重合器：提高配电系统可靠性的关键

1.概述

重合器是一种自动化程度很高的设备，它可自动检测通过重合器主回路的电流，当确定是故障电流后，持续一定时间按反时限保护自动断开故障电流，并可根据要求进行多次自动重合，向线路恢复送电。如果故障是瞬时性的，重合器重合后线路恢复正常供电；如果故障是永久性故障，重合器按预先整定的重合闸次数（通常为3次）进行重合，确认线路故障为永久性故障，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（当用分段器配合时，由分段器隔离故障）。

重合器的开断性能与普通断路器相似，但它比普通断路器更具有“智能化”。它能自动进行故障检测，判断电流性质，执行开合功能，并能恢复初始状态，记忆动作次数，完成合闸闭锁等。即具有自动功能、保护功能和控制功能，并且无附加操作装置，适合于户外各种安装方式。重合器的应用大大提高了供电的可靠性。

重合器自20世纪30年代末诞生以来，由于其性能优越，得到了不断地改进和发展。在美国三相重合器使用电压已发展到69kV，开断短路电流可达8000A，连续工作电流为50～560A。由于重合器是断路器、继电保护装置及操动机构的组合，这就为变电站向户外式、小型化发展奠定了良好的基础。

重合器由两部分组成，即消弧部分与控制部分。消弧部分的功能是开断故障电流。消弧介质已由油消弧发展到真空或SF6气体消弧。控制部分主要包括：选定或调整最小跳闸电流；选定和调整动作特性；记忆重合次数。若在选定次数内（一般为3～4次）重合闸不成功即自行闭锁，若在某次重合成功，经过一定时间记忆消失，自动恢复原始状态，下次发生故障时又能按预选次数重新动作。

2.重合器的类型及结构

重合器按相数可分为单相与三相；按灭弧绝缘介质可分为油重合器、真空重合器及SF6重合器；按控制方式不同重合器又可分为液压控制式和电子控制式，其中电子控制重合器的电子控制箱与重合器分开设置，两者用多芯电缆相连，控制部件是通用的；按结构可分为分布式结构和整体式结构，整体式结构是采用了高压合闸线圈，操作电源由线路提供，操动机构全部密封在绝缘箱体内，电弧依靠油熄灭，油中出现电弧，对产品运行的可靠性和使用寿命有一定的影响。分布式真空重合器采取了扬长避短的设计原则，采用先进的户外真空断路器，低压合闸电源，断路器本体设计合理，组装灵活、方便。

重合器的外形像一台油开关，如图2-26和图2-27所示。其安装方式有装于线路的电线杆上、变电所的构架上、变电所的混凝土基础上这3种。在现场维修时，不需要特殊工具和起吊设备，便于安装和维护。

图2-26　单相液压控制的重合器结构

1—吊环；2—铭牌；3—防雨帽；4—操作杆；5—避雷器；6—分闸线圈；7—隔弧板；8—动触杆；9—断路器灭弧室；10—绝缘支持棒；11—液压泵油塞；12—环形垫片；13—手动把手；14—计数器；15—线夹

图2-27　三相液压控制的重合器结构

1—线夹；2—防雨帽；3—操作杆；4—分闸线圈；5—断路器；6—定时孔（调整重合时间）；7—合闸线圈；8—动触头；9—合闸接触器；10—熔丝；11—延时装置；12—引线端口；13—瓷套管

3.重合器的性能

（1）过电流灵敏度高。当网络发生故障跳闸后能自动重合，其连续动作次数可以调整为1、2、3、4次。一般为4次。第一、第二次为快速跳闸，动作时间小于0.03～0.04s。这种快速跳闸使系统设备减少损坏，然后经时间间隔1～1.5s后再次重合，若故障仍未消除，第三、第四次延时跳闸，其延时间隔均为0.14s，这种延时目的是便于与其他保护设备配合，如分段器、跌落式熔断器等。

表2-1　重合器的自动重合成功率

重合器第四次跳闸后即自动闭锁，将故障线路切断，继续维持网络其他部分运行。要恢复送电，须待排除故障后才能手动合闸。

配电系统故障约有95%为瞬时性故障，所以重合器重合成功的概率是很高的。表2-1所示为对1000次故障自动重合器重合成功率的统计资料。

（2）自动复位。重合器动作合闸后若故障消失，重合成功，重合器经过很短时间会自动恢复原始状态，准备下一次发生故障时又能按预定次数重新动作。

（3）自我控制性能。重合器不需要外加电源和辅助装置能自行完成过流保护的性能。

（4）可调特性。更换跳闸线圈即可改变最小跳闸电流值。若是电子控制的重合器，不用打开油箱即可在控制板上调换插件选择特性曲线、最小跳闸值、重复时间间隔及恢复时间。

4.ESR型电子控制重合器

ESR型重合器作为一种新的产品，其主要特点为：①性能可靠，在国内运行多年，未发生过因控制器所导致的事故及不正常运行；②采用了高压合闸线圈，直接从电源10kV获取合闸能源，尤其是户外线路上采用时更为方便。绝缘及灭弧介质采用SF6气体，体积小，重量轻。

重合器的控制采用了计算机控制系统，具有0.5%～95%接地故障电流，5%～225%额定电流（相间故障）的调整范围，可适合不同条件下的使用，有4次快、慢或快慢组合的操作顺序，有17条安—秒特性曲线，满足上下级保护的配合，有较宽的重合闸间隔时间、复位时间、接地故障延时时间的调整。具有远控、手控、就地操作等功能。采用SF6气体绝缘，彻底消除了常规油的作用。开断性能好，不会产生截流现象。ESR型重合器可分为3个主要部件：

