电气系统继电保护第6章自动重合闸

第6章自动重合闸6、1三相自动重合闸6.1.1自动重合闸的作用及其基本要求一、在输电线路上，采用自动重合闸(简称ZCH)的作用：①在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠性。②对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输送容量。③可以纠正由于断路器机构不良或继电保护误动作引起的误跳闸。二、对输电线路的自动重合闸装置提出的基本要求：(l）动作迅速在满足故障点去游离（即介质恢复绝缘能力）所需的时间以及断路器消弧室和断路器的传动机构准备好再次动作所而的时间的条件下，ZCH装置的动作时间应尽可能短。对于重合闸动作的时问，一般采用0.5～1.55s。(2）不允许任意多次重合ZCH动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应重合一次。当重合于永久性故障而断路器再次跳闸时，就不应再重合。在任何情况下，都不应把断路器错误地多次重合到永久性故障上去。(3）动作后应能自动复归ZCH成功动作一次后，应能自动复归，准备好再次动作。(4）手动跳闸时不应重合当运行人员手动操作或遥控操作使断路器断开时，装置不应自动重合。（5）手动合闸于故障线路不重合当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，装置不应重合。6.1.2单侧电源线路的三相一次自动重合闸所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上发生单相接地短路还是相间短路，继电保护装置均将线路三相断路器－起断开，然后重合闸装置启动，将三相断路器一起合上。若故障为暂时性的，则重合成功，若故障为永久性的，则继电保护将现再次将断路器三相一起断开，而不再重合。一、三相一次自动重合闸的概念三相一次自动重合闸装置通由启动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件4部分组成。启动元件的作用是当断路器跳闸之后，使重合闸的延时元件启动；延时元件是为了保证断路器跳闸之后，在故障点有足够的去游离时间和断路器及传动机构能准备再次动作的时间；一次合闸脉冲元件用于保证重合闸装置只能重合一次；执行元件则是将重合闸动作信号送至合闸电路和信号回路，使断路器重新合闸，让值班人员知道重合闸已动作。二、三相一次自动重合闸的的组成及其作用图6.1电磁式三相一次自动重合闸原理接线图(l）正常情况下线路处在正常工作情况下，断路器处在合闸状态，其辅助常开接点DL2闭合，常闭接点DL1打开，控制开关KK的接点21、23接通，重合闸继电器中的电容器C经1R而充满电，电容器两端的电压等于电源电压。用于监视中间继电器ZJ接点是否完好灯光监视回路6接通，XD亮。三、三相一次自动重合闸的工作情况表6.1对应于图6.1KK接点的通断情况(2）线路短路保护动作时当线路发生短路，保护动作时BH1闭合，2SJ启动。经预定延时后，送出跳闸信号，使防跳继电器TBJ（1）启动（回路12)，断路器跳开后，接点DL2打开，DL1闭合，TBJ（1）因断电失磁而恢复原来状态。当断路器跳开，DL1闭合后，跳闸位置继电器TWJ被启动（回路11)，其接点TWJ1闭合。于是，时间继电器1SJ启动（回路1和2)，经重合闸的整定时间（0.5～1.55）后，延时接点1SJ1闭合，电容器C即通过1SJ1对中间继电器ZJ放电（回路3和4)，使ZJ动作。其常闭接点ZJ4打开，灯光熄；其常开接点ZJ3闭合，直流电源经回路7和10使合闸接触器HC励磁，使断路器合闸。由于ZJ电流自保持线圈的作用，只要电压线圈被短时启动，便可保证使ZJ于合闸过程中一直处于动作状态，从而使断路器可靠合闸。如果线路上的故障是暂时性的，则断路器合闸后DL1打开，TWJ失磁，TWJ1打开，1SJ返回ZJ也因DL1打开而返回。ISJ返回后，1SJ1断开，电容C开始经1R充电，大约经10～15s后，C两端充满电压，这一电路就自动复归，准备好再次动作。如果线路上的故障是永久性的，则在断路器合闸后，继电保护将再次动作，而使断路器重新跳开，这时1SJ将再次启动，1SJ1又闭合，电容C向ZJ放电，因电容C充电的时间短，其两端电压较低不足以使ZJ启动，故断路器不能再次重合。ZJ也就永远不能再次动作，从而保证了重合闸只动作一次。(3）手动操作跳闸时当手动操作跳闸时，KK的接点6、7接通，回路12通，断路器跳开。断路器跳开后，KK的接点21、23断开，接点2、4接通，使重合闸回路失去正电源，不可能再动作于合闸。而2、4接通后，使电容C经2R放电，C上的电压迅速降低。(4）手动操作合闸时当手动操作合闸时，KK接点5、8接通，经回路10启动合闸接触器HC，断路器合闸，同时，KK的接点21,23,25,28接通，接点2、4断开，重合闸回路获得正电源，正电源经IR向C充电，但需经10～15s才能充到操作电源电压。