲线3所示。由此可见，在开断小电流时以压气灭弧为主，在开断大电流时以产气灭弧为主。
四、NAL36负荷开关的主要技术参数
NAL36负荷开关的触头外型设计合理，触头运动速度快，短路关合能力在40.5KV电压等级下达到50KA，主要技术指标如下:
额定电压:40.5KV
额定电流:630A
额定短路关合电流:50KA
额定短时耐受电流:20KA/2S
额定峰值耐受电流:50KA
额定工频耐受电压:95KV/1Min
(相间及相对地)
额定工频耐受电压:110KV/1Min
(隔离断口间)
额定雷电冲击耐受电压:185KV/1Min
(相间及相对地)
额定雷电冲击耐受电压:215KV/1Min
(隔离断口间)
五、NAL36负荷开关的应用实例
某风电场一期工程共有33台35KV箱式变电站，附箱变主接线图。
在图中，风力发电机为S1500/66即功率为1500KW，电压为0.66KV，它发出的电能由电缆送到箱式变电站，通过低压开关(智能断路器和隔离开关)接到变压器，该变压器为S10-M-1600KVA/35/0.69KV，是双向变压,当风机发电时，由风机发出的660V电送到变压器升高到35K后经NAL36负荷开关向输电网络供电，当风机检修时，由供电网络的35KV电经NAL36负荷开关经变压器降到660V后再通过S2变压器向箱式变电站提供检修电源。NAL36负荷开关在系统中起到承上启下的连接作用。
五、小结
1.由于40.5KV空气式NAL36负荷开关采用模块化设计,结构紧凑,且用双盘簧操作机构,保证了负荷开关所需要的分合闸速度,特别是分闸速度达到6.5米/秒,确保了负荷开关能开断和关合大电流。
2.灭弧原理新型独特，采用压气和产气双重灭弧系统，在40.5KV电压等级填布了以空气为灭弧介质开关的国内空白，且通过西安高压电器研究所的型式试验证明，该灭弧原理在40.5KV电压下是可行和可靠的。
3.该开关安装方便，可跟据客户的要求灵活方便的组合安装成左操右操，正装倒装，在40.5KV负荷开关领域里是体积最小的一种开关，目前已由上百台开关在箱式变电站中使用。该开关是风电场箱式变电站中首选的产品。
参考文献
《高压交流负荷开关》王季梅编著机械工业出版社
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