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[摘要]户外中压开关电器主要用于农网及城乡结合部，由于我国农网电力约占总电力1／3左右。因而户外中压开关电器用得很多，市场很大，我国户外中压开关电器年用量约4万台。文中介绍了农网特点及各类开关的特点，并介绍了柱上开关的发展。
[关键词]农网 柱上开关 真空SF6
1 柱上开关
根据农网特点，原电力部于1986年制定了农村变电所模式方案：坚持“小容量、密布点、短半径、造价低、安全可靠、技术先进”的发展方向。
10 kV侧采用柱上SF6负荷开关、真空断路器和综合集控装置，重合器和分段器；35kV侧采用熔断器和负荷隔离开关、真空断路器。
农网用的开关不同于城网的，它属于小容量、小型化、户外式及柱上安装。由于农网用开关多装在柱上，故不需建房，可节约面积和造价30％～40％。但由于农网用开关多装在户外，因此必须解决好户外开关的外绝缘问题。
目前市场上的柱上开关形式多样，性能也各不相同。具体可分以下几类：
(1)按出产国可分为国产和进口两种；
(2)按触头灭弧能力可分为断路器、负荷开关；
(3)按灭弧介质可分为真空、SF6；
(4)按绝缘介质可分为油绝缘、空气绝缘、SF6绝缘及固体绝缘：
(5)按操动机构可分为电磁操动机构、弹簧操动机构、永磁操动机构：
(6)按产品使用功能可分为断路器、重合器、分段器、负荷隔离开关；
(7)按出线套管的材质可分为瓷套管和硅橡胶套管。
2 各类开关的特点
2．1 国产开关
按国内电力系统的使用特点进行设计制造。一般采用弹簧操动机构，可进行电动和手动分合闸操作。电流互感器二次电流按5A设计；可设多组、多变比，有利于满足继电保护、遥测、计量的不同要求。一般开关本身配置刀闸，并且开关与刀闸之间设有可靠的操作闭锁。
2．2 进口开关
所有进口开关的共同点是：(1)电流互感器二次电流按1A设计。一般为600／1和1000／1两种选择。(2)所有开关均不配刀闸。(3)配有专用的操作控制器。控制器的控制、保护功能齐全，可选择性强，有利于上下级的保护配合。(4)采用零表压下的SF6气体绝缘，不受外部环境的影响。操动机构制造工艺精细且大多密封在充有SF6气体不锈钢箱体内，30年免维护。
2．3断路器、重合器、负荷开关、分段器
2．3．1断路器
断路器各种新技术、新材料、新工艺的不断涌现，断路器已逐步趋向专业化、模块化，使产品的稳定性、一致性及可靠性都得以大幅度提高。
(1)模块化。现在的断路器可分为框架模块、绝缘模块、操作机构模块、灭弧室模块等数个相互独立的功能单元的组合体。这样便于制造、安装、调试及提高整机性能。
(2)智能化。包括①在线监测灭弧室的真空度，②在线监测和合、分闸线圈、过流线圈的运行状态，③在线监测断路器的分、合闸速度、开距、接触行程及磨损状况，④监测储能电机的运行状况、辅助开关的接点转换状况，统计操作次数，⑤实现过电流、欠电压保护，操作机构的电气闭锁保护。⑥可在线监测断路器的机械振动情况。⑦可实现断路器：具有很强的灭弧能力。可关合、切断故障电流，可实现对分支线路的保护。
2．3．2重合器
开关本体与断路器完全相同，它集关合、开断、隔离、接地众多功能于一体。区别在于控制器的功能上，断路器的控制器功能简单。重合器使用数字监控装置，又将保护、控制、测量、通信、操作、监控及整体程序控制于一体，它具有3次以上的重合闸功能、多种特性曲线、相位判断功能、与自动化系统的连接功能等，达到无人值守自动投切的功能，价格较高。
2．3．3负荷开关
可以关合故障电流，开断额定负荷电流，有真空和SF6灭弧两种型式。其主要作为线路分段开关。配备智能控制器就成为分段器，造价较低。
在12kV户外真空断路器有了很大发展，它用真空灭弧室灭弧，仅用少量SF6气体作绝缘，或完全不用SF6而用固体绝缘或用干燥空气绝缘。
