中置式真空负荷开关的技术特点及其应用

 近几年来，在我国电力系统特别是在一次配网系统中，由于中置式开关柜突出的优点(便于主元件维护和更换，安全等级高，具有停电时间短，供电可靠性)深受欢迎而得到推广，这种以断路器手车置于柜体中部为主要特征的“中置式”成为一次配电系统主流产品。如我公司经营的高压中置式PT手车
    在二次配电系统中，由于环网开关设备能简化接线，便于安装，供电可靠。特别是负荷开关与熔断器安装配合在一起，能有效地保护变压器(160kVA～1600kVA)，当变压器内部发生故障时，持续时间超过20ms，电弧热量足以使油箱爆炸，若采用断路器与继电保护配合，一般全开断时间在80m。负荷开关与熔断器的配合，能在10ms内切除故障；使得环网开关设备的使用量越来越大，得到供电部门的广泛认可，深人人心。

中置式真空负荷开关的设计构想
    20世纪末，21世纪初，随着真空技术的发展．真空灭弧室小型化成为现实，并且由于复合绝缘技术成功地应用于断路器(VD4，VEP)上，并取得了巨大的成功。巨开电气有限公司充分吸收了断路器的设计理念(操作机构与导电部分成前后布置的方式)，利用环氧浇注技术把真空灭弧室包覆起来．即“固封极柱”；由于熔断器的特殊用途，同样采用“固封极柱”方式，把它安装于“固封极柱”形成的环氧树脂筒内，与真空灭弧室平行安装在机箱上，与操作机构前后形成一个有机的整体，其操作方式及其工作原理与断路器类同。
    秉承于上述设计理念，巨开电气有限公司，经过不懈的努力，于2010年7月，开发试制成功中置式真空负荷开关(FZRN一12型系列)，并顺利通过国家级(西高所型式试验)鉴定和省级鉴定(批量生产)。
中置式真空负荷开关的特点和工作原理

特点
    (1)固封极柱。电气主回路部分采用环氧树脂浇注工艺(APG)，将真空灭弧室直接固封在环氧树脂内，两者之间衬有硅橡胶缓冲层，成为固封极柱的真空负荷开关不受外部恶劣环境的影响，大大提高了真空灭弧室绝缘水平，减少了真空负荷开关的相间距离．增加了断口爬电距离，真正做到了免维护。
    (2)中置式真空负荷开关同时配有撞击器和脱扣器操作方式，已顺利通过3150A交接电流试验。
    (3)限流熔断器平行安装于真空负荷开关的上方．使得真空负荷开关组合电器的限流熔断器能对真空负荷开关的故障进行保护。
　(4)完全与VS1断路器配套安装于开关柜中，具有可靠的“五防联锁”，有效地防止误操作。

工作原理

中置式真空负荷开关，通过“固封极柱”方式，把限流熔断器和真空灭弧室有机地结合在一起，构成一个串联回路，组合成“组合式负荷开关”，由负荷开关(真空灭弧室)承担关合和开断各种负荷电流，由限流熔断器承担短路电流开断；本产品还配置了分励脱扣器装置，与继电保护配合，实现过载保护，而无需烧损熔断器，降低运行成本。
    中置式真空负荷开关，采用四连杆机构，当开关合闸操作时，开关中合分闸弹簧同时储能，当四连杆机构过死点时，合闸弹簧的能量释放，开关作合闸操作(真空灭弧室触头闭合，形成导电回路)；此时分闸弹簧的能量仍由半轴机构所保持，一旦撞击器出击或脱扣器动作，半轴解列，分闸弹簧的能量释放，开关作分闸操作(真空灭弧室触头开断，形成断口，隔离了导电回路)。

中置式真空负荷开关在配电系统中的应用
1  用于厂用变保护时。几种方案比较
    (1)方案一的优点是便于变压器、熔断器的维护和维修。缺点是①变压器安装于手车上，体积大，操作不便；②变压器手车，不能与断路器配套，柜型不一致。虽然熔断器对保护变压器可靠，但不能杜绝“断相”运行情况发生。对整个变电站或开闭所安全运行带来危害。

    (2)方案二的优点：①熔断器车操作简便，便于维护及检修。②熔断器车与断路器手车配套，安装方式一样，便于厂家生产。

    缺点是仍不能杜绝“断相”情况的发生，对整个变电站或开闭所安全运行的危害。
    (3)方案三的优点：充分利用负荷开关熔断器组合电器快速保护变压器的特点f即一相熔断，其撞击器击出，通过脱扣装置，使三相负荷开关分断，隔离故障电源1，杜绝了“断相”情况的发生，消除了对整个变电站或开闭所安全运行的危害。

