第一节 高压开关设备的相关概念

一、高压开关的定义

高压开关是电压超过1KV用来接通或断开电路的设备总称。高压开关包括隔离开关、熔断器、断路器和各种组合开关电器等，其中隔离开关和熔断器的结构比断路器简单，因而称为简易开关电器。

二、高压开关设备的组成及介绍

高压开关设备是指高压开关与控制、测量、保护、调节装置以及辅件、外壳和支持件等部件及其电气和机械的联结组成的总称。

第二节 我国高压开关设备的发展与应用

一、我国高压开关设备的发展历程

1、开关设备全工况的试验研究

典型事故调查，近几年来，全国发生了多次由于开关柜绝缘问题造成重大事故：

1)1982年8月，北京供电局大郊亭变电所，在合闸送电时连续两次发生开关柜绝缘问题，烧毁开关柜1台，烧损8台，烧毁电流互感器4只，支柱绝缘子40多支，隔离开关7组，致使全部连续停电数天。

分析事故原因，发生事故的前几天，正值连续下雨，配电室电缆沟内进水，室内温度很高，开关柜绝缘受潮，致使在合闸操作时，造成开关柜相间闪络。

2)1986年2～10月，湖南金竹山电厂连续六次发生厂用电6kV开关柜内闪络起火，烧毁、烧损开关柜9台、支柱绝缘子近百个，其他设备数十件、造成机组甩负荷，机炉停运。

3)1985年天津变电所合闸送电时，开关柜闪络，引起避雷器爆炸、配电室起火，烧毁开关柜8台。

1986年唐山某变电所开关柜运行中无操作，绝缘隔板烧焦起火。

1987年6～7月河南焦作东郊变电所，分别发生两起由于开关触头绝缘板放电，烧毁断路器，以及开关柜母线支柱绝缘子闪络、炸裂，造成三相短路的事故。

2、环境因素对开关设备的影响

我国是具有多种气候类型的国家，南方多属亚湿热或湿热地区。虽然开关柜安装在户内的设备，但绝大多数安装开关柜的配电室都不是密闭的房屋，目前更不具备空调条件。因此安装在重工业、化学工业，在山区、江河、沿海地区以及湿热带气候地区的开关柜就容易受到来自外部环境的影响，如潮气、凝露、灰尘和化工污秽。这些环境条件比正常的条件严酷得多。其中湿度、温度及污秽是影响开关设备寿命和运行安全的决定因素。

3、编制《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》(报批稿)

以上的分析说明环境条件对于开关设备的寿命和运行安全起着重要作用，但目前世界各国，包括IEC都没有关于户内开关设备在严酷环境条件下的试验标准及方法。为此，国际电工委员，在拟定严酷气候条件下的封闭式(金属或绝缘外壳)开关设备的补充规范时，专门组建了一个工作组。

本课题在1986年3月召开的第一次工作会议上曾制订了开展本课题的方向、步骤和计划。其中包括编制符合我国国情，满足运行工况，能为开关设备设计、试验和制造提供一定科学依据的"户内交流高压开关柜全工况绝缘试验技术条件"就是本课题的主要任务之一。

在IEC298出版物："交流金属封闭式开关设备和控制设备"中，认为户内设备一般不会出现凝露。目前国内和IEC的有关标准中，对户内设备也都不考虑污秽情况。但事实上，开关柜在运行中发生的大量绝缘闪络事故，多是由于环境条件的影响，使绝缘材料受潮，设备绝缘表面产生凝露和附着污秽，因而设备绝缘水平下降造成事故。

因此，在编制试验技术条件时，除了保留户内开关柜以前所有的试验项目外，修改了有关使用条件和适用范围的条款，特别补充了"凝露试验"、"人工污秽试验"和"高温试验"项目。由于"高温试验"项目准备另立专题进行试验研究，仅就"凝露试验"和"人工污秽试验"项目的编制过程和考虑的原则作了说明。

