关键词：500 kV交流输电线路；启动调试；分合分试验；断路器；输配电工程
0 引言
分合分试验是指按照断路器的额定操作循环投切空载线路，即断路器分闸后，约0.3 s （相当于重合闸间歇时间）迅速合闸，合闸后约60 ms （相当于断路器金属短接时间）迅速分闸。该试验的目的是考核断路器的重合闸性能。
根据标准GB50150-1991[1] 第24.0.1条规定：“1 kV 以上架空电力线路的试验项目应包括冲击合闸试验”和第24.0.5 条规定“在额定电压下对架空线路的冲击合闸试验应进行3 次，合闸过程中线路绝缘不应有损坏”，空载线路的投切试验主要是考核新建线路和设备的绝缘。
在空载线路投切试验中，断路器每次投切空载线路时一般要相隔一段时间，通常被称为“单分单合”试验，并不是本文讨论的“分合分”试验，两者的试验目的和试验过程有本质的区别。按照现行规程的有关规定，在500 kV 输变电工程建设后期的启动调试中，需要对500 kV 空载线路进行至少3 次单分单合的冲击合闸试验；然而，有些地区在这项试验成功后，还要在500 kV 空载线路上进行若干次的断路器分合分试验。如果线路两端没装设合闸电阻及高压并联电抗器，在500 kV 空载线路上进行断路器分合分试验具有一定的风险性。本文根据重合闸过电压的基本理论[2-11]和一些现场实际经验证明了在特定条件下，分合分试验过电压在2～3 pu（1 pu=550 kV）之间，最后提出了规避分合分试验风险的建议。
1 分合分试验的理论分析
1.1 三相重合闸的基本理论
分合分试验存在的风险性在一般高电压技术的教科书中[2-3]作为一种“空载线路重合闸过电压”的典型实例都有论述，研究对象采用了三相重合闸工况。我国500 kV 系统目前只采用单相重合闸[8-11]，而分合分试验是在空载线路无接地故障情况下人为进行重合闸，恰好相当于三相重合闸非故障相的工况，适用于三相重合闸理论。对于线路两端没装设断路器合闸电阻，也未装设高抗的空载线路，分合分试验在理论上相当于投切电容性元件。
分合分试验在断路器第一次分闸时，全开断时刻均发生在电流过零（电压最高）的过零点（或其附近）。线路第一次分闸后，由于没有故障接地点，也没有合闸电阻和高抗，最高电压形成的残余电荷短时间内无法释放。迅速合闸时，如果恰好残余电压与电源电压极性相反，形成电压的叠加，电源电压将通过回路电感对线路电容反充电，振荡过程中最大过电压理论值为3 pu，显然超过了2 pu 的500 kV 系统设计绝缘水平（1 pu=550 2/ 3kV）。在实际试验工况中，由于存在以下实际因素，过电压水平较上述理论值有所降低：
（1）第一次分闸和重合闸之间的短暂时间内残余电荷通过线路对地电容和回路电阻存在有限的释放。
（2）重合闸时刻电源电压幅值具有随机性，不一定达到最大峰值。
（3）重合闸时刻电源电压极性具有随机性，与线路残余电压不一定反极性。
（4）线路两端配置了避雷器。
尽管计入了上述实际因素，在实际工程中有些500 kV 线路分合分试验的统计过电压计算值仍高于2 pu，有的线路高出较多，从统计概率上超过了500 kV 系统设计绝缘水平，对系统绝缘构成一定威胁。
1.2 分合分试验应注意的几个问题
（1）我国500 kV 系统只采用单相重合闸，发生接地故障时接地相重合闸动作，由于有接地点，残余电荷被有效释放，不会出现危险过电压。
然而，分合分试验是在无故障接地点的情况下对500 kV空载线路进行重合闸操作，实际运行中没有这种工况，该试验仅是为考核500 kV 断路器自身的重合闸性能，而不是考核系统实际的工况，在试验的同时也给系统带来了一定的风险。
（2）500 kV 线路两端如装断路器合闸电阻或高抗时，构成了残余电荷对地释放的回路，可有效限制重合闸过电压水平，分合分试验的风险将被有效抑制。
（3）我国500 kV 线路目前只采用单相重合闸，不使用三相重合闸。有些国家（例如日本）的500 kV 线路采用了三相重合闸，如果线路无高抗时断路器均装设了合闸电阻，也可避免无接地重合闸时（相当于分合分试验）形成危险的过电压。
