1、分類及特點
按相數(shù)分類
重合器按相數(shù)分有單相、三相式;按安裝方式分有柱上型、水下型、地面型、地下型;按分閘能源分有串聯(lián)分閘、并聯(lián)分閘等。按控制方式分,有液壓控制和電子控制兩類。液壓控制的主要優(yōu)點是經(jīng)濟(jì),簡單,可靠,耐用。這些優(yōu)點對于農(nóng)村電網(wǎng)和遠(yuǎn)距離安裝的設(shè)備很重要。因為這些場合下對設(shè)備進(jìn)行檢修不方便,也不可能很頻繁。此外,對液壓控制開關(guān)進(jìn)行檢修時,不需要特殊工具、昂貴儀器和復(fù)雜技術(shù)培訓(xùn)。液壓控制的缺點,是保護(hù)特性無法做到足夠穩(wěn)定、精確和快速,選擇范圍窄,調(diào)整也不方便。整定保護(hù)特性時,必須停電打開箱體后才能進(jìn)行。此外,液壓控制重合器采用串聯(lián)于主回路中的分閘線圈檢測線路過電流,受線圈的機(jī)械強(qiáng)度限制,這類重合器較難通過熱穩(wěn)定試驗的考核。
按控制分類
重合器的液壓控制分為單液壓系統(tǒng)和雙液壓系統(tǒng)。單液壓的滅弧、絕緣、操作計數(shù)、計時采用同一種油;雙液壓的滅弧絕緣、操作計數(shù)采用一般變壓器油,而慢速操作中的計時采用一種特殊的航空油,其粘滯性較穩(wěn)定,被密閉于封閉系統(tǒng)中。前者用于早期的單相重合器和小容量三相重合器;后者多用于較大容量三相多油重合器。
電子控制方式的優(yōu)點是靈活,功能多,互換性好,保護(hù)特性穩(wěn)定,選擇范圍廣,使用方便。這對改善保護(hù)配合,提高供電可靠性,簡化現(xiàn)場人員工作,提高運(yùn)行自動化程度意義很大。此外,這類重合器通過在其頂蓋上的套管式CT檢測線路過電流,主回路中無串聯(lián)線圈,故易于通過熱穩(wěn)定試驗。其缺點是價格略貴,所要求的維修水平較高。
電子控制式有分立元件電路和集成電路兩種。分立式電子電路用于重合器控制始于60年代,典型的產(chǎn)品為美國Edison公司的ME型控制箱。與集成電路相比,其優(yōu)點是價格便宜,元件耐用,維修簡單;其缺點是體積大,功能少,插件多,選擇范圍窄,調(diào)整不便,可靠性較差。以集成電路為基礎(chǔ)的微機(jī)控制于80年代初與SF6氣體同時應(yīng)用于重合器,其典型產(chǎn)品為ESB型和PMR型重合器。重合器控制所用微機(jī)為單片機(jī),其主要優(yōu)點是體積小,功能強(qiáng)。重合器的分閘電流、重合次數(shù)、操作順序、分閘時延、重合間隔、復(fù)位時間等特性的整定,都可簡單地在控制箱上通過微動開關(guān)予以整定,使用極為方便。這類重合器正常運(yùn)行時,套管CT的檢測信號經(jīng)過隔離變壓器變換為分別反映各相和中性點電流狀態(tài)的模擬量信號,再經(jīng)整流、濾波后進(jìn)入微處理機(jī)。微處理機(jī)將模擬量變?yōu)閿?shù)字量,并在程序控制下將這些輸入量輪流與快分電流、反時限時間、接地動作值等整定值逐一比較。當(dāng)輸入的檢測值超過整定值時,微機(jī)暫停檢測,啟動電路接通工作電源,進(jìn)入操作狀態(tài),按整定的操作順序發(fā)出分閘信號和重合信號。線路故障消除或重合器進(jìn)入閉鎖狀態(tài)后,電路又自動切除工作電源,進(jìn)入正常檢測狀態(tài)。
按滅弧介質(zhì)分,重合器分為油、真空、SF6三類。油重合器均為多油式,運(yùn)行歷史最長。其滅弧室結(jié)構(gòu)有單斷口和雙斷口兩種,一般采用液壓控制。典型產(chǎn)品為OYT型和RX型重合器。油重合器有兩個固有缺點:(1)因油屬非自恢復(fù)絕緣介質(zhì),故其維護(hù)較頻繁,至少三年需換油、檢修一次,(2)有火災(zāi)危險。其它優(yōu)缺點與前述液壓控制式相似。
真空滅弧室于60年代用于重合器設(shè)計,典型產(chǎn)品為KFE型重合器。它將真空泡置于油箱“中,以便用于戶外;并采用電子控制。真空滅弧室的優(yōu)點是開斷壽命長,無需檢修,無火災(zāi)危險。但KFE型重合器采用油絕緣后,便失去了后兩個優(yōu)點。此外,它并未解決真空滅弧室易截流導(dǎo)致過電壓問題和滑相問題。