4、10kV高压开关柜绝缘距离验证

1)复合绝缘试验：交流金属封闭式开关设备和控制设备广泛采用绝缘材料制成的隔板和活门，构成复合绝缘以达到缩小体积降低成本的目的，这就使得设备的绝缘问题较一般纯空气绝缘变得复杂多了。据有关报道：GFC-15-02型高压开关柜，在焦作供电局的焦南变安装投运后先后三次因静触头对绝缘板放电使静触头支持绝缘子炸裂而造成事故。水电部高压开关技术通讯(82-85合订本)明确指出，此类开关"由于未进行过隔板在受潮、脏污及相对湿度为90%等实际使用条件下的绝缘强度考核，开关柜前后封闭又不完善，空气绝缘距离不能保证安全运行"。

以往的运行经验表明，影响复合绝缘水平的因素有大气条件、板材质量、隔板表面清洁状况、带电体与隔板间的空气净距、隔板的接地部位离带电体的距离等等。现有开关柜的设计对上述后两个绝缘距离缺乏足够的研究，表现在静触头离隔板的距离没有一个统一的规范。

2)闪络电压：在常温常湿条件下进行了全波冲击50%破坏性放电试验，其结果见下表；在常温常湿和凝露条件下进行了工频闪络试验，其结果见下表。

全波冲击放电电压

工频闪络电压

5、JYN口-6-10防"火烧连营"防污闪型开关柜绝缘结构选择与试制方案

1)经调研收集了技术资料(国际两部技术文件与引进同类型产品的说明书)，对其材质、设备结构进行筛选，取长补短，采用复合式绝缘结构、优化组合。特别吸取水电站尾水渠旁湿度特别大，由SN3-10/3000型少油断路器组装的11kV户外开启式开关柜，运行30多年成功经验，而设计了具有在过电压的情况下，对有时产生电晕、闪络放电及绝缘表面放电，能及时恢复并不会影响其它设备水平的开关柜。

2)从防凝露与防污闪角度出发，套管爬距，相间与对地距离都参照户外的尺寸，对户内的设备防污闪更为有利。

3)开关柜宽必须由840mm改为1000mm，用到火电厂6kV厂用配电系统上。可将降压运行的绝缘余度利用上，再按户外6kV安全距离推算为115mm，可保留840mm的柜宽。

4)对我国30万kW以上机组，引进真空断路器的柜宽800mm，安全距离为100mm，其手车柜保持原封不动，安装在国产840mm、电气间隔125mm柜内。

5)开关柜采用最新设计的组合式母线瓷穿墙套管，母线还不增加接头(改造旧设备可利用原有母线)，与全塑固体绝缘包覆铠装柜降低造价；真空断路器柜15%、少油断路器柜25%。

6)6kV手车柜隔板相间处开口后，再用黄铜焊平的降温措施(改造旧设备经验)。

7)母线室增加入风管(逆止阀)，降低其运行温度，锦州开关厂已发现母线温度偏高，必须增加母线截面。

8)设计方案完全具备设计院选型选厂的规定：如在相应工程或相似条件有1～2台设备运行并超过两年，已证明产品的安全可靠。

通过引进国外先进的电力技术和设备，提高了中国电力工业的技术装备水平。通过消化吸收、攻关创新，加大了先进电力生产设备的国产化力度。建议采用10kV开关柜全工况技术攻关的成果上，再吸取金属铠装中置式手车柜结构与我国制造运行50年经验，争取设计与制造出超过引进技术性能的全工况开关柜。

二、高压开关设备在我国的应用情况

全球高压开关设备市场容量在1998年达120亿美元，且近年来一直呈上升趋势，其中我国现已成为世界高压开关第二大市场。由此可见，高压开关行业在我国确实是一个朝阳产业。高压开关市场走向大致有两个方面一是更新换代需求，目前，我国运行中的高压开关设备有很多超过或近20年，老旧破损严重，亟待更新换代，这是市场容量的一个重要组成部分；二是新建工程需求，对此，国内电力工业的发展是高压开关行业发展的“晴雨表”，因而，谈到高压开关的市场容量就离不开我国的电力建设进程和规划，如电力”十一五”规划及2020年远景展全国西电东送规模在2005年达到2500万kW，2010年将增加到5500万kW，2020年则超过1亿kW。初步规划“十一五”期间，全国新建30kV及以上交流线路3.6万km，变电容量18亿kVA，平均每年新增7000km，3600万kVA。到2010年．330kV及以上交流线路达到12万km，变电容量达到4.8亿kVA。“十一五”期间330kV及以上输变电工程投资规模约1600亿元左右，其中交流工程1400亿元，直流工程200亿元。