3 户外开关的发展趋势
随着户外中压开关的发展提升电压等级是重要发展趋势，40.5kV户外断路器的发展主要表现为两种态势：以油断路器为主导地位时期和真空断路器与SF6断路器相互对等发展时期。
40.5kV户外油断路器的发展是与12kV户外油断路器同步的，采用的技术手段和结构设计并没有很特殊，只是在灭弧方式和触头材质方面有所重视，整体性能没有重大突破。
随着SF6断路器的出现和发展，40.5kV户外油断路器也很快被户外SF6断路器取代，该产品为三相瓷柱式结构，A型采用压气自能混合灭弧原理灭弧，开断能力强；B型采用旋弧原理灭弧型断路器。
在40.5kV户外SF6断路器发展的同时，真空技术也渗透到这一领域。真空灭弧室技术的迅速发展，该产品三相瓷柱共同安装在一个支架箱体上，主要由真空灭弧室、电流互感器、传动机构及操作机构组成。为了解决真空灭弧室的外表凝露问题，在安装真空灭弧室的瓷套管内充满了介电系数很高的半液态硅脂，由于该产品选用了大爬距瓷瓶使产品的适应环境性能得以大幅提高，可以满足户外严重污秽条件的运行。
技术的发展，工艺的改进，户外真空断路器同样为三柱式结构，应用了多项目前最新的开关设计结构和新材料：独有的内置伞裙、纯进口户外树脂、APG工艺、独特的合闸弹跳调整技术、简洁的传动设计、独立可拆卸式多绕组高精度电流互感器等，可与国外同类产品媲美。
4 操动机构多元化
电磁操动机构。结构简单，使用简便，工作可靠，制造成本低。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器反力特性的要求，还可手动分闸。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大。要求配用昂贵的蓄电池，加上结构笨重，动作时间较长。常用的机构有CD10、CD17和CD19型。
弹簧操动机构。在我国，户外柱上开关配弹簧机构居多。弹簧操动机构的制造和运行经验丰富，可修可调，且价格比永磁机构便宜。其优点是不需要大功率直流电源，电动机功率小，交直流两用。其缺点是结构比较复杂，零件数多，且要求加工精度高，制造工艺复杂。目前用得多的弹簧机构为CT17型和CT19型两种机构基本相同，前者为直推式输出，后者为转动式输出。
进口弹簧操动机构目前以三角板式操动机构为代表。结构简单零部件少，整个机构密封在SF6腔体 内，故障概率极低。其功能不但能满足电动操作，还可以手动分、合闸操作，即使是控制器故障也能尽快手动恢复送电。
永磁操动机构：永磁操动机构是一种新概念的操动机构。它有单稳定和双稳态之分，特点是结构简单，开关状态靠永久磁铁的磁力保持，机械传动部件非常少。机构密封程度较高。它由电磁操动，永磁保持和电子控制三部分组成。对于户外断路器和重合器来说，由于产品安装在柱上，不易检修，而且户外环境条件恶劣，弹簧机构在长期运行中因润滑脂失效、零部件生锈、动作不灵活，而永磁机构体积小，可密封在箱体内，免受恶劣环境的影响，同时重合器要求频繁操作，永磁机构以其储能快且寿命长，正好适应重合器的操作要求。因此对柱上开关，国外大多采用永磁机构，例如，Whipp.& Bourne、ABB以及Siemens等公司的柱上产品都配用了永磁机构。目前永磁机构价格贵。永磁机构将弹簧机构的机械问题变成电问题，如电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题，对制造提出了高要求，且需要经受运行考验，取得运行经验。
5 灭弧原理精彩纷呈
SF6开关的灭弧不仅有压气式，还有旋弧式及旋弧+热膨胀混合式。总的趋势是向后两种自能式发展，自能式最大优势是不用操动机构提供灭弧压力，相比压气式大大减少了操作功，从而简化了操动机构。
