高中壓開關設備技術分析論文

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摘要：西門子公司是世界上生產高壓開關設備主導企業之一，具有30多年生產的高壓斷路器及SF6封閉式組合電器(GIS)的歷史，取得了輝煌的業績，產品行銷世界各地，產品的80％出口。

關鍵詞：西門子高中壓開關設備

1.輝煌的業績

西門子公司是世界上生產高壓開關設備主導企業之一，具有30多年生產的高壓斷路器及SF6封閉式組合電器(GIS)的歷史，取得了輝煌的業績，產品行銷世界各地，產品的80％出口。

1960年該公司開始作SF6技術的基礎研究工作，1964年提供第一批245KVSF6斷路器；1968年提供第一套6間隔145kVGIS，1974年提供第一間隔245VGIS，1978年提供第一間隔420/550kVGIS，1984年提供550kVGIS，用于嚴酷電網條件：額定電流8000A，額定短路開斷電流100KA，計17臺斷路器，1987～1991年開發出7.2.5～550kV第二代GIS，1997年開發出智能化GIS，間隔集成有控制、監視和診斷功能。

西門子公司為世界上750座變電站提供了7000多間隔GIS。按產品型號來劃分，西門子公司提供8DN8型145kVGIS4700間隔，8DN9型245kVGIS1800間隔，8DQ1型550kVGIS550間隔，共計7000多間隔。其中8DN8型產品運行64000間隔年，8DN9型產品運行14000間隔年，8DQ1型產品運行5800間隔年，共計84000間隔年。

在高壓斷路器方面，30年來，西門子公司共生產戶外SF6斷路器20000臺，生產GIS用斷路器6000臺，共計生產高壓SF6斷路器26000臺。該公司生產SF6滅弧室計100000只，操動機構52000臺。

在GIS中，8DN8型為三相共筒式結構，8DN9型和8DQ1型為分相式結構。8DN8型原做到145kV極，現做到245kV級。

西門子公司的高壓開關設備屬于西門子公司輸配電集團(PowerTransmissionandDistribution,簡稱PTD)。在該集團中，生產GIS和充氣管線的企業為柏林高壓開關廠(簡稱SWH)，生產高壓SF6斷路器的企業有5家；柏林高壓開關廠(SWH)，美國的fackson公司、巴西的SaoPaulo公司、中國的杭州高壓開關公司及印度的Aurangabad公司。其中柏林高壓開關廠是最大的生產基地。

柏林高壓開關廠(BerlinSchaltwerkHochspannung—SWH)屬于西門子公司高壓部的輸配電集團(PTD)。生產的產品包括高壓斷路器和GIS(72.5kV～800kV，短路開斷電流為100KA)、高壓隔離開關、避雷器等。產品性能達到高可靠性、極少維修(維修間隔20年)。產品80％出口，交貨時間4～9月，視產品類型而定，年銷售額4億DM(德國馬克，1DM約合5元人民幣)。員工人數1000名，其中260名為科學家、工程師和技術人員，工人570名，其中70％為技工。擁有固定資金2.5億DM，其中1.4億DM為試驗設備。柏林高壓開關廠擁有世界上最大的私營高壓試驗設備。在投資額中，年銷售額的4％用于新添和更換設備，年銷售額的8％用于研究與開發。工廠占地面積8000平方米。

2.高壓斷路器

西門子公司高壓SF6斷路器經歷了雙壓式→單壓式→熱膨脹式。雙壓式早已淘汰。單壓式SF6斷路器做到550kV100KA和800kV63KA水平。該單壓式斷路器有三個特點：1.在滅弧方式上采用定開距。定開距具有開斷電流大的優勢；2.噴嘴和燃弧環采用石墨。石墨噴嘴即使開斷短路電流20次后，其表面亦沒有發毛，這是因為石墨直接從固態升華氣化；3.開斷時雙向運動，開斷時間短，可達到60Hz時二周波。

作為SF6斷路器的發展，西門子公司開發出熱膨脹式SF6斷路器。1996年在漢諾威博覽會上首次展出熱膨脹式斷路產品。接著對熱膨脹滅弧室優化，開發出第二代被稱為新型動態自壓縮式滅弧室，因此滅弧室，開發出第二代熱膨脹式SF6斷路器。在2000年國際大電網會議上，西門子公司以B－106號報告，介紹了該公司研制的第二代智能滅弧室。將第二代滅弧室配在新開發的245kV/50KASF6斷路器上，每項操作功僅為0.7KWS。該公司還開發一種雙向運動觸頭系統，使之170/40KASF6斷路器的每項操作功僅為250S。西門子公司還利用新型動態自壓縮滅弧室研制300kV和420kVSF6斷路器。

從壓氣式到熱膨脹式，西門子公司的高壓斷路器從定開距離為變開距，從液壓操動機構變為彈簧操動機構。而且熱膨脹式斷路器已研制出第二代產品。西門子公司將第二代滅弧室用于支柱式和罐式斷路器、GIS及HIS緊湊型開關設備。西門子公司支柱式斷路器為3AP1型，美國Jacksan公司的罐式斷路器為SPS2型，現采用第二代滅弧室又開發出3AP1DT型72.5～245kV罐式斷路器。其中短路開斷電流達到245kV－1.63KA。