三、我国高压开关设备的制造情况

1、高压SF6发展势头良好，且增长稳定，而GIS产品则以倍速增长，尤其是252kVGIS发展明显。

2、特高压开关设备需加大自主研发力度

近期以来，交、直流特高压项目陆续开工，“市场倒逼技术”的紧迫形势，进一步催生高压开关行业诸多新技术。高压交流隔离开关设备的研制明显加速，并实现从超高压向特高压的跨越。行业发展总体形势趋好，但进一步提高研发能力，降低产品成本，仍值得业界重点关注。

3、混合技术开关设备在升温

高压开关设备一般为空气绝缘开关设备（AIS）、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）。20世纪末世界上出现了另一种开关设备，即混合绝缘技术开关设备（MIS）。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、东芝的GID型、西门子的HIS型、Alstom的GIM型等。它们是空气绝缘或/和气体绝缘组合的紧凑型开关设备。其优势是，它比AIS大大节省了占地面积，又比GIS却大大节省了费用。在20世纪、50年代和60年代，欧洲就是用此设备对老电站进行改造，节约了费用，也减少了占地面积。

4、高压隔离开关的完善改进有成效

高压隔离开关技术有了很大进步，主要表现在两个方面：

1）自主研发出800KV隔离开关；

2）现有产品进行了完善改型，更好地满足运行要求。

5、真空断路器更加辉煌

真空断路器是指触头在真空中关合、开断的断路器。真空断路器在我国中压领域居于主导地位，特别是12KV真空断路器市场呈快速增长趋势。真空断路器最初由英、美研究，随后发展到日本、德国和原苏联等其他国家。近年来，真空灭弧室、操动机构、绝缘水平等制造技术的不断创新和改进，使我国真空断路器的发展极为迅速。目前国内真空灭弧室的品种不比国外差，有采用纵向、横向的磁场技术、采用中央引燃触头技术的真空灭弧室，Cu-Cr合金材料制成触头已成功地开断50KA、63KA。中国的真空灭弧室已达到较高的水平，真空断路器完全可以选用国产的真空灭弧室。德国汉诺威博览会为世界上最大的工业展览会，素有新产品橱窗之美，从该博览会上可以看出真空断路器趋向于专用化、小型化、智能化、低过电压几大方向发展。

6、真空灭弧室制造技术取得巨大进步

随着真空开关在中低压领域越来越普遍地应用，真空灭弧室的真空度成为用户关心的重点。真空灭弧室是真空断路器的关键部件，它是采用玻璃或陶瓷作支撑及密封，内部有动、静触头和屏蔽罩，室内有负压，真空度为1.33×10-2～1.33×10-5Pa，保证其开断时的灭弧性能和绝缘水平。只有在一定的真空度下，真空断路器的可靠性才能得到保证。近年来，真空灭弧室的质量有了很大提高，得益于采用新技术、新工艺、新材料，走技术创新之路。这主要表现在采用大型真空炉、用一次封排工艺、采用低碳量的不锈钢制造波纹管、用铜陶瓷封接取代可伐一陶瓷封接，尽量少用或不用可伐等。

7、金属封闭开关设备（开关柜）有新亮点

8、负荷开关与环网柜发展空间大

略……

第三节　高压隔离开关

40.5~550KV高压隔离开关产量有较大幅度增长。如以2003年和2004年产量为例，2004年生产550KV级高压隔离开关产品470组（427组），363KV级产品248组（131组），252级产品7723组（6932组），126KV级产品17554组（14796组），72.5KV级产品2612组（2292组），40.5KV级产品23329组（19826组）。括弧内给出2003年产量，以资比较。

