摘要：该文探讨了真空永磁重合器的优良性能及特点，阐述了它与分段器的配合使用及其在农村配电网中的应用前景，说明真空永磁重合器的应用具有较好的经济效益和社会效益。
关键词：真空永磁重合器；农村配电网；分段器
中图分类号：TM561.2 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)04-0056-03
近几年，城乡电网进行了大规模的技术改造和更新，应用了新型的配电设备、综合自动化和调度自动化设备、自动控制测量装置等，但这些设备大多数仅限于在变电站和调度室中采用；而在农村配电网，由于线路架设时间较早，供电半径长、技术水平低、设备老化严重、安全可靠性差、线路损耗大。为了改变这一现状，国家电网公司颁布了《国家电网公司系统县城电网建设与改造技术导则》。导则要求，在县级电网建设改造中需选用技术水平较高而运行可靠的一次设备，设备选择应注重小型化、无油化、自动化、免维护、少维修，并要有与自动化系统的接口。为此，莒南供电公司选择了北京科锐配电自动化股份有限公司作为合作伙伴，共同研究农村配电网真空永磁重合器的应用，为提高农村电网的设备水平和自动化水平先走一步。
重合器是用于配电系统的智能化开关设备，具有控制和保护功能。它可以自动检测过电流，按预先确定的分断-重合操作顺序和间隔时间，开断短路电流，并自动重合恢复供电；若遇永久性故障，则重合器完成预定操作顺序后，闭锁于分段位置，将故障区与主系统隔离。重合器在开断性能上与普通断路器相似，但比普通断路器有多次重合闸的功能，在保护控制特性方面，比断路器的“智能”高得多，能自身完成故障检测，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。在线路发生短路故障时，可自动进行多次开断和重合操作，因而能显著提高供电的可靠性。
重合器自引入中国以来，得到了广泛的推广应用，特别是近些年来，由于科学的发展和技术的进步，一些配网自动化厂家加大了对重合器的研发力度，国产重合器的各项性能指标都日益接近甚至超过国外厂家。目前重合器正以其独特的优点被逐步应用于城市配电网及农村变电站，集开关、控制、保护、监控于一体，成为当前和今后一个时期内配电自动化首选的智能化设备。
1 真空永磁重合器的优良性能及特点
20世纪80年代初，国内开始引进具有安全性好、无污染等特点的真空开关，至90年代中后期，真空开关设备已被配电系统广泛采用。但是真空断路器的分合闸需要由操动机构实现，传统的操动机构体积大、能耗大、可靠性差。据统计资料，开关设备故障的70%～80%是由操动机构故障引起的，因此操动机构是制约我国真空开关运行可靠性的瓶颈。
永磁操作机构的应用正好可以解决真空开关运行的可靠性。永磁操动机构是一种将永磁体和电磁机构相结合的新型操动机构，具有结构简单、动作可靠、取用的操作能量小、保持状态无需外部能量、寿命长等多项特点。它可以减少操作能量70%，提高操作寿命3～5倍，可做到15年不检修，并具有体积小、重量轻的优点，是传统真空开关的更新换代产品。正是由于具有永磁操动机构的真空开关可靠性更高，使用寿命更长，大大减少了故障停电时间和计划停电时间，提高了供电可靠性，减少了因电力设施检修停电造成的对经济建设、社会活动和人民生活的影响和经济损失，所以说对农村配电网真空永磁重合器应用技术的研究具有较好的经济效益和社会效益。在国内，永磁操动机构以其结构简单、可靠性高、能耗小、结构新颖而引起众多企业的关注，很多企业都加入到对真空永磁重合器应用技术的研究领域。但是对于永磁重合器应用在农村配电网上的研究，目前国内仍处于初级阶段。
莒南供电公司与北京科锐配电自动化股份有限公司经过一年多的共同努力，成功进行了“农村配电网真空永磁重合器应用技术的研究”。该系统采用了真空永磁开关与智能控制器相结合的工作方式，真空永磁开关具有结构简单、动作可靠、取用的操作能量小、保持状态无需外部能量、寿命长、免维护的特点。它与智能控制器结合工作时，能在配电网短路故障发生后，开断故障电流，并根据设定要求进行一次或多次重合闸，其它相邻开关，根据对电流和电压的监视，分别延时进行分闸或合闸操作，以隔离故障及转移和恢复非故障区域的供电。因此该系统对提高供电设备运行的安全性和可靠性，提高供电系统的技术水平和管理水平，降低配电网的运行和维护费用，具有积极作用。
1.1 真空永磁开关结构特点与性能参数
真空灭弧室：独特的触头形状，改进了电流开断时的真空灭弧室的磁场分布，使阴极斑点分布更加均匀，从而有效避免了积聚型电弧的出现，截流值小，开断性能更可靠。取消了传统灭弧室中的屏蔽罩，并将传统的波纹管移至真空灭弧室外，外部采用复合绝缘来保证其绝缘性，从而使灭弧室的体积更小。
单稳态永磁操动机构：永磁操动机构是一种将永磁体和电磁机构有机结合的新型操动机构，在本产品中采用了单线圈控制的单稳态永磁操动机构，使得整体结构更简单、性能更可靠。