電子控制SF6重合器是80年代發(fā)展起來的新技術(shù),它集旋弧式SF6滅弧原理和微機(jī)技術(shù)的優(yōu)點為一體,反映了當(dāng)前高壓電器領(lǐng)域中強(qiáng)弱電結(jié)合的發(fā)展趨勢。旋弧式SF6滅弧原理可由兩種結(jié)構(gòu)實現(xiàn),一是插入式,變開距;一是刀閘式,定開距。國外SF6重合器均采用后者。它的旋弧線圈繞在一金屬弧環(huán)上,靜觸頭位于弧環(huán)中心,動觸頭沿弧環(huán)徑向轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)軸與旋弧線圈一端相連。大電流下動、靜觸頭分離時產(chǎn)生電弧,動觸頭轉(zhuǎn)至弧環(huán)瞬間,電弧將旋弧線圈接人導(dǎo)電回路。線圈產(chǎn)生的磁場方向與弧校成直角關(guān)系。根據(jù)費來明定律,弧柱在磁場作用下,以靜觸頭為軸心,沿弧環(huán)切向高速旋轉(zhuǎn),使電弧不斷與未來電離的冷SF6氣體接觸。以氣體電離方式釋放弧柱能量,降低弧柱溫度,以便在電弧電流第一次過零時即熄弧。
2、應(yīng)用
國外使用重合器已有近50年歷史。一般將其用在變電所內(nèi)作為配電線路的出線保護(hù)設(shè)備,或用在配電線路中部和重要分支線入口作為線路分段保護(hù)設(shè)備。在不同使用場合中,重合器可能需同熔斷器、分段器、斷路器或其它重合器配合使用。保護(hù)配合是重合器應(yīng)用中的一個關(guān)鍵問題。因篇幅所限,此處不作詳述。
3、重合器優(yōu)點
據(jù)國外運(yùn)行經(jīng)驗,在配電網(wǎng)絡(luò)中使用重合器具有以下優(yōu)點:
節(jié)省變電站綜合投資
由于重合器有自具功能,可裝在戶外柱上,無需附加控制和操動裝置,可省去操作電源和繼電保護(hù)屏,也不必修建配電間,故占地小,土建費用低。
提高重合閘成功率
采用重合器并適當(dāng)選擇多次重合(最多3次)方案后,可極大提高重合閘成功率,有效減少線路非故障停電次數(shù)。
縮小故障停電范圍
若無線路分段設(shè)備,則線路任一點發(fā)生故障都將造成整條出線全部停電,但線路分段設(shè)備同出線開關(guān)的配合很重要。變電站采用重合器后,便于與分段器、熔斷器或重合器等其它線路開關(guān)設(shè)備配合使用,有效地隔離故障線路區(qū)段,將因線路末端或分文線故障造成的停電范圍限制在最小程度。
提高運(yùn)行自動化程度
重合器可自動執(zhí)行預(yù)先整定的各種多次重合操作順序,無需人力過多于預(yù)。此外,許多重合器都配有運(yùn)動裝置,可接收遙控信號,適應(yīng)變電站集中遙控、遠(yuǎn)方操作的要求。這不僅提高了運(yùn)行自動化程度,也為變電站無人、少人值班創(chuàng)造了條件。
維護(hù)工作量小
SF6重合器、真空重合器的使用壽命長,維護(hù)工作量小不難理解。即使油重合器,通常也可做到操作100次或運(yùn)行3年檢修一次,比同容量少油斷路器的不檢修周期要長。由于現(xiàn)場的檢修條件和檢修水平有限,許多開關(guān)事故往往發(fā)生在檢修之后,故減少維修次數(shù),延長不檢修周期,不僅可減少運(yùn)行人員工作量,而且可提高設(shè)備可靠性。
我國在重合器技術(shù)方面剛剛起步,運(yùn)行和制造經(jīng)驗都很少。在原水電部農(nóng)電司、生產(chǎn)司和中國電機(jī)工程學(xué)會農(nóng)電專委會的組織下,國內(nèi)許多單位已在重合器技術(shù)的推廣應(yīng)用方面做了大量工作,其基本思想是在農(nóng)村模式變電站中和中小城市10kV線路上大量推廣重合器,以充分發(fā)揮重合器的上述優(yōu)點。僅以農(nóng)電為例,據(jù)初步估算,采用國產(chǎn)化重合器后,新建農(nóng)村變電站可較傳統(tǒng)建站方案節(jié)省一次性投資40%以上。若計及降低運(yùn)行費用,提高供電可靠性,減輕人員工作強(qiáng)度等因素,效益將會更高。因此,許多運(yùn)行和制造部門對此技術(shù)反映積極。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前國內(nèi)已有近10家工廠開始研制重合器。
4、重合器缺點
為慎重穩(wěn)妥推廣這一技術(shù)設(shè)備,尚有以下問題需要研究解決
1.對單相接地故障的處理;
2.多次重合是否合適;
3.與定時限后備保護(hù)的配合;
4.線路重合器的過負(fù)荷問題;
5.城網(wǎng)如何采用重合器;
6.制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量問題;
7.價格問題。
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