摘要：戶外中壓開關電器主要用于農網及城鄉結合部。由于我國農網電力約占總電力1/3左右，因而戶外中壓開關電器用得很多，市場很大。我國戶外中壓開關電器年用量約4萬臺。該文介紹了農網特點及各類開關的特點，并介紹了柱上開關的發展。

關鍵詞：農網；柱上開關；真空；

柱上開關根據農網特點，原電力部于1986年制定了農村變電所模式方案：堅持“小容量、密布點、短半徑、造價低、安全可靠、技術先進”的發展方向。具體有兩種模式方案：

第一方案（即近期方案），10kV側采用柱上SF₆或真空斷路器和綜合集控裝置，35kV側采用油或無油斷路器；

第二方案（即遠期方案），10kV側采用重合器和分段器；35kV側采用熔斷器和負荷隔離開關。

目前我國90％以上農村變電所處于第一方案，而第二方案有明顯增長的趨勢。農網電壓等級為110kV、35kV、10kV、220/380V。其中110kV用的斷路器或GIS，同城網沒有差別。35kV和10kV級產品獨具特色，如10kV級產品為柱上式，35kV級斷路器為落地布置。第二方案中35kV級用負荷隔離開關 熔斷器，也可布置在柱上。對于標稱電壓為10kV和35kV的電網，使用的高壓開關的額定電壓（電網最高工作電壓）應為12kV和40.5kV。在這兩個等級中，SF₆開關和真空開關作為兩大支柱，取代了原來了多油開關。其中產品包括斷路器、重合器、分段器和負荷隔離開關。農網用的開關不同于城網的，它屬于小容量、小型化、戶外式及柱上安裝。由于農網用開關多裝在柱上，故不需建房，可節約面積和造價30～40。但由于農網用開關多裝在戶外，因此必須解決好戶外開關的外絕緣問題。目前市場上的柱上開關形式多樣，性能也各不相同。具體可分以下幾類：

按出產國可分為國產和進口兩種；

按觸頭滅弧能力可分為斷路器、負荷開關；

按滅弧介質可分為真空、SF₆；

按絕緣介質可分為油絕緣、空氣絕緣、SF₆絕緣及固體絕緣；

按操動機構可分為電磁操動機構、彈簧操動機構、永磁操動機構；

按產品使用功能可分為斷路器、重合器、分段器、負荷隔離開關；

按出線套管的材質可分為瓷套管和硅橡膠套管。

2各類開關的特點

2.1國產開關按國內電力系統的使用特點進行設計制造。一般采用彈簧操動機構，可進行電動和手動分合閘操作。電流互感器二次電流按5A設計；可設多組、多變化，有利于滿足繼電保護、遙測、計量的不同要求。一般開關本身配置刀閘，并且開關與刀閘之間設有操作閉鎖。

2.2進口開關所有進口開關的共同點是：

①電流互感器二次電流按1A設計。一般為600/1和1000/1兩種選擇。

②所有開關均不配刀閘。

③配有專用的操作控制器。控制器的控制、保護功能齊全，可選擇性強，有利于上下級的保護配合。

④采用零表壓下的SF₆氣體絕緣，不受外部環境的影響。操動機構制造工藝精細且大多密封在SF₆氣體腔內，現場免維護。

2.3斷路器、重合器、負荷開關、分段器斷路器：具有很強的滅弧能力。可關合、切斷故障電流。配備含微機保護的控制器，可實現對分支線路的保護。

重合器：開關本體與斷路器完全相同，區別在于控制器的功能上，斷路器的控制器功能簡單，僅具備控制線路電流，保護現場，其他功能是靠FTU實現。而重合器的控制器除了具備斷路器控制器的所有功能外，還具有自具功能，它具有3次以上的重合閘功能、多種特性曲線、相位判斷功能、與自動化系統的連接功能等，價格較高。

負荷開關：可以關合故障電流，開斷額定負荷電流，有真空和SF₆滅弧兩種型式。其主要作為線路分段開關。配備智能控制器就成為分段器，造價較低。

3戶外柱上開關的發展

3.1增大容量農網原來用多油斷路器（如DW10型），其容量（短路開斷電流）僅為3.15kA，難以滿足農網日益增長的容量要求。自從無油化后，采用真空和SF₆斷路器，其容量大增，形成8kA、12.5kA、16kA、20kA系列，完全能滿足農網發展對斷路器的要求。多油斷路器已被淘汰。

3.2減少用氣量和排氣量SF₆等6種氣體，在1997年《京都議定書》中被列為溫室效應氣體，其中CO2影響最大，占60％；SF₆雖僅占0.1，但具有潛在危險，因一個SF₆分子對溫室效應的影響為CO2分子的23900倍，且排入大氣的SF₆氣體壽命特長（約3200年）。

鑒于以上情況，農網用SF₆開關制造廠都在結構設計和密封上下功夫，以減少用氣量和排氣量。如40.5kVSF₆斷路器，由原設計的罐式結構改為支柱式結構，只用SF₆滅弧而用瓷柱對地絕緣，大大減少了用氣量。IEC標準規定SF₆氣體年漏氣量為1％，而目前許多廠改進密封結構、密封材料和減少密封長度，做到年漏氣量小于0.5。在12kV，戶外真空斷路器有了很大發展，它用真空滅弧室滅弧，僅用少量SF₆氣體作絕緣，或完全不用SF₆而用固體絕緣或用干燥空氣絕緣。

