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第五讲 断路器的短路关合和其它类型的开断 短路关合 断路器的额定短路关合电流（幅值）等于断路器的额定短路开断电流（有效值）的2.5倍，对我们的产品，额定短路关合电流是100kA。 断路器的下游线路和设备由于绝缘损坏，当断路器合闸时就会造成系统短路，这就要求断路器具有足够的关合能力，一定要让断路器关合到底，让上游的断路器跳闸来开断短路。千万不能出现这种情况：操作机构的合闸功不够，断路器的动触头处在既不能前进又不能后退的僵持状态，此时由于灭弧室内发生预击穿而产生短路电流，电弧持续燃烧将导致断路器爆炸。此外，自能式灭弧室在合闸操作时辅助气室有一个回气过程，只有在合闸到底后才能回气充分，才能保证断路器的开断能力。 以前我们讲过，当断路器处在运行状态时发生短路，继电保护命令断路器进行自动重合闸（分—0.3秒—合）操作。如果是由于雷击而造成架空输电线路短路，在0.3秒的无电流休止时间内，架空线路的绝缘自行恢复，断路器合闸时已没有短路存在，此时合闸成功，这种几率占70%。但如果下游线路是永久性故障，断路器就要关合短路电流。 在第四讲中讲到的T100s试验中，就包括“合分”操作。如果此时的合闸电流达到了要求值，就认为短路关合试验有效。但该试验中的合闸时刻是随机性的，不一定能达到所要求的合闸电流值，此时就需要进行单独的关合试验。 近区故障 对用于额定电压72.5kV及以上，额定短路电流大于12.5kA，直接与架空输电线连接的断路器，要求具有近区故障开断性能。 近区故障的电路图和等值电路见图1.由于架空线路有其线路电感L1和对地电容C1，在断路器的出口处（图1b中的B点）与短路点之间构成均匀分布的LC回路。短路点离断路器越远，线路阻抗就越大。 图1 断路器开断近区故障时，由于短路回路中有线路阻抗，所以近区故障时的短路电流肯定小于额定短路开断电流。 开断近区故障的难点在于断口间的瞬态恢复TRV的起始部分上升陡度很大，要求弧隙的绝缘恢复强度在电流过零后更快的提高，以免电弧发生重燃。 开断近区故障时，断口间TRV起始部分上升陡度很大的原因是：在断路器CB电弧熄灭以后，由于上述LC回路振荡形成波反射, B点的电压ub呈锯齿波变化（见图2）。电源侧的电压uA的变化曲线见图3。断口间（AB点之间）的电压utr=uA+uB，其变化曲线见图4。这种故障在数公里（0.5~8km）内最严重，所以叫做近区故障。 图2 图3 图4 GB1984-2003规定近区故障做L90、L75和L60档，断口间的TRV在该标准的附录A中给出。试验方式为“分—0.3秒—合分—180秒—合分”，单极试验。 失步故障 作为电力系统联络用的断路器会遇到失步故障问题。如图5所示的两台发电机，如果一台是水轮发电机，另一台是汽轮发电机，两台发电机必须同步才能并网运行，也就是说两者的相位、频率和电压等参数必须一致。如果水轮发电机发生短路故障或负荷突变，将使它与汽轮发电机异步，也就是说它的相位与后者不一致。此时，继电保护将命令断路器跳闸，否则将烧坏发电机，导致严重后果。跳闸的这台断路器就是开断失步故障。 图5 断路器开断失步故障时具有下列特点（GB1984—2003的规定） （1）由于两台发电机的连接线路上有阻抗，因此失步故障的开断电流比额定短路开断电流小，大约为其25%左右。 （2）工频恢复电压高，对额定电压126kV，在中性点不接地系统中首开极系数为2.5（对126kV，为182kV）。 （3）瞬态恢复电压TRV的峰值（uc）高，对额定电压126kV，在中性点不接地系统中，uc=321kV。 在断路器开断失步故障时，虽然开断电流不太大，但工频恢复电压和瞬态恢复电压的幅值高，容易发生熄弧后的重击穿，这与出线端短路不同。它也与近区故障开断不同，它的TRV上升陡度并不大。 标准规定，失步故障开断试验只做单分，试3次，允许单相试验。 开合空载输电线路 包括开合空载架空线路和开合空载电缆线路两种情况。它们都不是短路开断，而是一种负荷开断。它们的麻烦是：如果断路器发生重击穿，将产生很高的操作过电压。 空载输电线路的单相简化电路见图6. 空载架空线路和空载电缆线路都可以看成是沿线路均匀分布的L—C回路。它与近区故障的不同点是线路上并没有发生短路。 图6 对额定电压126KV，架空输电线每相每公里的电容电流是0.185A，电缆输电线的电容电流更大，比架空线大20多倍。 我们知道，电感中电流不能发生突变，电容上的电压不能发生突变。因此，在关合和开断空载输电线路时，都会在L—c回路中产生振荡，并以电磁波的形式在输电线路上来回反射传递。 关合空载输电线路的操作发生在下列两种情况： 空载输电线路的正常投运时； 对空载架空线路而言，在断路器进行自动重合闸