例如。在户外用量大的LW3-12型SF6断路器就采用先进的旋弧式灭弧原理，该产品问世已20多年，但使用一直经久不衰。又如LW8-40.5型SF6断路器，在原先压气的基础上改进喷口结构，利用电弧堵塞效应提高灭弧能力，使之开断电流从31.5 kA提高到40 kA。再如国内又开发出LW8-40.5A型SF6断路器，采用压气+自能灭弧原理，而LW8-40.5B型产品采用旋弧灭弧原理。ABB公司的OHB型户外SF6断路器也采用自能+压气灭弧原理，其中自能占70％，压气占30％。
6 安全保护更加完善
SF6开关安全运行受两个因素影响最大：一是SF6气体泄漏。一旦泄漏到不许可的程度，则开关就会失灵，为此制造厂家给开关安装了密度继电器，对SF6气体压力进行监控。其上设置三个压力值：设计压力(额定压力)、报警压力和最低功能压力。当到达最低功能压力时，开关即闭锁；二是爆炸。一旦开关出现故障(如内部故障电弧)，强大的电弧能量会使SF6气体压力急剧上升，当壳体承受不了时，就会发生爆炸，危及周围设备和人身安全。为此制造厂家在开关壳体上设置防爆膜盒。防爆膜盒耐受的压力低于壳体的耐受压力，当发生内部故障电弧时，防爆膜盒先爆破，将高压力从安全方向释放出去。
7 小型化变电站的应用
随着小型化变电站的建设，配网自动化以故障自动诊断、故障区域自动隔离、非故障区自动恢复送电为目的。开关的选型也要以此为依据，重合器和分段器可使馈线自动化。
线路自动化中，必须具有故障识别和恢复供电功能，要做到这点，必须采用智能化开关电器。重合器具有多次重合功能，能有效地排除临时故障，且自带控制和操作电源(如高效锂电池)，操作不受外界继电器控制而由微处理器控制。分段器由切负荷灭弧室和隔离闸刀组成，具有记忆和识别功能。能隔离永久性故障线段。恢复供电。
重合器和分段器一般装在柱上，简化了传统变电所的接线方式，取消了控制室、高压配电室、继保盘、电源柜、高压开关柜等设备，省去了大量建设投资，节省占地面积1／3，大大缩短了施工周期。
重合器和分段器配合，实现识别故障与恢复供电功能有多种方案。随着农网架空线路的发展现状。它不仅能够最大限度地避免瞬时性故障停电，提高农网供电可靠性，而且最大限度地缩小了永久性故障的停电范围。
[关键词]农网 柱上开关 真空SF6
1 柱上开关
根据农网特点，原电力部于1986年制定了农村变电所模式方案：坚持“小容量、密布点、短半径、造价低、安全可靠、技术先进”的发展方向。
10 kV侧采用柱上SF6负荷开关、真空断路器和综合集控装置，重合器和分段器；35kV侧采用熔断器和负荷隔离开关、真空断路器。
农网用的开关不同于城网的，它属于小容量、小型化、户外式及柱上安装。由于农网用开关多装在柱上，故不需建房，可节约面积和造价30％～40％。但由于农网用开关多装在户外，因此必须解决好户外开关的外绝缘问题。
目前市场上的柱上开关形式多样，性能也各不相同。具体可分以下几类：
(1)按出产国可分为国产和进口两种；
(2)按触头灭弧能力可分为断路器、负荷开关；
(3)按灭弧介质可分为真空、SF6；
(4)按绝缘介质可分为油绝缘、空气绝缘、SF6绝缘及固体绝缘：
(5)按操动机构可分为电磁操动机构、弹簧操动机构、永磁操动机构：
(6)按产品使用功能可分为断路器、重合器、分段器、负荷隔离开关；
(7)按出线套管的材质可分为瓷套管和硅橡胶套管。
2 各类开关的特点
2．1 国产开关
按国内电力系统的使用特点进行设计制造。一般采用弹簧操动机构，可进行电动和手动分合闸操作。电流互感器二次电流按5A设计；可设多组、多变比，有利于满足继电保护、遥测、计量的不同要求。一般开关本身配置刀闸，并且开关与刀闸之间设有可靠的操作闭锁。
2．2 进口开关
