重合器结构、性能与选用，重合器

河南平高集团有限公司曹胜利苑金海曾其武王焕

我国农村及边远地区配电网的特点是，电力负荷分散，负荷密度小，配电线路较长，还有很长的分支线路。因此，在20世纪90年代末开始的农村电网改造、升级过程中，采用了一种经济实用的配电网馈线自动化方案，即利用重合器和分段器等智能化开关设备，通过它们之间的相互配合，实现故障的就地自动隔离和恢复供电。其主要特点是：利用重合器本身切断故障电流，实现故障就地隔离；无需通信手段，利用重合器多次重合以及保护动作时间的相互配合，实现故障的自动定位、隔离和恢复供电；对过电压、雷电、高频信号及强磁场的抗干扰能力强，可靠性高；增加通信设备即可轻易地升级到更高一级的配电网自动化模式，使配电网自动化分步进行；由于重合器和分段器一般装在户外的电线杆上，简化了传统变电所的接线方式，取消了控制室、高压配电室、继保盘、电源柜、高压开关柜等设备，省去了大量建设投资，节省占地面积1/3左右，并大大缩短了施工周期。

经过近十年的努力，该种配电网自动化方案的推广应用已经有了不小的进展。比如，某公司的重合器2004年仅在陕西延安四周小型油田的销售额就达到了3000多万元。可见在农村及边远地区的配电网自动化中，重合器的需求量是非常大的。然而，由于种种主观的和客观的原因，在相当一部分农村地区的配电网中，该自动化方案还有待进一步推广。为了进一步推广以重合器的应用为特点的配电网自动化方案，提高广大农村及边远地区的供电可靠性，本文拟对目前市场上各种重合器的结构、性能进行分析、比较，以增加对重合器这种配电网自动化设备的熟悉，进而为重合器的选用提供一些参考。

1　重合器的结构及性能

重合器是一种能够按照预先整定的开断和重合顺序，在交流线路中自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁的具有自具控制和保护功能的高压开关设备。它可以自动检测通过重合器主回路的电流，当判定是故障电流后，持续一定的时间，按定时限或反时限保护特性自动断开故障电流，并根据要求多次自动地重合，向线路恢复供电。假如故障是瞬时性的，重合器重合后线路恢复正常供电；假如故障是永久性的，重合器就按预先整定的操作顺序进行动作，在完成预先整定的重合次数（一般为3次）后，确认线路为永久性故障，则自动闭锁，不再对故障线路送电，直至人为排除故障后，重新将重合器合闸闭锁解除，恢复正常状态。

重合器一般由本体、机构和控制三部分组成。

1.1本体部分

本体的主要功能就是完成重合器的分断和重合任务，它主要包括灭弧室、进出线套管和外壳三部分。

1.1.1灭弧介质

按灭弧介质分为有油，真空和SF6三类重合器。油重合器均为多油式，出现最早，运行历史最长。其灭弧室结构有单断口和双断口两种，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，典型产品为美国Cooper公司的KFE型重合器。它将真空泡置于“油箱”中，以便用于户外。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20世纪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气体充入密闭的开关本体中，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，假如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。该种重合器主要是在原有SF6断路器基础上开发的，如国内的：CHL-12、LCW-10和CHW-10等型号的产品。

1.1.2进出线套管

进出线套管按外绝缘方式可分为三类。

一类是瓷套管，用高强度瓷套管作为三相导体的相间绝缘和对地绝缘。它使用广泛，价格低廉，寿命较长。

二类是环氧树脂固封套管，用户外环氧树脂将三相导体分别浇装起来，作为导体的相间绝缘和对地绝缘。它绝缘性能优越，为众多用户和制造商所青睐，但价格要高一些。

三类是硅橡胶复合绝缘套管，使用环氧玻璃布管和硅橡胶将三相导体分别包裹起来，作为导体的相间绝缘和对地绝缘。该套管结合了环氧玻璃布管强的绝缘性能和硅橡胶好的防水性能，但比瓷套管轻。

1.1.3重合器的外壳

根据使用环境条件，可采用钢板、不锈钢板或铝板等焊接或拼装而成。选用好的材料，可以提高重合器的防腐能力和外观质量。

1.2机构部分

操动机构是重合器的命令执行部件，它从控制部分接收到的操作指令，实现重合器的分闸和重合闸操作，主要包括机构、分闸装置和合闸装置。

1.2.1机构的分类

机构有电磁机构、弹簧机构和永磁机构三种。电磁机构由于体积大，操作噪音大而很少采用。目前大部分重合器采用的都是弹簧机构。但近年来，国内外各大公司纷纷推出采用永磁机构的产品，其主要特点是体积小、重量轻、动作可靠等。比较典型的有ABB的OVR型真空重合器，施耐德公司的U系列自动重合器，国内的有ZCW32M-12、AB-3S-12和CHZ-12等型式的重合器。

