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重合器

交流高压自动重合器简称重合器,是一种自具控制(即本身具备故障电流检测和操作顺序控制与执行功能,无需提供附加继电保护和操作装置)及保护功能的高压开关设备;它能够自动检测通过重合器主回路的电流,故障时按反时限保护自动开断故障电流,并依照预定的延时和顺序进行多次地重合。

重合器(Recloser)是用于配电网自动化的一种智能化开关设备,它能够检测故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的一种有“自具”能力的控制开关。所谓“自具”是指重合器本身具有故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力,无需附加继电保护装置和另外的操作电源,也不需要与外界通信。

当线路发生短路故障时,它按顺序及时间间隔进行开断及重合的操作。当遇到永久性的故障,在完成预定的操作顺序后,若重合失败,则闭锁在分闸状态,把事故区段隔开;当故障排除后,需手动复位才能解除闭锁。如果是瞬时性故障,则在循环分、合闸的操作中,无沦哪次重合成功,则终止后续的分、合闸动作,并经一定延时后恢复初始的整定状态,为下次故障的来临做好准备一重合器可按预先整定的动作顺序进行多次分、合的循环操作。 [1]

按照不同的分类标准,重合器有如下一些种类。

(1)按相分类单相和三相。

两者动作原理相似,使用时根据配电网结构不同而进行选择,对于三相中性点不接地系统,一般不宜采用单相重合器,禽则造成非三相运行;单相重合器主要用于中性点直接接地系统,允许电气没备作为单相运行。

(2)按结构分类整体式和分布式。

所谓整体式是指重合器中的断路器本体与其控制部分是密不可分的。整体式重合器采用高压(10kV)操动机构,可用于户外10kV电杆上,无需另外的操作电源,直接由所控制的10kV路供给;但因为采用高压合闸线圈,对绝缘水平要求高,有时会因绝缘水平难以保证导致线圈发热,匝间绝缘损坏,造成重合器爆炸的事故。

所谓分布式是指重合器采用积木式结构,例如本体、操动机构、控制电路是分开的3个部分。分布式重合器采用低电压(220V)操作机构,这样避免了高压电源进行调试的复杂性和危险性,安装、检修都较为方便。

(3)按灭弧介质分类油、真空、SF6

油重合器出现最早,运行历史最长,一般采用液压控制。油重合器有两个固有缺点:因油属非自恢复绝缘介质,故其维护较频繁,至少3年需换油、检修一次;有火灾危险。现在来看其技术相对落后,国内已基本淘汰。

真空灭弧室于20世纪60年代用于重合器设计。真空灭弧室的优点是开断寿命长,无需检修,无火灾危险,到了90年代后期,随着真空泡制造技术的飞速发展,真空重合器已逐步成为国内外重合器市场上的主流产品。

SF6重合器是将干燥的SF6气体充人密闭的开关本体中,作为开关设备的绝缘和灭弧介质。SF6气体具有极好的绝缘和灭弧性能,但其分解物具有一定的毒性,其本身也是温室效应的主要因素之一,如果泄漏将会对人和环境造成一定的损害,因此应做好开关箱体的密封和SF6气体的回收、处理工作。 [1]

(4)按控制方式分类液压控制、电子控制。

液压控制有单液压系统和双液压系统两种。液压控制的主要优点是简单、可靠、经济、耐用,不受电磁的干扰,这些优点对于农村电网和距离配电站较远的设备很有用。液压控制的缺点是保护特性无法做到足够稳定、精确和快速,选择范围窄,受温度影响较大,特性调整不方便等。

电子控制有分立元件电路和集成电路两种。分立式电子电路与集成电路相比,其优点是价格便宜,元器件耐用,维修简单;其缺点是体积大,功能少,捕件多,选择范围窄,调整不便,可靠性较差。以集成电路为基础的微机控制于20世纪80年代初应用于重合器,其典型产品为英国的ESR型和PMR型重合器。重合器控制所用微机为单片机,其主要优点是体积小,功能强,重合器的分闸电流、重合次数、操作顺序、分闸时延、重合间隔、复位时间等特性的整定,都可以简单地在控制箱上通过控制面板整定,使用极为方便,这对改善保护配合,提高供电可靠性,提高运行自动化程度意义很大。

(5)按重合器的控制器安装方式分类。

1)室外就地安装:安装在断路器下面的水泥杆上。

2)集控台式安装:室内集中控制,安装在集控台内。

3)集控屏式安装:安装在集控屏内。

4)10kV配电线路:安装在电杆上,并配有专用电源给重合器供交流220V电源。 [1]

目前重合器的控制器均为IED式的控制器,通过控制电缆和重合器开关本体连接。

重合器开关本体的操动机构及其性能指标,以及灭弧室的分断及恢复能力比一般的断路器要高,这样可以满足多次重合的要求。并且重合器绝缘套管上配有三只或两只电流互感器,用于电流的监测。操动机构采用永磁机构或弹簧机构,具备快速重合闸要求,动作性能可靠。机构具有就地手动、电动远方合、分控制功能。

