高压开关设备关键技术及发展趋势

高压开关设备关键技术及发展趋势

夏冰

新东北电气集团高压开关有限公司 辽宁沈阳 110000

摘要: 电力是现代社会最主要的一种能源，不论是社会生活还是生产，都离不开电力的支撑与保障。而随着社会生活、生产对用电需求的不断提升，电网也不断朝向高电压、大容量以及智能化的方向发展，在这样的背景和形势之下，高压开关设备也受到了越来越高的重视。因为在整个电网的结构体系当中，高压开关是非常重要的组成部分，其直接决定着电网运行的可靠性、安全性，以及供电的稳定性。

关键词: 高压开关; 关键技术; 发展前景

1引言

高压开关的本质，属于是一种用于开断和关合导电回路的电器设备，是电网结构体系当中不可或缺的重要组成部分。在电网不断朝向高电压、大容量以及智能化方向发展的同时，对于高压开关也必须要引起高度的关注和重视，因为其直接决定着电网运行和供电的可靠性、安全性与稳定性，高压开关的技术过硬，才能保证电网切实满足社会用电需求。

1 高压开关设备的关键技术分析

1.1 高压开关灭弧技术

如上所述，高压开关是一种用于开断和关合导电回路的电器设备，更直接的来说，其承担着电流切断、转移和接通任务。而在这个过程当中，其不免会产生电弧，这对于高压开关设备本身，以及其他的相关电器设备，都可能会带来危害，所以灭弧技术就成为了高压开关设备的首要关键技术。就目前情况来看，高压开关设备灭弧技术主要经历了三个发展阶段，分别是单压式灭弧技术、自能式灭弧室技术、双动自能式灭弧室技术。单压式断路器采用 SF6 气体作为绝缘及灭弧介质，其灭弧室结构虽然较为简单，但是其开端性能非常的优良，得到了非常广泛的应用。与单压式灭弧技术相比较，自能式断路器具有了更强的优势，其对电弧本身的能量利用更加充分，而且可以大大减少操作功，增强高压开关设备其本身的可靠性。所谓的双动自能式灭弧室技术，主要是在动、静触头间增加了连杆等传动结构，其优势是可以在确保动、静触头相对运动速度的前提下，进一步减少操作功与操作冲击力，使高压开关设备的可靠性进一步提升。自能式灭弧室技术是高压开关设备的一个突出进步，除了减少了操作功之外，气动操动机构、液压机构等，也逐渐的被结构更加简单的弹簧机构替代，而且弹簧机构的噪音小、体积小，不会产生污染，成本低、维护便捷，对各种气候的适应力也较强。尤其是双动传动系统的改进，更是使得高压开关设备具备了更强的安全灭弧能力。

2.2 高压开关仿真技术

在实际的工作场景当中，高压开关设备会受到周围各种因素的综合影响，包括机械应力、气流场、温度场以及电磁场等等，这很显然会对高压开关设备的性能、状态等造成影响，所以在设计过程当中，必须要予以全面的考虑，对设计进行优化。通过多物理场耦合仿真技术的应用，能够对高压开关设备的运行情况进行相关预测，如高压开关设备的温升、机械、绝缘、开断等性能预测，有了预测数据之后，便可以指导设计的改进和优化。现目前，高压开关仿真技术已经较为成熟，并且细化为了各种类型，如电弧开断过程仿真技术、高压开关通流仿真技术、高压开关传动系统冲击动力学仿真技术、微粒运动和直流电荷积聚仿真技术。基于高压开关仿真技术进行高压开关设备的设计和研发，能够大大提升高压开关设备对工作场景的适应能力，增强其运行的可靠性。以高压开关通流仿真技术为例，在高压开关设备的实际运行过程当中，由于对电流的承载，所以会导致其温度升高。从物理角度来讲，温度的升高可以分为发热、散热这两个不同的过程，它们之间相互耦合。在电磁场仿真技术的帮助下，可以得到发热功率场，根据发热功率场看作是热源，采用流体动力学仿真技术，对其进行气流场和温度场求解。

2.3 高压开关智能化技术

目前，社会中的各行各业都在朝向智能化的方向转型、发展，电网也同样是如此。而智能电网的建设和运行，同样需要高压开关设备的支持，而且要求高压开关设备也要具备智能化的功能，由此便产生了专门的高压开关智能化技术。高压开关智能化技术综合了对电气、电子、控制、通信、传感等多学科知识、技术的综合应用，具备高压开关设备状态监测、通信与保护等功能。同时，其还能基于对高压开关设备状态表征方式、运行状态劣化规律、控制策略等高压开关设备自身机理的深入研究，综合运用状态感知、智能评测、寿命预测、智能控制、信息交互、可靠性分析与设计等智能化原理和技术，以实现高压开关设备的全面智能化。根据在严酷的电磁环境下分析处理各种复杂信息的客观要求，广泛采用数字滤波、趋势分析、指纹分析等算法，开发信息交互、专家系统、寿命预测等智能化模型，以实现高度的智能化和可靠性。

3 高压开关设备发展前景

为了满足电网在未来的高效、稳定、安全运行需求，高压开关设备还需要进一步的发展。可以预见，高压开关设备的发展前景主要包括高电压大容量开断技术、高速开断技术、金属封闭式直流高压开关技术、数字孪生技术、高电压等级真空断路器技术等。由于开断时间越长，冲击电流越大，系统设备的安全风险越大，所以有必要不断加快开断速度，这样才能更好的保护系统设备，高速开断技术则主要是为了达到这一效果和目的。另外，高压开关设备数字孪生技术也值得关注。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生技术以产品本身为数据信息基础，同时还会如同产品在其整个生命周期中一样，引入各种各样的要素，用以模拟出产品的状态。目前的主要研究方向为采用数字孪生技术将电力开关设备的运行数据与软件平台、仿真分析技术相结合，这可以帮助我们更加准确的了解高压开关的运行状态，以便提前做好相关的维护工作。避免计划之外的设备维护等等。这能够帮助加深高压开关设备制造和信息化技术的更为深度的融合，从设计到制造再到使用各个环节，有效控制成本，增强高压开关设备的综合性能。

4 结语

在电网的整个结构体系当中，高压开关是不可或缺的重要设备，其决定着电网运行的可靠性、安全性，以及供电的稳定性。因此，在社会生活、生产用电需求不断提高的背景下，应加强对高压开关设备的相关技术研究和应用，不断增强高压开关设备的性能，使其能够在电网的运行过程当中，发挥出相应的控制和保护作用，切实满足社会用电需求，促进社会建设、发展。

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