所有进口开关的共同点是：(1)电流互感器二次电流按1A设计。一般为600／1和1000／1两种选择。(2)所有开关均不配刀闸。(3)配有专用的操作控制器。控制器的控制、保护功能齐全，可选择性强，有利于上下级的保护配合。(4)采用零表压下的SF6气体绝缘，不受外部环境的影响。操动机构制造工艺精细且大多密封在充有SF6气体不锈钢箱体内，30年免维护。
2．3断路器、重合器、负荷开关、分段器
2．3．1断路器
断路器各种新技术、新材料、新工艺的不断涌现，断路器已逐步趋向专业化、模块化，使产品的稳定性、一致性及可靠性都得以大幅度提高。
(1)模块化。现在的断路器可分为框架模块、绝缘模块、操作机构模块、灭弧室模块等数个相互独立的功能单元的组合体。这样便于制造、安装、调试及提高整机性能。
(2)智能化。包括①在线监测灭弧室的真空度，②在线监测和合、分闸线圈、过流线圈的运行状态，③在线监测断路器的分、合闸速度、开距、接触行程及磨损状况，④监测储能电机的运行状况、辅助开关的接点转换状况，统计操作次数，⑤实现过电流、欠电压保护，操作机构的电气闭锁保护。⑥可在线监测断路器的机械振动情况。⑦可实现断路器：具有很强的灭弧能力。可关合、切断故障电流，可实现对分支线路的保护。
2．3．2重合器
开关本体与断路器完全相同，它集关合、开断、隔离、接地众多功能于一体。区别在于控制器的功能上，断路器的控制器功能简单。重合器使用数字监控装置，又将保护、控制、测量、通信、操作、监控及整体程序控制于一体，它具有3次以上的重合闸功能、多种特性曲线、相位判断功能、与自动化系统的连接功能等，达到无人值守自动投切的功能，价格较高。
2．3．3负荷开关
可以关合故障电流，开断额定负荷电流，有真空和SF6灭弧两种型式。其主要作为线路分段开关。配备智能控制器就成为分段器，造价较低。
在12kV户外真空断路器有了很大发展，它用真空灭弧室灭弧，仅用少量SF6气体作绝缘，或完全不用SF6而用固体绝缘或用干燥空气绝缘。
3 户外开关的发展趋势
随着户外中压开关的发展提升电压等级是重要发展趋势，40.5kV户外断路器的发展主要表现为两种态势：以油断路器为主导地位时期和真空断路器与SF6断路器相互对等发展时期。
40.5kV户外油断路器的发展是与12kV户外油断路器同步的，采用的技术手段和结构设计并没有很特殊，只是在灭弧方式和触头材质方面有所重视，整体性能没有重大突破。
随着SF6断路器的出现和发展，40.5kV户外油断路器也很快被户外SF6断路器取代，该产品为三相瓷柱式结构，A型采用压气自能混合灭弧原理灭弧，开断能力强；B型采用旋弧原理灭弧型断路器。
在40.5kV户外SF6断路器发展的同时，真空技术也渗透到这一领域。真空灭弧室技术的迅速发展，该产品三相瓷柱共同安装在一个支架箱体上，主要由真空灭弧室、电流互感器、传动机构及操作机构组成。为了解决真空灭弧室的外表凝露问题，在安装真空灭弧室的瓷套管内充满了介电系数很高的半液态硅脂，由于该产品选用了大爬距瓷瓶使产品的适应环境性能得以大幅提高，可以满足户外严重污秽条件的运行。
技术的发展，工艺的改进，户外真空断路器同样为三柱式结构，应用了多项目前最新的开关设计结构和新材料：独有的内置伞裙、纯进口户外树脂、APG工艺、独特的合闸弹跳调整技术、简洁的传动设计、独立可拆卸式多绕组高精度电流互感器等，可与国外同类产品媲美。
4 操动机构多元化
电磁操动机构。结构简单，使用简便，工作可靠，制造成本低。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器反力特性的要求，还可手动分闸。其缺点是合闸线圈消耗的功率太大。要求配用昂贵的蓄电池，加上结构笨重，动作时间较长。常用的机构有CD10、CD17和CD19型。
弹簧操动机构。在我国，户外柱上开关配弹簧机构居多。弹簧操动机构的制造和运行经验丰富，可修可调，且价格比永磁机构便宜。其优点是不需要大功率直流电源，电动机功率小，交直流两用。其缺点是结构比较复杂，零件数多，且要求加工精度高，制造工艺复杂。目前用得多的弹簧机构为CT17型和CT19型两种机构基本相同，前者为直推式输出，后者为转动式输出。