1.2.2合闸装置

合闸装置按所需电压分为两种。

一种是高压合闸，指重合器通过自身的高压合闸线圈，直接从10kV进线处获取所需的能量，这种合闸方式不需要用户提供额外的合闸电源，因此使用起来十分方便。进口的重合器有些是采用高压合闸的，如ESR型、PMR型和KFE型重合器；而国产的基本没有采用高压合闸的，因为高压合闸线圈的制造存在着诸多的困难。另一种是低压合闸，指由低压电源（AC/DC220～380V）或蓄电池和充电电容提供给合闸线圈能量。相比而言，其优点是重合器在合闸时所受到的机械冲击有所减小，产品的使用寿命有所提高；而缺点则是需要用户提供外接电源（也可通过加装TV，从线路上采集工作电源，但这种电源的可靠性不高）或蓄电池和合闸充放电电路。典型的有特瑞德公司的OSM/TEL27-12.5型重合器，其分合闸线圈均是由充电电容提供能量的。

1.2.3分闸装置

分闸装置按能耗分为两种。

分闸装置按能耗分为高能耗分闸和低能耗分闸。高能耗分闸是指需要110～220V电压才能完成的分闸操作；低能耗分闸是指分闸电压在10～80V左右就能完成的分闸操作。相比之下，低能耗分闸有以下好处：分闸所需能量小，分闸可靠，机构所受冲击减小，使用寿命延长了；但同时对产品的电子器件和电路的设计制造提出了更高的要求，成本也相应地提高了。

1.3控制部分

重合器的控制部分主要有操作、控制电源和控制装置组成，它是重合器的“大脑”，重合器的各种功能设置和指令都要由它发出。

1.3.1自备电源和外接电源

操作、控制电源按其来源分，有自备电源和外接电源。

自备电源是指从重合器的10kV进线处或自带的蓄电池获取所需的能量。它有两种形式，一种是由（自备的）专用变压器将10kV电源降压后提供给分合闸及其控制装置；另一种是合闸能量直接来自10kV高电压，而分闸能量则由一个储能电容器提供，或分合闸能量都由电容器提供。采用自备电源的重合器被广泛应用在无法引入外来电源的配电线路上。

外接电源是指直接从电站内端子箱引入的低压控制电源。采用外接电源的重合器一般使用在变电站内。

1.3.2控制装置

控制装置按控制方式分，有液压控制和电子控制两种。

液压控制有单液压系统和双液压系统两种。单液压的灭弧、绝缘、操作计数、计时采用同一种油；双液压的灭弧、绝缘、操作计数采用一般变压器油，而慢速操作中的计时采用一种非凡的航空油，其粘滞性较稳定，被密闭于一封闭系统中。前者用于早期的单相重合器和小容量三相重合器；后者多用于较大容量的三相多油重合器。液压控制的主要优点是简单、可靠、经济、耐用，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，调整也不方便等。

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，元件耐用，维修简单；其缺点是体积大，功能少，插件多，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。

2重合器选用时应注重的几个问题

2.1额定电流和最小分闸电流的选择

重合器的额定电流应考虑长远发展中可能出现的最大负荷电流。电流互感器的一次额定电流应不大于重合器的额定电流。一般电子式控制器的最小分闸电流可以在25％～225范围内调整。其最小分闸电流整定，也应考虑“冷负荷”的冲击电流，所以通常以高峰负载电流的2.5倍作为重合器的最小分闸电流值。

2.2额定短路开断电流的选择

重合器的额定短路开断电流应大于或等于所安装地点的最大短路电流。一般选用8～12.5kA比较合适。重合器在开断试验中的功率因数不得大于安装地点短路时的功率因数。

2.3绝缘水平的选择

选择重合器时，其额定电压应大于所在系统的额定电压；同时其绝缘水平和抗高频干扰电压水平，应与所在系统相适应。

2.4结构型式的选择

根据使用场所等客观条件的不同，可参考上文内容对重合器不同的部分选用相应的结构型式。对于远离电站的配电线路，宜选用自备电源的重合器，而电站内则可选用需要外接控制电源的重合器。同时，重合器与配电线路上其它电力设备的配合问题，也应在考虑范围之内。

2.5品牌的选择

目前，国产重合器的设计制造水平虽然还不能超过进口重合器，但在性价比上还是占有相当优势，也更加适合我国农村电网的实际情况。另外，牵涉到售后服务及技术沟通等方面，国内的生产厂家一般都能在尽可能短的时间内给用户一个满足的答复。