    缺点：①固定式负荷开关柜与中置式断路器柜，两种柜型的存在，安装方式不一致，不协调，不便于厂家生产。②对负荷开关熔断器组合电器维护和检修不方便。
    (4)方案四的优点：①杜绝了“断相“运行的情况发生，消除了对整个变电站或开闭所安全运行的危害。②柜型均为中置式开关柜，便于厂家生产，便于对主元件的维护和检修。

2　用在开闭所的几种比较
  方案一(采用固定式负荷开关主接线)

   此种方案的优点：结构简单，操作简便，投资省。
   缺点：①进线柜负荷开关不能对母线短路故障，负荷开关本身发生的绝缘故障及对地短路进行有效地保护，会导致上一级负荷跳闸。②发生故障后，不能迅速判断故障点，增加了维护检修的周期。③随着环网馈线结点的增多。用电负荷的增长，对于本开闭所设备增容改造，带来压力，即受到场地的限制，又受到重复投资的压力，对于环网供电系统的网架建设不利。
　(2)方案二：(采用中置式断路器与固定负荷开关主接线)

    此方案的优点：①进线柜采用中置式断路器对整个开闭所进行保护。消除了负荷开关不能对母线短路故障，负荷开关本身发生的绝缘故障及对地短路，导致上一级负荷跳闸的缺陷。充分利用负荷开关熔断器组合电器快速保护变压器的特点，把故障范围限制在用户端。②进线柜采用中置式断路器，便于故障点的判断，缩短了检修和维护时间。
    缺点：①中置柜与固定环网柜的结构特点不同，增加了并柜难度，若柜与柜之间的绝缘处理不当，会在运行过程中，导致“火烧连营”的后果。
    ②随着环网馈线结点的增多，用电负荷的增长，对于本开闭所设备增容改造，带来了压力，即受到场地的限制，又受到重复投资的压力，对于环网供电系统网架结构的建设不利。
    (3)方案三(采用中置式断路器与FZRN一12型中置式真空负荷开关主接线)

    此方案的优点：①进线柜采用中置式断路器对整个开闭所进行保护。消除了负荷开关不能对母线短路故障，负荷开关本身发生的绝缘故障及对地短路故障，导致上一级负荷跳闸的缺陷。②进线柜采用中置式断路器，便于故障点的判断，缩短了检修和维护时间。③中置式真空负荷开关的安装尺寸与VSl真空断路器的安装尺寸一致，便于柜型生产一致，在实际运行中，随着环网馈线结点的增多，用电负荷的增长，对于本开闭所设备增容改造，带来了便利，(如方案四所示．环网柜l可由中置式负荷开关更换为中置式断路器)。解决了场地的限制，和重复投资的压力，对于环网网架结构的长远规划建设有利。
    (4)方案四（采用中置式断路器与中置式负荷开关混合制方案)

    此方案的实施，①对环网供电系统的安全运行。提供了可靠的保障，提高了开关设备的管理水平及其运行方式。②有效地把断路器，负荷开关和熔断器的优点组合在一起，发挥各自在环网供系统的作用。并根据供电系统对环网网架结构的要求，自由调配设备容量大小，为环网网架结构的建设，提供了新了思路。
3  在环网供电系统中的应用(终端用户)
    环网供电系统中，采用中置式真空负荷开关对固定式环网柜几种典型方案的优化设计。
    (1)方案一(中置式真空负荷开关代替固定式负荷开关)

    说明：采用中置式真空负荷开关代替固定式负荷开关的设计方案，其优点：①取消边柜，降低成本；②中置式真空负荷开关由于限流熔断器的特殊安装方式，能对负荷开关本身引起的绝缘故障进行保护；③出现故障时，便于维护和维修，缩短检修周期；④克服了采用固定式负荷开关，对开关本身安装方式的选型和要求，方便用户设计选用。
    (2)方案二(双电源单母线制) 

    说明：采用中置式真空负荷开关代替固定式负荷开关的优点如：①克服了固定式负荷开关不能同时具备电气联锁和机械联锁的缺陷，对保证连续可靠地供电，提供了安全保障；②双层柜的实现，可满足特殊用户的选用；③针对技术要求，设备可灵活更换或扩展；④应用在不问断电源系统中，可在不停电的情况下，对其中任一台开关进行检修和维护。
结论
　(1)填补了负荷开关不能与中置式断路器完全配套使用于中置式开关柜中，满足配电系统需要的历史空白。
    (2)是首家采用“固封极柱”的工艺，为开关设备的免维护创造了良好的条件。
    (3)突破了负荷开关不能发展成双层柜或多层柜的颈瓶。
    (4)在环网供电系统中的使用中，能迅速隔离故障，恢复送电，提高供电的可靠性，保障电网的安全运行。