高压断路器主要的技术参数是遮断容量和灭弧性能，影响这两参数最直接的原因，是短路电流的切除时间。传统断路器主要解决的措施是增大触头容量、选择灭弧性能优越的介质、对灭弧室结构进行优化等措施。但是遮断容量越大，其制造成本越高。随着系统容量的增大，短路电流值也不断上升，强大的短路电流产生的电动力破坏性更大，通过增大断路器的触头容量已不能解决问题。现需要能在故障瞬时以最快的速度切断短路电流，避免被保护设备及断路器本身受到巨大的热冲击和电动力的破坏。因此，在断路器改造方案上，经过技术经济比较和反复论证，选择大容量高速断路器来替代传统断路器十分必要。

1 问题的提出

　　某公司110kV变电站接入110kV系统电源，同时采用自备电厂的10kV作为备用电源，实现并网运行。其一次系统接线方式如图1。

图1 两电源并网运行系统接线图

　　随着系统容量的增大，变电站负荷侧发生三相短路时存在下列问题。

　　发电机出口断路器遮断容量不足，不能开断短路电流。

　　利用主变压器或发电机出口断路器切断短路电流，断路器的开断时间过长，达80～140ms，会对主变压器及发电机产生故障冲击，发电机故障将引起主变压器停运，危害主设备安全。对系统方式影响较大。

2 解决方法

　　针对现用断路器存在问题，为了使负荷侧断路器的开断电流减小，并降低工程造价，采用了一种新型大容量高速断路器装置（简称FSR装置）与电抗器并联的接线方式。正常运行时，FSR将电抗器短接，避免了电抗器巨大的电能损耗，并抑制了大型电动机启动时的电压降；短路时，FSR快速断开，负荷侧断路器的开断电流经电抗器限流到允许范围。

3 大容量高速断路器的组成及功能

　　FSR装置主要由断路器DL、爆炸式快速开断载流桥体FS、高压限流熔断器FU、非线性电阻FR及测控装置组成。

3.1 载流桥体FS

图2 FSR装置组成示意图 

　　因FS的电阻与熔断器FU电阻的比值为1∶2000，故正常时工作电流经FS流过，故障时，接到测控单元的命令后，在0.15ms之内爆炸断开，电流转移至熔断器FU。

3.2 熔断器FU

　　FS断开后，全部短路电流转移至熔断器FUwww.cechina.cn，在0.5ms内FU熔断，并产生足够的弧压。

3.3 非线性电阻FR

　　FU熔断时产生的弧压使其导通，吸收电感中存在的磁能及电源注入的能量，使FU顺利熄弧，同时把开断时的过电压限制在2.5倍的额定相电压之内。

3.4 测控单元

　　测控单元的测控数据为检测电流i和电流的变化率di/dtwww.cechina.cn，当电流幅值和电流变化率同时超过整定值时，判断为短路发生，采用三个相同独立工作的CPU部件，以“三取二”表决方式判断，向FS发出分段命令。

4 FSR装置的工作原理

　　在正常运行和正常操作时，负荷电流流过真空断路器后控制工程网版权所有，再流过爆炸式载流桥体与熔断器控制工程网版权所有，其中98%以上的负荷电流流过爆炸式载流桥体，2%的负荷电流流过熔断器。
　
　　当设备发生故障时，主电路中的电流幅值和电流变化率超过整定值，测控单元判断有短路电流，向桥体中发送电脉冲引爆爆炸装置控制工程网版权所有，载流桥体断开，将全部电流加在高压限流熔断器上，高压限流熔断器在2ms内熔断，产生的弧压由高能氧化锌非线性电阻限制并吸收。在大容量高速断路器装置完成了短路断开功能后，与熔断器配合的负荷开关，只要求能够开断额定电流和一般过载电流，对关合短路电流及承载短路电流的动稳定性和热稳定性则无要求。

5 FSR装置的特点

　　限流性　由于FSR的限流性，短路电流在初始上升阶段即加以限制，不可能达到短路冲击电流的峰值，设备不再遭受短路电流的冲击，延长了发电机、变压器等设备的使用寿命，大大提高了设备动稳定和热稳定方面的安全裕度。

　　快速性　故障电流在1ms内被截流，3ms之内衰减到0，故障被完全切除，更能有效地保护设备。而一般断路器至少要60ms才能切除故障。

　　灵敏度高　由于FSR装置增加了电流变化率作为启动判据，故障时电流变化率增加更明显，使灵敏度更高容量\大配置\大容量的非线性电阻，吸收开断过程中磁能，开断容量可不受限制。

6 FSR装置的运行要求

　　当发生三相短路故障时，电抗器应可靠投入，从而要求FSR装置在短路电流上升的初始阶段应可靠断开，故FSR动作值应取90%的三相短路电流值。

　　正常运行时，FSR启动电流应能躲过负载允许的短时过载电流。取1.3倍的可靠系数。

7 FSR装置的应用

7.1 应用于发电机出口

　　应用于发电机出口见图3。发电机出口端或其附近发生短路故障时，短路电流的幅值大，从短路开始到电流第一次过零，经历的时间长，大约需要20～150ms。这会给发电机造成很大的危