目前重合器的开断单元为SF6或真空灭弧室,SF6灭弧室有被真空灭弧替代的趋势。按照真空灭弧室的安装方式,重合器分为三相共箱式和三相分体式两种。这两种重合器的区别为开关本体的区别,其控制器没有区别。

(1)三相共箱式重合器 三相灭弧室,采用低压力的SF6气体或空气作为产品的内绝缘介质,机构置于箱内的绝缘框架上,由一根主轴与机构相连接,可以防止机构及传动件受到外界环境的影响而锈蚀,引起润滑失效、机械动作不灵活、卡滞等现象;进出线套管为环氧树脂、硅橡胶或有机绝缘材料;一般配双稳态或单稳态永磁机构或弹簧机构驱动模块。

(2)三相分体式结构的重合器 将三相真空灭弧室分别浇注在固体户外环氧树脂(或聚氨酯)的套管中,电流互感器密封在极柱内,配双稳态、单稳态永磁机构。

两种结构形式的重合器各有其特点,对于环境条件恶劣的地方,由于SF6气体对灭弧室和机构的保护作用,三相共箱式(柱上)开关更适合户外使用。 [2]

重合器是一种自动化程度很高的设备,在开断性能上类似断路器,但又增加了多次重合闸功能,可以配合真空断路器及SF6断路器来使用,能够判断故障性质,自动动作。在保护控制特性方面,自身能完成故障检测,判断电流性质、执行开合功能,具有自动功能和保护控制功能,无须附加其他操作装置。它特别适合于农村简易化变电所馈出开关,以及线路上安装,实施重合器与重合器、重合器与分段器配合动作,在线路发生故障时,可自动多次开断和重合控制,从而能显著提高供电可靠性。

重合器与传统的断路器相比较,具有如下特点:

(1)在短路电流开断等功能上,重合器具有断路器的全部功能。

(2)重合器比断路器增加了保护控制系统。

(3)重合器具有故障检测,操作顺序选择,开断和重合特性调整功能,具有独立完整的特性,而断路器要另外增加控制系统来配合动作。

(4)重合器可以安装在户内外,断路器一般只能在变电所室内安装.

(5)重合器的相间故障开断都采用反时限特性,以便与熔断器的安一秒特性相配合。

配电网中使用重合器的优点如下:

(1)自备操作电源,不受线路停电与否的影响。

(2)代替了馈电柜,施工工期短,减少占地,节省了变电所整体投资。

(3)缩短故障时的停电范围,提高了供电可靠性。

(4)自动化程度高,维护工作量小。 [3]

(1)油重合器用绝缘油作为绝缘和灭弧介质,开关故障电流后产生游离碳,几次开断后就达不到其铭牌标定的开断能力,需要解体检修。因此我国已不予推广。

(2)SF6重合器虽然厂家说明书都保证年漏气率1%以下,但实际运行1~2年后都发生过严重漏气故障,导致分合闸失灵。由于分合闸机构均密封于箱体中,一旦发生故障,现场没有昂贵的真空抽气设备,无法解体,必须返厂检修,费用太高。进口设备更是无法返检。另外在实际运行中,在-16℃以下就发生拒合拒分现象,达不到厂家保证的-40℃~40℃以内正常运行的能力。

(3)由于整体式的最大特点是采用高压合闸线圈,可用于户外10kV电杆上,无需另外的操作电源,但也引起了一系列问题:

1)绝缘水平难以保证,主高压线圈运行中会发热,线圈匝间绝缘时有损坏。已有多台重合器因此类原因发生爆炸。

2)给高压合闸线圈供电的两对高压触点切断5~15A的感性电流时,灭弧比较困难,易烧坏。采用触点在油中灭弧的,还会破坏绝缘油的绝缘能力,甚至有引起燃烧爆炸的危险。

3)对重合器的调试、整定都不能在现场进行。如安秒曲线的调整、复位时间和动作次数的整定、远方控制功能的实现以及对高压合闸线圈本身的调试等。

4)运行维护困难,一般1~2人是无法进行这种高电压维修工作的。

5)其控制装置经常性工作电源及充电电源取自于内附管套电流互感器的二次侧。当线路负荷较小时,控制装置因电源不足而不能正常工作。 [3]

重合器因其操作简便、安装灵活、可靠性高而在配电网络中有着广泛的应用。

(1)用于35kV变电所

用于35kV变电所的10kV出线处,作为10kV馈线分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用,取代10kV高压断路器,但无需附加继电保护屏、控制屏和直流屏,减少综合投资,提高自动化程度,可实现无人值班,是35kV重合器模式变电所的理想设备。也可用于110kV变电所的10kV出线处。

(2)用于城网、农网10kV线路

用于10kV配电系统干线、分支线及环网线路上,取代一般断路器,集开关、保护、控制为一体,高度智能化,提高自动化程度,也可实现双回路及多回路自动重合器环网供电,对于长线路可实现分段延时供电。重合器装有四遥接口,便于实现城网自动化;也可实现近距离现场遥控,方便操作,减轻维修、操作人员的工作量。 [1]


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