高压隔离开关技术有了很大进步，主要表现在两个方面：一方面是自主研发出800KV隔离开关；另一方面是现有产品进行完善改型，更好地满足运行要求。

平高电气公司2004年自主研发设计的GW27800型隔离开关和JW8800型接地开关在荷兰KEMA试验站和国内试验站通过各项型式试验。西安西电高压开关公司也完成了800KV隔离开关的试制工作。

平高电气有限公司的GW27800（W）型隔离开关在合闸过程中采用先进水平旋转后自转的动作特性，操作力小，电接触结构合理。当发生短路电流时，触指更紧密地夹紧动触头，使运行稳定可靠。该产品为额定电压800KV，额定电流4000A，机械寿命2000次。

近年来高压隔离开关在电网中故障频发，究其原因，有制造和运行两方面。制造部门对产品设计、选材、加工工艺、组装调试及质量控制，未能给予足够重视，造成产品质量和性能难以保证。而运行部门又忽略了对隔离开关的管理。高压隔离开关实际上处于“不坏不修，坏了再修，修了还坏”的状况，没有统一法定的检修规程。

高压隔离开关在运行中反映出的问题主要是多年来存在的四大问题：即瓷瓶断裂，操作失灵，导电同路过热和锈蚀。

根据国家电力公司发输电运营部“关于开展高压隔离开关完善化工作”的通知要求，各大制造公司积极行动起来，对其产品从结构设计、制造工艺、材料选用等方面进行了完善改型工作，提高了高压隔离开关性能和可靠性。

如西安西电高压开关公司、平高电气集团公司、沈阳高压开关公司、泰开电气公司及新汇源高压开关等，对此项工作高度重视，积极参与，并取得成效。

如西电高压开关公司研发出了GW4A-252型隔离开关，并对GW4126型隔离开关进行了完善化改进；又研发出GW7A-252型户外隔离开关，并在此基础上对GW7363，GW750型户外隔离开头进行了完善化改进。

平高电气集团公司对GW27252（W）型高压隔离开关进行了完善改型，又对GW28/29550型户外隔离开关进行了完善改型。

沈阳高压开关公司对GW33252D（W）型高压隔离开关进行了完善改型等。

泰开电气公司对其隔离开关做了全面的完善改型，改型后的产品型号为：GW440.5/72.5/126/145III型；GW540.5/72.5/126/145III型；GW4252III型；GW7A-252I型；GW22A-252I型；GW23A-252I型；JW7252I型；GW22A-550型；GW23A-550型等。

重庆新汇源高压开关公司也对其GW4126型、GW4252型、GW22252型、GW23252型及GW7252型高压隔离开关等进行了完善化改进。

第四节　高压SF6断路器

高压超高压开关设备制造厂不断增多，现已有18家之多。生产72.5~550KVSF6断路器产品的企业有：西安西开高压电气股份有限公司、平高电气集团有限公司、新东北电气（沈阳）高压开关有限公司、山东泰开电气有限公司、北开电气股份有限公司、江苏省如高高压电器有限公司、上海华通开关厂、瓦房店高压开关有限公司、上海平开华明高压开关有限公司、宁波天安（集团）股份有限公司、湖南开关有限责任公司、湖北永鼎红旗电气有限公司、重庆新汇源高压开关有限公司、云南开关厂、西安西电高压开关有限责任公司、西安高压电器研究所电器制造厂、青岛益和电气集团股份有限公司、正泰电气股份有限公司、福州天宇公司等。

我国已掌握了126KV自能式SF6断路器制造技术，已有十几家厂生产。产品型号多达十几种。在126KV自能式SF6断路器基础上，西高所与北京北开电气公司于2004年联合开发出LW11-252/3150-40型252KV自能式SF6断路器。该断路器的灭弧室采用了国际上属于第二代自能技术的上、下触头在开断时反向运动的结构（双动），在几乎不增加操作功的情况下，使弧触头的刚分速度达到10m/s左右，保证了高电压下大电流的开断，同时可确保切容性电流无重击穿；采用以上灭弧原理后，单极操作时配用更轻的弹簧操动机构，分闸功低于100kgm.合闸功低于200kgm.由于整机的机械受力较小，机械寿命达到了6000~10000次。其水平达到了国际同类产品水平。