3.GIS及緊湊型高壓開關設備

西門子公司GIS做到550kV級(8DQ1)型。

GIS的發展主要表現在145kVGIS上，80年代初開發出145kV三相共筒式GIS，稱之為8DN81型，90年代后期進一步縮小體積和占地面積，開發出8DN8－2型GIS，到了90年代末又開發出8DN8－3型GIS，被稱之為高集成高壓開關設備。其中8DN8－2型GIS的斷路器垂直安裝，而8DN8－3型GIS的斷路器為水平安裝。8DN8型GIS的間隔寬度僅0.8m，大大節約了所需空間，采用熱膨脹式斷路器，配用彈簧操動機構。8DQ1型550kVGIS為分相式，采用壓氣式滅弧原理，配用液壓操動機構。

圖1示出8DN8－3型高度集成GIS的結構圖，8DN8－3型GIS在結構上不同于ABB公司PASS式緊湊型開關設備：8DN8－3型GIS的斷路器和隔離器及接地開關不在一個氣室內，而PASS式結構的斷路器和隔離/接地開關在一個氣室內。

8DN8－3型GIS剛一問世，就受到用戶青睞，銷售給德國本土、澳大利亞等國，在中國已銷售多間隔。

4.中壓開關設備

在中壓領域，西門子公司素以生產真空滅弧室、真空斷路器及真空斷路器而稱著。在中國建立了西門子真空開關管(無錫)公司。該公司經過幾年努力，已完成真空滅弧室系列。據稱做到德國質量、中國價格、當地交貨。產品的主要特點是：體積小、電氣和機械壽命長(30000次)、額定短路開斷次數達50～100次，截流值小(平均為3A)、開斷容性電流無重燃、接觸電阻小、觸頭燒損小、絕緣強度高、觸頭材料制造工藝獨特等。

西門子公司不懈地開發真空斷路器，開發了一系列真空斷路器產品，如3AF－3AG－3AH－NXAct型等。其中3AH系列分標準型，專用型(如頻繁型)、經濟型。而NXAct型為多功能型，該斷路器集開斷、隔離、接地、聯鎖于一體。這樣可大大簡化開關柜結構。

在開關柜方面，分空氣絕緣和SF6絕緣兩種。

在空氣絕緣柜中，以8BK20型中置柜著名。最新開發NXAir和NXAirM型中置柜。

在空氣柜方面，西門子公司是世界第一個開發出充氣柜的企業。該公司于1982年率先推出8DA10/8DB10型充氣柜，以后其他公司加以效仿也有了自己的產品。西門子公司充氣柜用真空開斷而用SF6絕緣。據稱，這是優異的真空開斷性能與優異的SF6絕緣性能的完美結合。從世界看，裝入充氣柜的斷路器有真空式也有SF6式，以真空式居多，但絕緣均用SF6氣體或N2(氮氣)，以SF6氣體居多。

充氣柜是將高壓元件諸如母線、斷路器、隔離開關、互器等封閉在充有較低壓力氣體(一般為0.02～0.05MPa)的殼體內。所充絕緣氣體大多為SF6氣體，但也有充N2的。

充氣柜以體積小、不受環境影響、可靠性高而稱著，特別在40.5kV級，其技術經濟指標更為優越。

充氣柜在結構上現有兩種外形上差異很大的結構型式：一種為鋁筒封閉式；另一種為鋼板封閉式，前者很像高壓SF6封閉式組合電器(GIS)，后者卻像一般空氣絕緣的開關柜。從制造歷史看，一般先有鋁筒式、后有鋼板式。許多制造公司都擁有這兩種結構型式、如西門子公司的8DA10/8DB10型為夠筒式，而8DC11型為鋼板式。

西門子公司將向我國市場推出8DA10/8DB10型鋁筒式充氣柜，其中8DB10型40.5kV雙母線充氣柜已收到國內訂貨。該產品技術參數為：額定工作電壓40.5kV，額定工頻耐壓80kV，額定雷電沖擊耐壓180kV，額定電流2500A，額定短路開斷電流31.5KA。

圖2示出西門子公司40.5kV充氣柜結構。

該產品為全絕緣單相封閉鋁筒式結構。截止1999年，西門子公司法蘭克福開關廠已作為第22222間隔，將8DA10/8DB10型產品交付給德國圖林根電力公司。迄今，西門子公司已向世界上54個國家的400多個用戶提供了此產品。

除了以上介紹之外，在高壓方面，還應提到西門子為日內瓦制作的第二代混合絕緣(20％SF6/80％N2)的充氣管線(GIL)。在中壓方面，還研制出一系列SF6環網柜、接觸器等產品。

5.結論

本文是根據參觀上海第三屆國電力設備技術展覽及從現刊等得到的信息編寫而成，介紹西門子公司在高中壓領域的技術創新和產品。