箱体：箱体结构在整体上采用耐腐蚀的铝合金材料加工而成，表面经化学氧化处理后喷涂聚胺脂漆，能够在户外严酷条件下安全运行20年。箱体中抽真空后充以零表压的惰性气体，可完全避免凝露问题。
设计；开关本体及保护TA完全密封于箱体中；保护TA精度高，达到10P20，选用进口环氧树脂加工出线套管，爬距达到35 mm/kV。
1.2 智能重合控制器的特点
保护和重合闸具，有快慢速三段式电流保护与多次重合闸功能。
通用FTU功能，可测量线路的电流、电压、零序电流、三次谐波、五次谐波、有功功率、无功功率、功率因数、系统频率、电能脉冲计数等电力参数；实时监测开关的状态及检测开关线路的过流故障状态并记录；最多可存储30个事件记录；具有标准通信接口，支持通用远动协议，实现遥控、遥测、遥信及参数的远方设定和调整。
其它特点：内设后备电池，具备UPS功能，交流失电后仍能维持24 h的正常工作；液晶汉字显示、当地键盘操作和面板，方便本地调试和维护。
2 真空永磁重合器与分段器的配合使用
统计资料表明，在10 kV架空配电系统中，有95%以上的故障是瞬时故障。重合器与断路器、分段器和跌落式熔断器配合使用，就能避免瞬时故障造成的停电事故，又能及时切断永久性故障点，能大大提高10 kV配电网的供电可靠性。为此，莒南配电网采用了真空永磁重合器和分段器配合使用的方式，运行一年多来，性能稳定，可靠性高，不仅很好的完成了国家电网公司提出的供电可靠性指标，而且节约了今后用于这方面的大量重复投资和检修维护费用，取得了良好的经济效益和社会效益。
2.1 自动分段器功能及原理
自动分段器是一种能够记忆线路故障电流出现的次数，并在达到其整定的次数后，在无电流情况下自动分闸并闭锁，且具有开断负荷电流能力的开关设备，它主要由切除负荷的灭弧室和隔离刀闸及控制器组成。分段器配合重合器使用，在达到整定次数或延时分闸时间后在无电流下自动分闸和复位，但不具备电流-时间特性。一般安装在10 kV配电网的分支点或规定的分段点，和安装在电源侧的重合器串联运行。根据对故障判定采样的参数不同，分段器可分为“电压-时间式”和“过电流脉冲计数式”，过电流脉冲记数式分段器的控制器也具有躲涌流功能。
2.2 重合器与分段器的配合使用
重合器与“过电流脉冲计数式”分段器配合时，分段器应选择合适的启动电流值，防止少记或误记。所以，在配合上，重合器必须能检测到并能动作于分段器保护范围内的最小故障电流。此外，分段器的记忆次数至少必须比后备保护闭锁前的分闸次数少一次，而记数的记忆时间(或延时分闸时间)必须大于重合器累积故障开断的时间。
重合器与“电压-时间式”分段器的配合主要是重合器的重合时间间隔和各分段器延时合、分闸的时间之间的巧妙配合。
当分段器保护范围内的线路出现过流或短路永久性故障时，其控制器可记忆后备保护开断故障电流的次数(或在后备保护开断故障电流后延时分闸)，并在达到整定的记忆次数时(或达到延时分闸时间后)，分段器在故障电流开断0.1 s后自动分闸闭锁，隔离故障线路，使重合器成功重合于其它非故障线路。若是瞬时性故障，重合器经几次重合成功，此时重合器的开断次数(或累积开断故障的时间)尚未达到分段器的控制器整定分闸次数(或延时分闸时间)，则分段器的控制器在记忆时间后自动复位，清除以上记数。
莒南配电网多为辐射性树状结构，根据辐射性树状配电网的结构特点，宜采用“过电流脉冲计数式”分段器配合重合器进行故障的定位、隔离和恢复非故障线路的供电。基本原理如图1所示。
图1 重合器与分段器配合使用原理图
假定永久性故障发生在A处，当故障电流大于FD1和CH1的最小启动电流时，CH1动作，FD1对CH1的动作次数进行计数，当达到FD1的整定次数时，在故障电流被CH1切除0.1 s后，FD1由于控制器发出命令而自动分闸，将故障线路分离出去，CH1再次重合则成功。
若FD1记忆CH1的动作的次数未达到整定次数时，故障已消除，则FD1在预先整定的复位时间内自动复位，FD1仍处于合闸状态。
假定永久性故障发生在B点，由于设定FD4的启动值小于CH2的启动电流值，而CH2的启动电流值小于CH1的启动电流值，CH2的重合间隔小于CH1的重合间隔，CH1检测到故障电流后整定的动作时间比CH2延迟一些，则CH2动作，由FD4记忆CH2的动作次数，在达到整定次数时，在故障电流被CH2切除0.1 s后，FD4控制器发出分闸命令而自动分闸，将FD4以后的故障线路分离出去。
若FD4记忆CH2的动作次数未达到其整定次数时故障已消除，则FD4在预先整定的复位时间内自动复位，FD4仍处于合闸状态。
3 真空永磁重合器在农村配电网中的应用前景
随着城乡一体化进程的发展，城乡的功能作用正日渐趋同，农村地区对供电可靠性的要求及配网自动化水平的要求也会越来越高。真空永磁重合器在农村配电网的广泛使用，对县级供电企业具有特别重要的意义。
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