高压断路器开断能力的几个问题的探讨

高压断路器开断能力的几个问题的探讨
高压断路器（或称高压开关）是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性，当系统正常运行时，它能切断和接通线路及各中电气设备的空载和负载电流；当
系统发生故障时，它各继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围。

高压断路器的开断能力尤为重要，在校核断路器的断流能力时，应用开断电
流代替断流容量。

一般取断路器的实际开断时间的短路电流作为校验条件。

一、首相开断系数三相断路器在开断短路故障时，由于动作的不同期性，
首相开断的断口触头间所承受的工频恢复电压将要增高。

增高的数值用首相开断
系数来表征。

在对三相断路器进行单相试验时，应将其工频恢复电压乘以此系数，以反映实际的开断情况。

首相开断系数是指三相系统当两相短路时，在断路器安装处的完好相对另二
相间的工频电压与短路去掉后在同一处获得的相对中性点电压之比。

分析系统中
经常发生的各种短路形式，第一开断相的断口间工频恢复电压，中性点不接地系
统者多为1.5倍相电压；中性间接地系统者多为1.3倍相电压。

因此，在中性点
直接地或经小电阻抗接地的系统中，选择断路器时，应取首相开断系数的1.3
的额定开流；在110KV及以下的中性点非直接地的系统中，则首相开断系统为
1.5的额定开断电流。

二、重合闸装有自动重合闸装置的断路器，应考虑重合闸对额定开断电流
的影响。

我国近期生产的新系列产品，均已按断路器标准通过额定操作循环的开
断电流。

对于按自动重合闸操作循环“分-θ-合分-t-合分”（θ为无电流间隔
时间，110KV及以上θ为0.3S，110KV以下为0.3~0.5S；t为180S）完成试验
的断路器，不必再因为重合闸面降低其断流的能力。

如果要求断路器需要具备二次快速重合的能力，则应按述操作循环与制造部
门协商；分-θ-合分-t1-合分-t3-合分- t1合分其中t1为15S，t2为自定值，
例如60S以上。

早期生产的仿苏多油断路器，多数在重合情况下，断流容量降低，需打一定的折扣，乘一个系数。

当无厂家资料时，可取表中的数据。

多油断路器重合闸的开断电流降低系数
三、注意产品质量的实际水平某些型式的断路器因制造质量等问题，实际
开断电流和重合闸开断电流达不到额定值。

SN4-10(G)和SN4-20型断路器，铭牌
标定的开断电流分别是105KA和87KA。

但因1975年试验，产品全部不合格，
1979年水电部提出均暂按58KA限额选用。

超过限额时可试用以下措施：（1）规
定适当的运行方式；（2）厂用分支回路加装限流电抗器；（3）分级跳闸。

先使
系统分裂，切除部分短路电流，然后再跳本断路器；（4）选择性跳闸，即由其
他回路跳闸，随即灭磁停机；（5）将断路器改做负荷开关用，停用保护跳闸。

DW8-35型断路器质量过去存在的问题较多，应选改进后的产品，注意技术性
能改善后的水平，或采用其他断路器代替。

因此，在选择时应注意断路器当时达
到的实际水平，以有关部门提供或核准的数据为准。

四、非周期分量问题短路点发生在下列地点，可直接用短路电流的周期分
量与的断路器的开断电流相比较，来选择断路器，不必考虑非周期分量的影响：
远离发电厂的变电所二次电压主母线；配电网中变电所主母线；低速开断
12000KW以下发电机出口和非周期分量衰减时间Tf<0.1S之外。

在采用高速开断
断路器的地点和靠近电源处的短路点（如12000KW及以上发电机回路、高压厂用
配电装置、发电厂及枢纽变电所的高压配电装置等），计算的非周期分量往往大
于周期分量幅值的20%，超过了各型断路器进行形式试验的条件，可能会影响断
路器的开断性能。

在此种情况下，应计算出本工程非周期分量据点地的实际比值，向制造部门咨询具体技术数据或要求做补充试验。

在耒获得产品保证参数时，亦
可考虑采用延迟分闸等其分技术措施。

当短路电流幅值（周期分量和非周期分量
的代数和）小于额定开断电流幅值时，可不必采取措施而直接选用。

五、开断音相故障的能力断路器开断单相故障比开断三相故障时要容易。

国外有的标准规定，在某一个范围内，对单相接地故障，断路器的开断能力允许
提高15%。

由于我国沿缺乏具体的试验数据，在设计中可暂按开断单相短路时，
断路器的额定开断能力不变来考虑。

六、特殊情况下的开断能力
（1）失步开断。

110KV及以上系统联络断路器应能满足失步(反相)开断条件。

当线路较短时，反相开断电流可能超过国家制造标准，此时可参考下表向制造部
门进行补充试验。

失步开断试验条件
（2）并联开断。

在一台半断路器、多角形、桥形和双断路器等的接线中，有两台断路器同时切断一个故障的可能。

在采用35KV及以上少油断路器和吹气式六氟化硫断路器时，应校验断路器的并联开断性能或要求制造部门进行补充试验。

试验时，两个断路器的电流分配应为1:9、3:7和5:5三种状况，两个断路器的分闸时差应小于3ms。

并联开断时断路器的额定开断电流不应降低。

在耒取得必要数据之前，可以通过继电保护有意加大两台并联断路器之间的开断时差（例如超过10ms，避开燃弧时间）来解决。

（3）近区故障开断、发展性故障开断和异相接地故障开断。

近区故障开断是指距离断路器数百米到数公里处发生故障时的开断，空气断路器开断近区故障的性能较差。

发展性故障高年级指断路器在切断故障灭弧过程中，接着又发生故障的一种开断形式，油断路器开断发展性故障较困难。

异相接地故障是指一个中性点非直接接地系统中的两个相上，处于断路器的内侧和外侧各产生一个单相接地时的开断，当断路器三相开断不同期时，会使开断条件较为严重。

中性点不接地，小电流接地及二线一地制系统应选用通过异相接地开断试验合格的断路器。

出现前两种故障形式开断的机率较小。

当引进设备或需要考虑这些开断时，应向制造部门咨询所迁断路器的开断性能。

参考文献：
【1】王其平，特高压SF断路器灭弧室的发展及其全场域数值分析。

西安交通大学学报，1996Vol30;
【2】徐建源，王其平。

喷口电弧二维动态数学模型及其应用。

电工技术学报，1993，8（2）；
【3】傅知兰，电力系统电气设备选择与设计。

中国电力出版社，2004.4。