进口弹簧操动机构目前以三角板式操动机构为代表。结构简单零部件少，整个机构密封在SF6腔体 内，故障概率极低。其功能不但能满足电动操作，还可以手动分、合闸操作，即使是控制器故障也能尽快手动恢复送电。
永磁操动机构：永磁操动机构是一种新概念的操动机构。它有单稳定和双稳态之分，特点是结构简单，开关状态靠永久磁铁的磁力保持，机械传动部件非常少。机构密封程度较高。它由电磁操动，永磁保持和电子控制三部分组成。对于户外断路器和重合器来说，由于产品安装在柱上，不易检修，而且户外环境条件恶劣，弹簧机构在长期运行中因润滑脂失效、零部件生锈、动作不灵活，而永磁机构体积小，可密封在箱体内，免受恶劣环境的影响，同时重合器要求频繁操作，永磁机构以其储能快且寿命长，正好适应重合器的操作要求。因此对柱上开关，国外大多采用永磁机构，例如，Whipp.& Bourne、ABB以及Siemens等公司的柱上产品都配用了永磁机构。目前永磁机构价格贵。永磁机构将弹簧机构的机械问题变成电问题，如电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题，对制造提出了高要求，且需要经受运行考验，取得运行经验。
5 灭弧原理精彩纷呈
SF6开关的灭弧不仅有压气式，还有旋弧式及旋弧+热膨胀混合式。总的趋势是向后两种自能式发展，自能式最大优势是不用操动机构提供灭弧压力，相比压气式大大减少了操作功，从而简化了操动机构。
例如。在户外用量大的LW3-12型SF6断路器就采用先进的旋弧式灭弧原理，该产品问世已20多年，但使用一直经久不衰。又如LW8-40.5型SF6断路器，在原先压气的基础上改进喷口结构，利用电弧堵塞效应提高灭弧能力，使之开断电流从31.5 kA提高到40 kA。再如国内又开发出LW8-40.5A型SF6断路器，采用压气+自能灭弧原理，而LW8-40.5B型产品采用旋弧灭弧原理。ABB公司的OHB型户外SF6断路器也采用自能+压气灭弧原理，其中自能占70％，压气占30％。
6 安全保护更加完善
SF6开关安全运行受两个因素影响最大：一是SF6气体泄漏。一旦泄漏到不许可的程度，则开关就会失灵，为此制造厂家给开关安装了密度继电器，对SF6气体压力进行监控。其上设置三个压力值：设计压力(额定压力)、报警压力和最低功能压力。当到达最低功能压力时，开关即闭锁；二是爆炸。一旦开关出现故障(如内部故障电弧)，强大的电弧能量会使SF6气体压力急剧上升，当壳体承受不了时，就会发生爆炸，危及周围设备和人身安全。为此制造厂家在开关壳体上设置防爆膜盒。防爆膜盒耐受的压力低于壳体的耐受压力，当发生内部故障电弧时，防爆膜盒先爆破，将高压力从安全方向释放出去。
7 小型化变电站的应用
随着小型化变电站的建设，配网自动化以故障自动诊断、故障区域自动隔离、非故障区自动恢复送电为目的。开关的选型也要以此为依据，重合器和分段器可使馈线自动化。
线路自动化中，必须具有故障识别和恢复供电功能，要做到这点，必须采用智能化开关电器。重合器具有多次重合功能，能有效地排除临时故障，且自带控制和操作电源(如高效锂电池)，操作不受外界继电器控制而由微处理器控制。分段器由切负荷灭弧室和隔离闸刀组成，具有记忆和识别功能。能隔离永久性故障线段。恢复供电。
重合器和分段器一般装在柱上，简化了传统变电所的接线方式，取消了控制室、高压配电室、继保盘、电源柜、高压开关柜等设备，省去了大量建设投资，节省占地面积1／3，大大缩短了施工周期。
重合器和分段器配合，实现识别故障与恢复供电功能有多种方案。随着农网架空线路的发展现状。它不仅能够最大限度地避免瞬时性故障停电，提高农网供电可靠性，而且最大限度地缩小了永久性故障的停电范围。