3.3操動機構多元化電磁操動機構。結構簡單，使用簡便，工作可靠，制造成本低。螺管電磁鐵的出力特性容易滿足真空斷路器反力特性的要求，還可手動分閘。其缺點是合閘線圈消耗的功率太大，要求配用昂貴的蓄電池，加上結構笨重，動作時間較長。常用的機構有CD10、CD17和CD19型。永磁操動機構。永磁操動機構是一種新概念的操動機構。它有單穩定和雙穩態之分，特點是結構簡單，開關狀態靠永久磁鐵的磁力保持，機械傳動部件非常少。機構密封程度較高。它由電磁操動，永磁保持和電子控制三部分組成。對于戶外斷路器和重合器來說，由于產品安裝在柱上，不易檢修，而且戶外環境條件惡劣，彈簧機構在長期運行中因潤滑脂失效、零部件生銹、動作不靈活，而永磁機構體積小，可密封在箱體內，免受惡劣環境的影響，同時重合器要求頻繁操作，永磁機構以其儲能快且壽命長，正好適應重合器的操作要求。因此對柱上開關，國外大多采用永磁機構，例如，Whipp&Bourne、ABB以及Siemens等公司的柱上產品都配用了永磁機構。目前永磁機構價格貴。永磁機構將彈簧機構的機械問題變成電問題，如電容器的壽命問題、永久磁鐵的保持力問題及電子器件的可靠性等問題，對制造提出了高要求，且需要經受運行考驗，取得運行經驗。彈簧操動機構。在我國，戶外柱上開關配彈簧機構居多。彈簧操動機構的制造和運行經驗豐富，可修可調，且價格比永磁機構便宜。其優點是不需要大功率直流電源，電動機功率小，交直流兩用。其缺點是結構比較復雜，零件數多，且要求加工精度高，制造工藝復雜。目前用得多的彈簧機構為CT17型和CT19型兩種機構基本相同，前者為直推式輸出，后者為轉動式輸出。進口彈簧操動機構目前以三角板式操動機構為代表。結構簡單零部件少，整個機構密封在SF₆腔體內，故障概率極低。其功能不但能滿足電動操作，還可以手動分、合閘操作，即使是控制器故障也能盡快手動恢復送電。

3.4滅弧原理精彩紛呈農網用SF₆開關的滅弧不僅有壓氣式，還有旋弧式及旋弧 熱膨脹混合式。總的趨勢是向后兩種自能式發展。自能式最大優勢是不用操動機構提供滅弧壓力，相比壓氣式大大減少了操作功，從而簡化了操動機構。例如，在戶外用量大的LW3-12型SF₆斷路器就采用先進的旋弧式滅弧原理，該產品問世已20多年，但使用一直經久不衰。又如LW8-40.5型SF₆斷路器，在原先壓氣的基礎上改進噴口結構，利用電弧堵塞效應提高滅弧能力，使之開斷電流從31.5kA提高到40kA。再如國內又開發出LW8-40.5A型SF₆斷路器，采用壓氣 自能滅弧原理，而LW8-40.5B型產品采用旋弧滅弧原理。ABB公司的OHB型戶外SF₆斷路器也采用自能 壓氣滅弧原理，其中自能占70％，壓氣占30％。

3.5安全保護更加完善SF₆開關安全運行受兩個因素影響最大：

一是SF₆氣體泄漏。一旦泄漏到不許可的程度，則開關就會失靈，為此制造廠家給開關安裝了密度繼電器，對SF₆氣體壓力進行監控。其上設置三個壓力值：設計壓力（額定壓力）、報警壓力和最低功能壓力。當到達最低功能壓力時，開關即閉鎖；

二是爆炸。一旦開關出現故障（如內部故障電弧），強大的電弧能量會使SF₆氣體壓力急劇上升，當殼體承受不了時，就會發生爆炸，危及周圍設備和人身安全。為此制造廠家在開關殼體上設置防爆膜盒。防爆膜盒耐受的壓力低于殼體的耐受壓力，當發生內部故障電弧時，防爆膜盒先爆破，將高壓力從安全方向釋放出去。

3.6農網開關智能化配網自動化以故障自動診斷、故障區域自動隔離、非故障區自動恢復送電為目的。

開關的選型也要以此為依據，重合器和分段器可使饋線自動化。農網自動化中，必須具有故障識別和恢復供電功能，要做到這點，必須采用智能化開關電器。重合器具有多次重合功能，能有效地排除臨時故障，且自帶控制和操作電源（如高效鋰電池），操作不受外界繼電器控制而由微處理器控制。分段器由切負荷滅弧室和隔離閘刀組成，具有記憶和識別功能，能隔離永久性故障線段，恢復供電。重合器和分段器一般裝在柱上，簡化了傳統變電所的接線方式，取消了控制室、高壓配電室、繼保盤、電源柜、高壓開關柜等設備，省去了大量建設投資，節省占地面積1/3，大大縮短了施工周期。重合器和分段器配合，實現識別故障與恢復供電功能有多種方案。其中主要有電流—時間方案（簡稱電流法）和電壓—時間方案（簡稱電壓法）。

這兩種方案不依賴信道建設，除適合中小城網外，尤其適合農網現狀。它不僅能夠最大限度地避免瞬時性故障停電，提高農網供電可靠性，而且最大限度地縮小了永久性故障的停電范圍。參考文獻[1]李建基.高壓開關設備實用技術.北京:中國電力出版社,2005[2]沙聲強.縣級配網自動化系統柱上開關的特性與選型.今日電氣,2004,(4),22～23.