我们学高压输配电系统的知识时,很容易就发现,高压隔离开关的地位很关键 —— 它是这个系统里少不了的核心电器。我们设计它,主要就是为了在电路里弄出一个能直接看见、还靠空气绝缘的断开点;有了这个断开点,电气设备检修或者停下来的时候,安全才能有保障。
但要知道,它没有切断负荷电流和短路电流的本事,所以平时都会跟断路器一起用。至于它所有结构上的设计,其实都是围着这个核心功能来的,具体来说,它有这些明显的特点:
拿可见断口来说,这绝对是隔离开关最核心的结构特征。我们在实验室观察隔离开关动作时能清楚看到,当它的动触头与静触头分开后,会形成一个足够长,并且能清晰看见的空气绝缘间隙。这个 “可见断口” 特别实用,它能给操作人员提供最直观的电气隔离证据,说是保障人身安全的第一道防线一点也不夸张。而且我们设计断口的绝缘距离时,必须严格满足对应电压等级的绝缘要求,这一点在课堂上老师也反复强调过。
再说说绝缘性能,隔离开关在这方面的表现确实很优异,它的绝缘结构主要拆成两部分,我们理解起来也不复杂。一部分是断口绝缘,这部分靠大气(也就是空气)作为主要绝缘介质。为了保证它在各种过电压以及恶劣气象条件下不会发生击穿,断口距离要比相同电压等级下的最小安全距离大得多,这个设计细节能看出对安全的重视。另一部分是对地绝缘,这部分通过支持绝缘子来实现,就支持绝缘子的类型来说,常见的有瓷柱绝缘子还有复合绝缘子。这些绝缘子不只要有足够的电气强度,还得具备优异的机械强度,毕竟它们要支撑导电部件,并且承受操作时产生的力,少了哪一点都不行。
导电回路也是我们分析的重点,它由动触头、静触头、导电闸刀(或者旋转臂)以及出线座等部件构成。我们在研究这个回路时,会发现它的设计着重关注两个关键特点。一是接触要可靠,通常会采用多点接触或者线接触的指形触头结构,并且会施加足够的接触压力。这样设计的目的很明确,就是确保它在长期通过额定电流、以及短时通过短路电流时,接触电阻小、温升低,不会发生熔焊情况,要是出现熔焊,后续维修会特别麻烦。二是结构要稳固,导电部件得有足够的机械强度与刚度,不然短路电流产生的巨大电动力很容易让它变形甚至损坏,这会直接影响整个系统的运行。
隔离开关的操作机构类型其实挺多的,不同类型适配不同的使用场景。拿手动操作机构来说,它的结构简单并且可靠,我们一般会把它用在不需要远动操作的场合,或者作为备用操作的场合。而且它通常会装联锁装置,目的就是防止出现误操作,毕竟误操作的后果往往很严重。还有电动机操作机构,它能实现远程控制以及自动操作,现在现代化变电站里基本都用它,算是主流配置。这种机构靠电机驱动齿轮或者蜗轮蜗杆系统,输出的力矩大,操作起来也很平稳,我们在模拟操作时能明显感觉到它的优势。另外,操作机构与开关本体之间会通过长长的操作杆连接,它有自锁功能,能精确地把触头分到或者合到预定位置,并且一直保持在那个位置上,稳定性特别好。
带负荷分合隔离开关是特别危险的误操作,所以安全联锁设计绝对不能少。隔离开关必须与断路器、接地开关等设备构成严密的机械或者电气联锁。我们要明确一点:只有在断路器分闸之后,才能操作隔离开关;也只有在隔离开关分闸之后,才能合上接地开关等。这一步是隔离开关安全结构里的关键一环,丝毫不能马虎。
我们平时接触到的不少隔离开关,还会专门设计接地装置。一般会把它设计成 “三极联动操作,一极带接地闸刀” 的形式。简单说就是,主闸刀分闸之后,接地闸刀才能合上,这样能为检修线路提供可靠的接地保护,让检修人员更安心。而且主闸刀与接地闸刀之间也有严格的机械联锁,防止两者同时合闸,这也是为了进一步保障操作安全。
我们把这些特点捋一捋就会发现,恩彼迈高压隔离开关的结构设计,就是以 “可见断口” 为根本,还得跟着 “绝缘可靠、导电稳固、操作准确、联锁严密” 这几个核心原则来。它的结构看着好像不复杂,但背后其实藏着电气、机械还有材料科学这些严谨的技术,是把它们结合起来用的。所有设计到最后,目的都是保证电网运行还有检修维护的时候能绝对安全,这一点,也是我们学这个设备的时候最该明白的核心道理。


