1 500kV变电站空气间隙距离计算
1.1 500kV变电站空气间隙距离选择原则
500kV电压等级空气间隙距离选择采用GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》的有关规定。对于标准未规定的部分，参考水电能源科学《高海拔地区750kV开关站空气间隙选择研究》等研究资料。220kV和110kV电压等级空气间隙距离选择则采用DL/T 5352—2006《高压配电装置设计技术规范》、国家电网公司物资采购标准Q/GDW 13001—2014《高海拔外绝缘配置技术规范》和GB 1094.3—2003《电力变压器 第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》的有关规定。本文仅对500kV电压等级空气间隙进行研究。
1.2 500kV电压等级空气间隙放电电压要求
GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》规定，变电站导线对构架空气间隙应符合下列要求：1）变电站空气间隙工频电压下的50%放电电压应符合要求；2）变电站空气间隙的正极性操作冲击电压波50%放电电压应符合要求；3）变电站空气间隙的正极性雷电冲击电压波50%放电电压，应符合要求。
根据规范计算公式，经过海拔修正后，计算得到表1所示不同海拔高度下的500kV变电站空气间隙放电电压要求。
表1 不同海拔高度的500kV电压等级空气间隙放电电压值
1.3 不同海拔高度500kV电压等级空气间隙要求
对比中国电力科学研究院、国家电网公司近年来关于高海拔地区空气间隙、相间距离、外绝缘研究成果，计算得出本工程所辖不同海拔高度500kV电压等级空气间隙的计算结果，见表2。
2 高抗回路隔离开关优化的研究
2.1 高抗回路隔离开关优化的背景
本文将以澜沧江500kV变电站扩建为例，对高抗回路隔离开关优化进行阐述。澜沧江500kV变电站位于昌都市卡诺镇瓦约村，海拔高度为3199m，
表2 不同海拔高度的500kV电压等级空气间隙要求值
变电站已于2014年11月建成投运。澜沧江500kV变电站远期为500kV和220kV合建站，已按远期设备布置完成征地。目前已建设500kV高抗2组（降压运行），220kV主变2台，220kV配电装置，110kV配电装置，10kV配电装置，主控楼及站用电系统。
本期扩建2台500kV容量为750MVA的无载调压自耦变压器，布置在站区中部。500kV GIS室1间，布置在站区北部。500kV继电器室1间，布置在站区北部。扩建工程在原有围墙内预留场地中进行，不需新征用地。前期预留场地布置的高抗回路间隔断面图，如图1所示。
隔离开关为户外敞开式设备，外绝缘按500kV电压等级空气间隙要求值进行海拔修正后的尺寸较常规设备要大很多，厂家为节约成本，直接采用800kV隔离开关进行替代。澜沧江站为扩建站，围墙、500kV高抗及道路前期已建成，若采用800kV隔离开关，则无法布置。厂家提供800kV隔离开关外形图，柱间距为8500mm，断口间距为7220mm，如图2所示。
图1 高抗回路间隔断面图（前期预留场地）
图2 厂家提供800kV隔离开关外形图
2.2 500kV高抗回路隔离开关电压特性分析
根据不同的运行场合，隔离开关断口间可能承受反向叠加电压，如采用双母线接线形式，当一组母线侧隔离开关和出线断路器带电运行时，另一组母线侧隔离开关承受着出线侧的电压和另一组母线侧电压，即两组母线之间的电压。由于系统处于不断交变过程中，两组母线电压可能相位不同，此时隔离开关两侧需承受反向叠加电压，因此常规隔离开关设计时断口间电压按承受反向叠加电压考虑，断口间距按A2值校核，如图3所示。
图3 双母线接线示意图
目前，实际工程中500kV配电装置采用3/2断路器接线，500kV线路的高抗回路大多按配置隔离开关考虑。由于隔离开关不具备投切高抗的能力，因此高抗必须在线路停电后才能通过打开隔离开关实现退出。
高抗回路中隔离开关用于高抗检修时便于形成明显断口。具体操作流程：高抗检修时，线路两侧断路器断开，隔离开关打开，线路停运；线路恢复运行时，隔离开关先合上，再投线路侧断路器。一般情况下，隔离开关两端是不带电的，极端情况下，高抗检修时，隔离开关打开，线路两侧断路器误动作，此时隔离开关静触头侧仅承受系统电压，不存在断口两端同时带电的情况，可不考虑反向叠加电压对断口间的影响。因此，高抗回路隔离开关断口间距可按A1值4500mm校核，如图4所示。
图4 500kV 3/2断路器接线示意图
2.3 500kV高抗回路隔离开关关键参数选择
选择高压隔离开关的技术参数主要有额定电压、额定电流、动稳定和热稳定电流、极限通过电流等。
选择隔离开关的要求主要如下：1）绝缘可靠，触头间有足够的绝缘距离，打开时有明显的断开点；2）具有足够的热稳定性和机械稳定性；3）结构简单，动作可靠；4）带接地功能的隔离开关，必须装有连锁装置，以保证先断开隔离开关，后闭合接地刀闸，先断开接地刀闸，后闭合隔离开关的操作顺序。
隔离开关主要技术性能指标见表3。
表3 隔离开关主要技术性能指标
2.4 隔离开关外形结构优化关键技术
1）大电流钳夹式触头的结构设计
由于额定电流达到5000A等级，因此在本产品上设计了一种全新的触头结构。该结构由4对触指、触指座、弹簧座、操作杆、传动架、连板、压簧等零件组成，当合闸时，由操作杆推动传动架向前运动，通过连板使弹簧座并带动触指合拢，当触指合拢至夹到定触杆时，触指不能继续运动，弹簧座压缩夹紧弹簧并使力加在触指上，保证合闸夹紧力的稳定，每个触指由一个弹簧加载，也使接触稳定可靠。
2）下导电管平衡弹簧的设计
平衡弹簧是主闸刀结构的核心零件，需按预定的要求储能或释能，最大限度地平衡刀闸的重力矩，以利于刀闸的运动。其尺寸和力值将直接影响下导电管的装配和主闸刀部分的运动。根据总体尺寸情况先对主闸刀零件作适当估计，初步计算出主闸刀部分的质量，参照压缩弹簧的设计方法初步确定其参数，并按适当差距预设几种弹簧，在样机试制过程中将根据实际调试情况进行最后确定。
2.5 优化后的隔离开关尺寸及布置
经过上述优化分析研究后，澜沧江站500kV高抗回路隔离开关断口距离可以不考虑反向叠加电压的影响，断口间尺寸可按大于A1值4500mm校验。优化后隔离开关柱间距为5900mm，断口间距为5100mm，隔离开关外形图，如图4所示。
优化后的隔离开关尺寸小于前期预留场地对隔离开关的要求，可满足设计工程布置的需要。优化后的的布置断面如图5所示。
图5 优化后的隔离开关外形图
图6 优化后的出线布置断面图