西安西开高压电气股份有限公司完成了550KV单断口罐式SF6断路器产品的开发，并在荷兰KEMA试验站及国家高压电器质量监督检验中心通过了全部开断型式试验项目。其技术参数为额定电压550KV，额定电流4000A，额定短路开断50KA.该产品是我国首台550KV单断口罐式断路器，使我国成为世界上为数不多的掌握该技术的国家之一，达到了世界先进水平，并为我国进一步研制800KV、1100KVSF6断路器和GIS设备奠定了技术基础。略……

第五节　我国高压开关设备的技术发展

一、我国高压开关设备的技术整体发展状况

近期以来，交、直流特高压项目陆续开工，“市场倒逼技术”的紧迫形势，进一步催生高压开关行业诸多新技术。高压交流隔离开关设备的研制明显加速，并实现从超高压向特高压的跨越。行业发展总体形势趋好，但进一步提高研发能力，降低产品成本，仍值得业界重点关注。

1、起点高连创两项第一

我国超高压、特高压交流隔离开关设备的研制路线，堪称为自主创新发展输变电设备、大力提升产品档次水平的缩影。

最新行业统计资料表明，截止2006年底，国产550千伏隔离开关已先后装备了300多个500千伏变电站。自20世纪60年代及70年代末国产363千伏、550千伏超高压隔离开关问世，历经40年创新发展，如今已成功跨入特高压时期，正向世界电力科技高峰迈进。

第一条330千伏输电线路全部采用国产设备。为解决刘家峡大型水电站电力送出问题，西安高压开关厂和沈阳高压开关厂承担了我国第一条330千伏输电线路开关设备的研制任务，首次成功推出国产GW7-330/1500型三柱式隔离开关。该等级输电线路虽是首次建设，但却全部使用国产设备并获得成功。

与此同时，为适应刘家峡水电站对设备体积小、占地面积省的特殊需要，还首创了ZH1-330型敞开式组合电器，从而使电站布局紧凑、节省造价。值得一提的是，这种结构形式在世界上是绝无仅有的，已成为独具中国特色的新品种。

第一代国产550千伏隔离开关突破国外技术垄断。长期以来，我国高压开关设备的生产只能依赖进口，而第一代国产550千伏隔离开关的研制打破了国外技术垄断，取得技术新突破。

数据表明，在我国兴建的第一条500千伏输电线路--锦辽试验线段中，沈高成功研制GW6-550型剪刀式隔离开关和JW2-550型接地开关，西开成功研制GW7-550型三柱式隔离开关。这批产品数量虽然很少，仅20余组，但却具有重要意义，开创了我国自主设计独立制造550千伏隔离开关设备的先河。

该产品的研制立足自主创新，攻克了铝合金导体设计制造、绝缘试验、无线电干扰试验及开合小电容电流试验等诸多技术难题，为行业今后发展积累了宝贵经验。

2、进展快“三高”企业独具技术优势

三峡工程和西电东送等超高压直流输电工程的建设，有力地促进了输变电设备的开发研制，并已开创良好局面。为进一步提高市场竞争力，行业骨干企业进一步加速产品升级换代，不断推出新成果。

平高在巩固GW16/17-550型市场占有率的基础上，开发完成了具有自主知识产权的GW27-550型隔离开关和JW8-550型接地开关，同时参照国外先进结构，开发出GW28-550、GW29-550型新产品。

沈高将GW6-550型产品改进为GW6A-550型，保留双导电闸刀和触头钳夹范围大的特点，进一步优化机械传动系统，提高了可靠性和防腐性能；将GW12-550型改进为GW12A-550型，GW6A、GW12A产品均具有自主知识产权。

一个时期以来，沈高、西开、平高3个厂家致力于新产品的研制开发和改进，并较好满足了市场需求。与此同时，长沙高压开关有限公司加大自主创新，2002年成功完成GW16A-550、GW17A-550型隔离开关及JW5A-550、JW6A-550型接地开关的研制，2003年又研制成功GW35-363、550型及GW36-363、550型隔离开关，步入具有技术优势超高压隔离开关制造商的行列。