（1）机构及灭弧室导电部分，固定在上盖端。

（2）下罐与上盖构成密封，罐内充有SF6气体作为灭弧和绝缘介质。

（3）电子控制部分是执行和控制重合器的核心，有安—秒特性曲线簇，操作顺序，重合闸间隔，复位时间，动作电流值调整。接地故障投入、远控等均由控制器来完成。(www.xing528.com)

它是一个密封体，见图2-28，下部为一无缝钢罐，上部为一个平坦的盖板，板上装有环氧树脂绝缘的三相进、出引线、操动机构和彼此分离的三相组件。每相组件包括动、静触头、旋弧装置和绝缘支持件。触头形式为单断口、闸刀式。触指系统靠弹簧加压，动、静触头端部为耐弧材料。

罐内SF6气体在20℃时为3.5×105Pa表压。罐内构架上的涤纶小袋内装有分子筛，以吸附罐内潮气和与电弧作用后的SF6分解物。

图2-28　ESR型重合器断面

1—瓷套；2—导电杆；3—上盖；4—固定环；5—箱体；6—转轴；7—绝缘隔板；8—静触头；9—动触头；10、11—动触头支撑架；12—线圈；13—支撑架；14、15—绝缘架；16—机构；17—密封垫；18—互感器；19—连杆；20—充放气阀；21—手动操作轴；22—护盖；23—机构轴连板

盖板上三相进、出线的环氧树脂外部套有瓷罩。三相时线瓷套管下部各配有一个铁盒，其内装有供接地故障和过电流保护用的电流互感器。

它的控制箱是钢制密封，直接装在顶盖下，箱中有继电器、电池和舌簧接点，以单板微处理机式电子继电器系统作为控制和保护装置。继电器系统由三相电流互感器（TA）测出的电流连续不断地反映线路的电流，并按整定好的操作顺序对线路的各类故障作出反应。但除了线路故障时可自动分合外，也可以就地或远方进行手动操作。远方操作是一套供选用的电动系统。

5.PMR型SF6重合器

PMR型SF6重合器其原理完全与ESR型重合器相同，该重合器的优点是机构比ESR要简单得多，以SF6气体作为灭弧和绝缘介质，利用旋弧原理设计断路器。以计算机技术实现数据信号采集和控制。操作触头及机构系统同ESR一样，均密封在SF6气体容器中。

PMR型自动重合器主要由以下几个部分组成：

（1）上端盖，用来安装绝缘套管，旋弧灭弧室，开断灭弧室和电磁铁闭合线圈机构。

（2）主容器，用来安装灭弧室及操作机构，并充有SF6气体。

（3）户外型的控制箱，其内装微机型控制板及蓄电池，可根据安装的需要整体或分体组装。

（4）操作机构是一种利用电磁能量进行单次闭合的机构。高压电磁合闸线圈跨接于输入电源的任意两相。在合闸过程中，分闸弹簧储能并利用脱扣机构扣住，当微型计算机发出跳闸指示时，另外一个小型跳闸电磁线圈便会把脱扣机构打开，重合器继而跳闸。

（5）控制器，是一个用计算机控制的电子继电器。它没有绝缘油计数器的弊端，即受温度变化而改变其延时准确性。控制组件可以提供选择和调整重合闭锁前的重合闸次数及其延时装置。

6.ZCW型分布式重合器

ZCW型分布式重合器由开关本体和箱盖部分组成，如图2-29所示。

图2-29　ZCW—12/630—12.5型分布式重合器（消弧部分和控制部分）

（1）开关本体部分。三相开关用真空开关管分别固定在绝缘框架上，由一根主轴与机构相连接，对称性和稳定性好，与外部连接采用插接方式，插接触头采用梅花触指，与箱盖连接采用对角定位方法，使插接部分保持接触良好。

（2）箱盖部分。作为外部进出线连接之用，由6只绝缘套管支撑，并附有0.5级（B级）保护电流互感器，其变比为200～630/5/1，以作为常规保护或重合器保护，根据用户需要配备0.2级计量电流互感器。

（3）操作机构采用弹簧储能机构，合闸、分闸能量小，具备快速重合闸要求，动作性能可靠，维护检修比较方便，机构除具有手动、电动远方合分闸控制功能外，根据用户需要还可以配备过流脱扣功能，应用灵活。

断路器开断电流能力为12.5kA，开断次数满容量连续开断30次，额定电流为630A，机械寿命为10000次；控制部分利用了全套进口的重合器控制装置，配置了外部接口板。控制器检测信号由断路器的三相电流互感器中引入，由控制器实现对信号自动检测、处理、保护控制等功能。

分布式重合器采用了低压合闸机构，与常规重合器相比，具有以下几个方面优点：

（1）使操作机构与本体高压电源分离，大大方便了设备的安装、调试及运行维护，避免了因机构或部件损坏导致重合器不能运行的问题。

（2）提高了设备的绝缘水平及可靠性。由于高压辅助开关需开断线圈电流，辅助开关不具备灭弧装置，完全依靠重合器中的油或气体灭弧。取消了高压合闸线圈，同时取消了两对高压辅助开关。

（3）调试方便，避免了采用高压电源调试的复杂性和危险性，可直接用低压电源操作，安全简单。

（4）保护功能大大增强，各种特定参数设定方便、灵活，可以在运行条件下更改，不再需要将重合器停电解体后进行。

（5）能方便地实现远方控制，可用RTU实现无人值守变电站，便于远方监控和操作。