浅谈关合试验技术

杨华

（中机国际（西安）技术发展有限公司陕西西安710018）

摘要：本文介绍了在电力系统中常见的关合试验类型，并以高压开关设备最常用的断路器为例，介绍了目前标准中规定的断路器额定开断电流和额定短路关合电流，总结了关合试验的试验方法、试验要求、试验方式，对主要试验参数短路关合试验前的外施电压、短路关合电流的规定要求进行介绍。

关键词：断路器关合试验合成试验

1、引言

电力系统的关合有两种类型：

（1）正常关合：指关合前线路或电气设备不存在绝缘故障的情况。

（2）短路故障的关合：指关合前线路或电气设备已存在绝缘故障，甚至处于短路状态的情况。因短路故障的关合最严重，因此，本文只讨论短路故障的关合。

2、额定短路开断电流和额定短路关合电流（峰值）

（1）额定短路开断电流

额定短路开断电流是在标准规定的使用和性能条件下，断路器所能开断的最大短路电流。

额定短路开断电流由两个值表征：

——交流分量有效值；

——直流分量百分数。

注：如果直流分量不超过20％，额定短路开断电流仅由交流分量的有效值表征。

（2）额定短路关合电流（峰值）

额定短路关合电流（峰值）：具有极间同期性的断路器的额定短路关合电流是与额定电压和额定频率相对应的额定参数。

——对于额定频率为50Hz且时间常数标准值为45ms，额定短路关合电流等于额定短路开断电流交流分量有效值的2.5倍；

——对于所有特殊工况的时间常数，额定短路关合电流等于额定短路开断电流交流分量有效值的2.7倍，与断路器的额定频率无关。

3、试验方法

以高压交流断路器为例，参考GB1984—2003《高压交流断路器》。另外，在GB1984—2003的规定的试验方式范围内，GB/T4473-2008《高压交流断路器的合成试验》给出了用合成方法试高压交流断路器款关合和开断能力的一般规则。

断路器应能关合和开断直到包括额定短路开断电流在内的所有的对称的和非对称的短路电流，如果断路器在额定电压下关合和开断10%和100%额定短路开断电流之间所规定的所有三相对称和非对称电流，则可以认为断路器的上述性能已被验证。

具有任何容性电流额定值的断路器，应能在直到规定值的电压下开合直到其额定容性开合电流的任何容性电流。这一点可以通过在规定的试验电压下断路器开合其额定容性开合电流来验证。

三相关合和开断要求，应优先在三相回路中验证。

如果试验在实验室进行，外施电压、电流、瞬态和工频恢复电压可以从一个单独的电源获得（直接试验），或者从几个电源获得，其中电流的全部或大部分从一个电源获得，而瞬态恢复电压可以全部地或部分地从一个或多个独立的电源获得（合成试验）。

在合成试验回路中，外施电压由独立的电压源提供，短路电流则由降低电压的电流回路提供。在触头间隙击穿后，借助快速关合装置，例如触发火花间隙将电流回路立刻接到断路器上。

关合前，断路器承受加于他两端的额定的相对地电压；关合期间，断路器承载额定短路电流。可分为高电压阶段、预击穿阶段、扣锁阶段。

4、试验要求

4.1主要试验参数

短路情况下，在合闸操作中，断路器的触头间隙承受GB1984—2003规定的外施电压的作用。击穿时刻后，断路器承受GB1984—2003规定的关合电流。

（1）短路关合试验前的外施电压

对于短路关合试验，外施电压应为：

a)对于三极断路器的三相试验，外施电压的平均值应不低于额定电压除以，且未经制造厂的同意不得超过该值的10%。

各极的外施电压与平均值之差不应超过5%。

b)对于三极断路器的单相试验，外施电压应不低于相对地电压值（/），且未经制造厂的同意不得超过该值的10%。

为了试验的方便，在征得制造厂同意后，允许外施电压等于相对地电压与断路器的首开极系数（1.3或1.5）的乘积。

对于可供单极重合闸操作的断路器，在随后的三极合闸操作中各触头接触之间的最大时差超过额定频率的四分之一周波时，则外施电压应等于相对地电压与断路器的首开极系数（1.3或1.5）的乘积。

c)对于单极断路器，外施电压应不低于额定电压，且未经制造厂的同意不得超过该值的10%。

进行合成试验时，可参照GB/T4473。

（2）短路关合电流

断路器关合额定短路关合电流的能力在试验方式T100s中验证。

当在电压波的任一点发生预击穿电弧时，断路器应能关合该预击穿电流。

下文所述的试验程序旨在验证断路器满足以下两项要求的能力：

a)断路器能够关合预击穿始于外施电压峰值处而产生的对称电流。该电流应为额定短路开断电流的对称分量；

b)断路器能够关合完整的非对称短路电流。该电流应为额定短路关合电流。

电压低于额定电压时，断路器应能运行，且在该电压下断路器确有可能关合完整的非对称电流。

注1：如果电流起始于外施电压峰值的±15°内，则认为短路电流是对称的。

注2：对于预击穿时间超过10ms的断路器，为满足最严酷的条件，可能需要超过两次的关合操作。

注3：合闸时，由于极间不同期，触头接触时刻可能不同，因而在一极中可能会引起更高的峰值关合电流。特别当一极中开始流过电流的时间比其它两极滞后大约1/4周波，且又没有预击穿。在这种情况下，如果断路器关合失败，则认为断路器未通过该试验方式。

4.2试验参数容许的偏差

（1）短路关合试验前的外施电压：外施电压：0～+10%；

（2）额定短路关合电流：0～+10%。

5、试验方式

（1）基本短路试验方式

基本短路试验系列应由下面规定的试验方式T10，T30，T60，T100s和T100a组成。

对于试验方式T10和T30，开断电流与规定值的偏差不应超出规定值的20%，对于试验方式T60不应超出10%。

在试验方式T100s，T100s(b)和T100a的开断电流试验中，短路电流的峰值不应超出断路器额定短路关合电流的110%。

（2）试验方式T100s

断路器关合额定短路关合电流的能力在试验方式T100s中验证。

试验方式T100s分可按标准分成关合试验和开断试验。此时，构成关合操作的部分称为T100s(a)，构成开断操作的部分称为T100s(b)。

试验方式T100s由额定操作顺序组成，其开断电流为标准规定的100%额定短路开断电流，另外，需要满足标准GB1984—2003《高压交流断路器》中的规定的瞬态和工频恢复电压、标准规定的额定短路关合电流和规定的外施电压。

对于本试验方式，开断电流的直流分量百分数不应超过交流分量的20%。

6、结语

断路器是电力系统设备中必不可少的高压开关设备，断路器在不成功自动重合闸或进行随后的不成功强送操作时，就会承受关合短路的负荷。对其进行关合试验的研究及试验，对高压电器产品的设计、研发和性能检测起着非常重要的作用。

参考文献

[1]GB1984-2003，高压交流断路器[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2004.

[2]GB/T4473-2008，高压交流断路器的合成试验[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2009.

[3]工业与民用配电设计手册[M].中国电力出版社，2005.