二、我国高压开关设备新材料的应用

目前高压开关柜主绝缘材质为：SMC材料，DMC材料（BMC材料），即片状模塑料，团状模塑料。它们具有较高的物理，机械和介电性能，尤其是具有吸水少、优良的阻燃性、灭弧性和耐漏电性能。

SMC材料在高压开关柜的只要应用：模塑板材，要求机械强度较高的产品，表面积较大而几何形状和结构不复杂的薄壁、大中型制品，如SMC开关柜隔板、SMC灭弧筒。

DMC材料在高压开关柜的只要应用：模塑厚壁、结构复杂的中小型制品，如绝缘子、灭弧片、接触器、母线绝缘框、穿墙套等，应采用DMC材料。

SMC/BMC材料在高压开关柜的应用中，应该避免在同一制品上，SMC和DMC不能混合使用。如果在采用SMC模塑的板材中掺加了DMC，会使制品机械强度下降，变形严重，影响主机开关柜的质量。应当注意，合格的SMC/BMC模压绝缘制品件的表面平整光亮，无麻孔、裂纹、缺料等缺陷，手感好、外观漂亮，电性能优良。

三、我国开关设备在特高压、高压及超高压产品方面技术的发展

经过多年发展，高压开关行业经济效益全面提升，技术更新换代步伐明显加快。近年来，西北750千伏输电工程的开工，拉开了特高压输变电工程建设的序幕，也催生了我国特高压隔离开关新技术。

750千伏工程是目前我国电压等级最高的运营输电线路，也是世界上海拔最高的输电工程。西开产品首先装配其中，并填补国内空白。他们与美国SSL公司合作生产的GW45-800型隔离开关于2005年9月在我国首条750千伏青海官亭至甘肃兰州东输电示范工程正式投入运行。平高自主研制的GW27-800型隔离开关和JW8-800型接地开关，沈高推出的GW12A-800型隔离开关及JW4-800型接地开关，也于2006年9月先后通过技术鉴定。

大规模超高压、特高压输电线路的建设，给输变电设备行业提供了极好的发展机遇。行业统计资料表明，自1990～2006年，累计生产550千伏隔离开关和接地开关5243组，363千伏隔离开关和接地开关1954组，均在市场有良好表现。

可以肯定的是，晋东南-南阳-荆门百万伏交流输电示范工程的开工，给有技术储备的厂家提供了难得的市场机会。

颇具市场眼光的西开等4家开关制造商，抓紧机遇均在最短的时间，利用研制800千伏产品的成功经验，独立自主开发出1000千伏特高压隔离开关新产品，凸显出企业雄厚的技术实力。

西开自主开发的GW□-1100型三柱水平开启闸刀翻转式隔离开关，可两侧附装折叠式接地开关顺利通过技术鉴定。

平高自主研制的GW27-1100型三柱水平开启闸刀翻转式隔离开关，可两侧附装立开式接地开关，已通过短时耐受电流、峰值耐受电流和开合母线转换电流、电容电感小电流等关键项目试验。

沈高自主研发的GW12A-1100型双柱折叠立开式隔离开关、可两侧附装折叠式接地开关，以及长高1000kV特高压接地开关都已通过型式试验。

这些成果已成为国家电网公司特高压交流试验基地带电试验的首选产品。

据有关资料记载，目前，国产超高压隔离开关已有六千多组在全国电力系统中运行，最长时间已达20年，800千伏特高压隔离开关已安全运行近两年，总体情况良好。

未来几年，电网建设的大力发展，给高压开关行业开辟了广阔的市场，提供了乐观发展的理由。同时，超高压直流输电工程的建设，将带动和促进特高压直流输电技术研究，开辟一个新的技术领域和新的市场。

在行业发展非常有利的环境下，也应看到压力和挑战接踵而至。目前影响行业发展的主要问题之一是产品水平与跨国公司尚存一定的差距，表现在外观、可靠性、稳定性、耐用性、防腐性和免维护，以及关键原材料的品质等方面。

