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何谓 "新"?
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何谓 “新”?

May 9, 2017 • Columns, From the World of Testing, Testing, 最近文章汇总

每年四月上旬是传统的汉诺威会展之日,汉诺威 会展是当今展示电力工程最新及前沿技术的 最佳窗口。在与可再生能源和智能电网应用相关的最 新成果展览中,我惊讶地发现了第一台展示欧洲最 新开断技术的高压真空断路器。当然,在上世纪60年 代,英国已经开发出了样机并有少量上网试运行;日 本已有许多的高压真空开关(大多数是72.5kV等级) 挂网运行多年;而在西半球,SF6开关技术已成为解决 高压绝缘和开断技术的的主要方向。
确 实 如 此 ,因 为 S F 6 具 有 最 好 的 开 合 和 绝 缘 性 能 。该 性能已被证明能有效达到当今电力系统(如中国的 1100kV输电线路)最高电压等级的要求。SF6能够非 常有效地“冲走“在零电流时引弧而产生的电气赃 物。在电力系统依靠暂态恢复电压在几微秒钟内重 新合闸之前,任何残余的导电等离子体应该立即在 开 合 间 隙 被 排 出 。此 外 ,S F 6 具 有 良 好 耐 受 稳 态 电 压 的 性 能 。这 主 要 取 决 于 S F 6 内 部 的 分 子 结 构:可 以 捕 获自由电子,避免引发电子雪崩而导致击穿。
在 真 空 状 态 下 ,情 况 就 完 全 不 同 了 。真 空 状 态 下 电 弧 的残留物会很快在开合间隙自动消失。所以真空开 关中可以反复操作,控制气体流量的装置就没有存 在的必要,而该装置是易损件,需要进行定期的维 修。至于绝缘,由于在真空状态是最理想的介质,传 统的绝缘击穿不可能发生;触头完全决定了击穿机 理。对设计者来说,这是一个很大的挑战。因为同样 的触头必须耐受开合电流的冲击,以及开合后留下 的不利于最佳绝缘状态的引弧痕迹的影响。
真空状态下开断的优势已在配电网的应用中得到了 广泛的认可,其优良的开断性能,在许多真空状态下 的开合动作中得到了验证。这也是当前配电系统主 要用真空开关而输电系统主要配备SF6气体绝缘开 关的原因 。
不幸的是,SF6是一种很强的温室气体。设备生产商 被迫去寻找其它的气体来代替SF6,或力争将SF6的 排放降到最低水平。正因为此,真空技术开始慢慢 进入输电领域。CIGRE已经设立了一个工作小组,研 究真空开关在输电系统下应用的效果。最近在中国 举行的工作组研讨会中,展示了一大批中国高压真空 开关的最新研究成果。
对全球超过100个高压开关的用户做的一个调查结 果显示,由于有限的运行经验,使他们仍对高压真空
开关的使用持犹豫态度。但由于SF6的来源问题和与 预计长时间使用时较低的维护费用,大家又都愿意 就此新技术来开展试点项目。在日本,对高压真空开 关的使用已经拥有丰富的经验,并且有上千组此类 开关已在网上运行。在开始讨论全球气候变暖之前, 日本已进行了多年的研究。最终证明在多数应用情 况下,真空技术是成熟的。
权 衡 S F 6 的 优 缺 点 ,其 对 全 球 气 候 变 暖 所 造 成 的 潜 在 问题应该放到一个更广阔的范围内进行讨论。一个对 整 个“ 生 命 链 ”有 价 值 的 分 析 应 清 楚 地 指 出 在 S F 6 气 体的排放给潜在的全球变暖带来实质的影响时,它对 一个长时间运行的高压开关的贡献到底有多大?由于 SF6开关采用了特定的触头设计,额定导电损耗可以 被控制在很低的范围内。如果采用更现进的技术,很 有可能更少量的碳排放会进入大气中。
关于试验方面,对于试验标准必须进行新一轮的讨 论 。从 逻 辑 上 来 讲 ,对 S F 6 设 备 进 行 试 验 是 为 了 验 证 何谓 "新"? 何谓 何谓 "新"? Photo for Topic 4 Sept 28 其是否含有潜在的缺陷,并验证SF6的使用是否符合 设计要求。由于目前标准化委员的成员会主要是由 高压专家组成的,(开关)标准的许多方面都是从SF6 的角度来考虑的。在诸多方面,真空开关的表现没有 预想的那么好,主要是因为在运行过程中时常存在 完全不同的物理现象。这需要重新进行思考,尤其是 对于在稳态和开合时的介质强度耐受试验的问题。 很幸运的是,在真空间隙的突然和“延迟”击穿后, 绝大多数绝缘会立即恢复。这一观点已在技术文献 上被报道过多次。对于设计者来说,这也是一个很 大的挑战。
KEMA从以下两方面来应对这些发展。第一,容性开 合试验被认为是最苛刻的试验之一(例如线路、电缆 冲电电流和电容器组的开合试验)。KEMA已经开发了 能在容性电流开合试验时提供稳定恢复电压的试验 回路,这一方法比衰减恢复电压更为理想。这一方法 得以接受是因为在通常的高压(SF6)断路器合成试验 中 ,S F 6 断 路 器 中 的 延 迟 击 穿 并 不 是 一 个 大 问 题 。第 二,KEMA已经开发了能够在电压恢复过程中监控流 过真空触头间很微小的电流的测量系统。这个系统能 够处理从微安培一直到数十千安培的电流数据,而对 电子场致发射效应所产生的微小电流的检测促进了 我们对击穿过程的了解和被试品的评估。
Rene Smeets

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