（4）分合分试验的机理等同于三相重合闸，按照前述的三相重合闸过电压原理和国外的经验，当线路两端无高抗时，采用三相重合闸一般应装设合闸电阻；但在前期设计阶段，设计单位在是否装设合闸电阻的计算中只考虑我国采用的单相重合闸，三相重合闸不作为装设合闸电阻的考核条件。
2 工程现场分合分试验的实际情况
2.1 试验的依据
目前有些区域电网在进行500 kV 系统的启动试验时，不考虑是否装设线路的高抗和断路器合闸电阻，一律进行分合分试验。现行规程GB50150–1991 中规定了新建输电线路应进行单分单合试验，其目的是考核输电系统的绝缘。在工程现场进行分合分试验在GB50150–1991中并没有规定，只是在断路器相关标准中作为额定操作循环被列为实验室的型式试验。因此，在工程现场进行分合分试验的目的是考核500 kV 断路器重合闸性能，进行此类试验不是依据标准和规程，通常是根据电网调度和运行部门的要求。
2.2 分合分试验的事故情况
由于部分500 kV 线路两侧带有高抗或合闸电阻，即使没有高抗及合闸电阻，试验中重合闸时刻电源电压的幅值和极性具有随机性，处于不利条件的概率有限，因此大多数分合分试验顺利完成。然而近些年中短长度的500 kV 线路越来越多，经常不装设合闸电阻和高抗。于是分合分试验遇到不利条件的概率有所增多，出现了一些事故，主要有以下几类情况：
（1）实测的线路端部母线电压已超过2 pu，线路中部将会更高（无法实测）。
（2）线路端部的电压互感器或避雷器绝缘击穿或爆炸。
（3）断路器第二次分闸时出现重燃。
虽然对这些事故的原因分析存在不同观点，但这些事故都是在分合分试验中发生的，而在单分单合试验中均未发生此类事故。表明这些事故与分合分试验密切相关。
2.3 实际算例
2.3.1 线路参数和系统条件
本文采用典型杆塔结构模型，线路参数的微小差别对计算结果没有明显影响，线路的正序参数如表1 所示。试验前其T 站侧500 kV 母线电压取为550 kV。
2.3.2 分合分操作过电压计算条件
操作次数取为100次，线路分为6段，每段长22 km，沿线共设了7 个测点。计算时记下每次操作所得三相过电压中的最高值进行统计，其中出现概率为2%的过电压即为U2%。断路器均未装设合闸电阻，三相合闸时差不大于5 ms。分合分操作时，开关金属短接时间取60 ms，无电流休止时间为0.3 s。电网中金属氧化物避雷器的配置和参数如表2所示。
注：Io 为避雷器的通流容量。
统计操作过电压为出现概率为2%以下的相对地过电压，该值不宜超过2.0 pu。
2.3.3 分合分操作过电压计算结果
T 站侧分合分断路器时，沿线2%统计操作过电压U2%、沿线最大操作过电压及避雷器消耗能量最大值如表3～5所示。
2.3.4 计算结果分析
（1）在分合分500 kV 线路操作中，2%统计操作过电压首末端不超过1.70 pu，沿线2%统计操作过电压最大达到2.11 pu，说明统计操作过电压超过规程“不宜超过2.0 pu”值的规定。
（2）在分合分500 kV 线路操作中，最大操作过电压首末端最大达到1.76 pu，沿线最大操作过电压达到2.45 pu，说明沿线的最大操作过电压较高。
（3）在分合分500 kV线路操作中，线路末端避雷器消耗能量最大值达到2200kJ，对于额定电压为444 kV的避雷器来说，它可以承受5772kJ的通流容量，因此避雷器可以承受分合分操作造成的能耗。
3 结论和建议
（1）三相重合闸基本理论中的危险过电压，与分合分试验情况相同，使该试验存在一定危险的概率。建议相关的管理部门对此制定出有关规定，避免冒不必要的风险。
（2）当线路两端未装设合闸电阻和高抗时，开展分合分试验前应慎重，事先应进行过电压计算和避雷器能量吸收校验的风险评估。当统计过电压高出2 pu时，不宜再进行此项试验。