未来一个时期，加大技术创新，提升产品水平仍是行业工作的重点，同时着重做好三项工作：

一是瞄准国际前沿技术，以市场需求为导向，依托国家重点工程，充分利用骨干企业较好的资源、资金条件，不断提升自主创新能力，向更高的目标迈进。

二是广泛应用新设备、新技术、新工艺，坚持工艺出精品，精品出效益的工作方针，将断路器的设计和质量管理理念应用到隔离开关产品的研制中。

三是推广应用数字化制造技术，进一步提高研发能力，降低产品成本，增强产品的市场竞争力。

四、我国开关设备在中压产品及智能化技术上的发展

1、高压开关设备智能化中的新技术

1）现代传感技术

以往电力系统中作为测量和保护用的互感器普遍使用电磁式的，随着现代电力系统电压的升高和容量的增长，某些复杂的继电保护装置不仅能反映短路电流的大小，还能反映相位和波形，甚至反映电流的突变率，因而使用传统的电磁式互感器已不能满足目前高压开关设备多功能的需要，这就对现代传感器技术提出了更严格的要求。随着现代光纤技术的发展，基于法拉第旋光效应的光电互感器和光电传感器（oct）相继出现。初级线圈环绕在套于高压母线的环型磁芯上，螺线管与初级线圈产生的磁场方向平行，法拉第传感器沿着螺线管轴线方向安装于螺线管内，一个法拉第螺线管可同时连接多个带有磁芯的线圈，该螺线管具有磁场屏蔽功能。初级线圈产生的电流用来形成螺线管中的磁场，而螺线管中安装的法拉第元件作为传感器将该电信号转换成光信号。该类型oct产品应用于275kv变电站的故障定位监测系统中，被测电流高达50ka，可在－20～＋80℃的温度范围内使用，精度为1．5％，可满足故障定位系统要求。

目前已投入使用的光学电流互感器由于测量范围宽、绝缘简单可靠、无磁饱和、无二次开路危险、抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、安装运输方便、易于同微机保护接口等优点，已在高压开关设备中得到应用。

2）微机处理技术

微机处理技术的发展是实现智能化控制的前提，它是集测量、运算、决策、控制、保护及遥控于一体的综合化智能体系，可以安装于高压开关设备内部，直接面向一次设备或设备组合，能完成各自对象的继电保护、实时电量监控、状态信息记录及历史记录等功能；微机处理技术还可作为计算机分层网络的终端，具有多种可选的通用网络接口，便于事故分析和状态监视；形成微机防误操作和安全保障系统，适应变电站自动化的需要。例如，对于智能化柜来说，首先通过数据采集系统获得监测信息，然后利用微机处理技术对获得的信息进行处理、判断与决策，其处理机构可分为前置处理单元和后置管理单元两部分：前置处理单元由数据采集系统的模拟量转换为数字量，然后进行算术和逻辑运算，并与给定的报警、跳闸、操作等条件进行比较，当满足动作条件时执行动作任务；后置管理单元则完成对数据的打印管理、事故记录等。微机处理装置必须预留通信接口，以使软件系统与已在线运行的其他软件环境能方便地连接。

3）状态监测和故障诊断技术

电气设备的在线监测和故障诊断是其智能化的基本手段，起源于20世纪70年代。经过多年的发展，现代高压开关设备的监测功能正日趋完善，例如：对电压、电流、功率和功率因数、有功和无功电能、电网频率以及断路器合／分工作状态等的检测功能；对过电流、短路、不平衡运行、电机启动、接地、过电压、欠电压等的保护功能；对就地断路器和远方断路器的操作控制功能等。这些功能依靠先进的显示、通信手段将各单元联系起来，实现变电站的集中微机监控。

高压开关设备在线监测与故障诊断系统的组成由信号变送系统、数据采集系统以及处理和诊断系统构成。高压开关设备常见的监测内容可归纳为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测三部分，具体包括：通过检测开断电流和燃弧时间这两个影响触头磨损量的主要参数来判断触头的电寿命，通过检测关键部件的机械振动、合／分闸线圈电流和电压的波形变化、控制回路通断状态以及操动机构储能完成状况等信号来判断断路器的机械故障，近年来发展起来的采用uhf电磁波来监测绝缘状态，应用感温元件或红外线技术来监控载流导体及接触部位温度等。这些监测与诊断技术的实际应用可实现高压开关设备的状态检修及智能化控制。

2、智能化高压开关设备

现代传感技术、微机处理技术、状态监测和故障诊断技术在高压开关设备领域得到了广泛应用，出现了各具特色的智能型高压开关设备。

1）气体绝缘全封闭组合电器（gis）

g．schett将gis从传统技术、现代技术发展到智能技术的三个阶段。在传统的gis二次回路中主要采用了电磁式电器技术，各种电器功能单一，为完成复杂的功能需要大量各种不同类型的电器，同时为连接这些电器而使用了上千条硬导线，在gis旁边专门建造了控制室以便安置其庞大的控制柜，gis壳体上的柜体仅作母线室用。

在具有现代技术的gis中，数字继电器取代了传统的继电器，加上自监视程序的采用，其可靠性得到了提高。gis的二次回路不断改进，在间隔之间以及间隔与变电站控制计算机之间的通信联络使用了串行光纤技术，使器件数大大减少；为完成控制、保护和测量等功能所需的设备安装在gis壳体上的控制柜中，不再专为二次回路建造控制室；使用光纤通信总线简化了设备之间的联接，并解决了电磁干扰问题；控制柜内电子器件的自动控制和自监视功能提高了gis的自动化程度。

在具有智能化技术的gis中，所有一次回路与二次回路之间的连接均通过串行光纤总线接到控制箱中，完全淘汰了传统的硬导线连接方式。每个一次装置（互感器）配备了称为pisa（传感器和执行器处理接口）的电子接口，其主要任务有：作a／d变换、测量信号的预处理、通过总线以及经过串接总线执行控制和保护命令。由于采用了pisa技术，使脱扣、连锁、电压、电流等信号的传递时间大大减小，并能迅速作出控制或保护等操作的判断，使保护和监控更为及时、可靠。

2）智能熔断器

美国通用公司研制出的额定电压为5．5～26kv、额定电流为65～175a的高压限流熔断器，不但尺寸小、额定电流大、分断能力强，还能够智能控制熔断器的时间－电流特性。熔体的中部有一个过电流传感器（o.c），数个化学炸药包沿着熔体长度方向布置。在正常工作情况下，触发电路由空气间隙a1隔离。当主熔体在某种情况下任意一处熔断时，断开处的电弧电压使间隙a1击穿，引起电流流过触发电路，从而在低过载电流下点燃化学炸药包，在熔体上产生多个串联电弧来开断电流。在大电流情况下，其开断与一般限流熔断器相似。

智能化熔断器的保护系统由多个智能化熔断器和一个保护控制中心（pcc）组成。以往的熔断器电弧是靠低熔点的“m”效应和特殊的熔体狭颈设计来实现的，因而其时间－电流特性是固定不变的，而智能化的熔断器沿熔体长度方向多处布置有化学炸药包，并设有智能检测单元对线路供电状况进行检测和判定，再通过触发化学炸药包按要求动作，从而实现熔断器时间－电流特性的智能控制。

3）高压断路器及高压开关柜

日本富士公司在原来的真空断路器上添加了过电流继电器、检测用电流互感器以及各种传感器，使断路器具备了自诊断功能及传输功能，构成了集监视、通信、控制和保护为一体的智能单元，从而强化了断路器的功能，提高了可靠性。

在电器元件智能化的同时，高压开关柜也不断向智能化方向推进，目前在国际上处于领先地位的高压开关柜产品均具有：脱扣回路断线监测、动作时间检测、接触部件检测、弹簧的储能时间检测、温度／湿度检测和柜门的监视等功能，综合这些功能就构成了智能化高压开关柜。

abb公司近期推出的高压开关柜智能化集中控制／保护单元，将控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能。集中控制／保护单元具有限流、过电压和欠电压、过热以及接地故障等多种保护功能，并能根据需要任意组合。集中控制／保护单元还具有智能诊断能力，能对其所监测到的数据进行分析和处理、进行故障预测、判断开关的剩余使用寿命和计算出维修期限。略……

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