接点25、28接通后，使加速继电器JSJ动作，JSJ接点闭合。如线路上有故障，则断路器合闸后，继电保护随即动作，经JSJ接点使断路器无延时跳开。这时，电容器C两端电压还比较低，不足以使ZJ启动，故重合闸不可能动作。(5）防止断路器多次重合于永久性故障的措施在原理接线图中，若ZJ动作后，它的常开接点ZJ1、ZJ2、ZJ3被粘住时，线路发生永久性故障，则当第一次重合闸后，保护再次动作，使断路器断开，断路器跳开后，由于DL1又处于闭合状态，若无防跳继电器TBJ，则ZJ被粘住的接点又会立即启动HC，发出合闸脉冲，形成多次重合。为此，在原理图中装设了防跳继电器TBJ。(6）重合闸的闭锁回路在某些情况下，例如在母线L发生故障，母线差动保护动作，使线路断路器跳闸时，不允许实现自动重合闸。在这种情况下，应将重合闸闭锁，使之退出工作，为此，可将母线差动保护的出口继电器常开接点BH2与KK的接点2、4并联，当母线差动保护动作后，BH2闭合，电容C即经2R放电，就不能再使ZJ动作，从而达到了闭锁重合闸的目的。一、两端均有电源的输电线路采用自动重合闸装置时，应考虑的两个问题：(l）时间的配合由于线路两侧的继电保护，在输电线路上发生故障时，可能以不同的时限断开两侧断路器。(2）同期问题在某些情况下，当线路断路器断开之后，线路两侧电源之间的电势角摆开，有可能失去同步。这时，后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，应考虑是否同步的问题，以及是否允许非同步合闸的问题。6.1.3双侧电源线路的三相一次自动重合闸二、在我国的电力系统中，在两端电源线路上采用三相一次重合闸主要几种方式：1）快速自动重合闸方式所谓快速重合闸，就是当输电线路上发生故障时，继电保护很快使线路两侧的断路器断开并接着进行重合。快速重合闸方式的最大特点是快速。采用快速自动重合闸方式必须具有下列一些条件：①线路两侧的断路器都装有能瞬时动作的保护整条线路的继电保护装置，如高频闭锁距离保护等；②线路两端必须采用可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气断路器；③在两侧断路器重新合闸的瞬间，输电线路上所出现的冲击电流对电力系统各元件的冲击均未超过其允许值。输电线路的冲击电流，可根据两侧电势可能摆开的最大角度δ来计算。当两侧电源电势绝对值相等时，则有：2sin(5.1)2EIZ式中：Z∑——系统的总阻抗；δ——考虑最严重情况时δ=180°;E——发电机电势，对所有同步电机的电势，E取1.05UN。a.对于汽轮发电机b.对于有纵横阻尼回路的水轮发电机c.对无阻尼回路或阻尼回路不全的水轮发电机d.对同步调相机e.对电力变压器式中：I——通过发电机、变压器的最大冲击电流的周期分量；IN——各元件的额定电流；——发电机的纵轴次暂态电抗标么值；——发电机纵轴暂态电抗标么值；——电力变压器短路电压的百分值按规定，由式（5.1）计算得出的冲击电流不应超过下列规定数值：0.65(5.2)NdIIX0.60(5.3)NdIIX0.61(5.4)NdIIX0.84(5.5)NdIIX000.84(5.6)NKIIUdXdX00KU2)非同期重合闸方式非同期重合就是采取不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式。当线路断路器断开后，即使两侧电源已失去同步，也自动重新合上断路器并期待由系统自动拉入同步。在电力系统中，当没有快速动作的继电保护和快速动作的断路器时，可以考虑采用非同期重合闸方式。采用非同期重合闸方式时，系统中的元件都将受到冲击电流的考验。3）检查另一回路电流的重合闸和自动解列重合闸方式运用时机：在没有其他旁路联系的双回线上，当不能采用非同期重合闸时，可采用检查另一回路上有电流的重合闸；在两侧电源的单回线上，当不能采用非同期重合闸时，一般可采用解列重合闸方式。图6.3单回线上采用解列重合闸的示意图图6.2双回线采用检查另一回路有电流的重合闸示意图4）检查同期重合闸方式运用时机：当在两侧电源的线路上既没有条件实现快速重合闸，又不可能采用非同期重合闸时，应该采用检查同期重合闸。检查同期重合闸的特点：当线路短路，两侧断路器跳开后，先让一侧的断路器合上，另一侧断路器在重合时，应进行同步条件的检查，只有在断路器两侧电源满足同步条件时，才允许进行重合。这种重合闸方式不会产生很大的冲击电流，合闸后也能很快拉入同步。这种检查同期的重合闸方式，是在单端供电线路重合闸接线的基础上增加附加条件来实现的。缺点：重合闸装置不能纠正这种情况下的误跳闸，这是一个很大的缺陷。图6.4检查同期重合闸方式的示意图图6.5检查同期重币闸的启动回路1、检查同步继电器的作用检查同步继电器是实现检查同期重合闸方式的一个很重要的元件。检查两侧电源满足同步条件，实质上就是要求两侧电源的电压差，频率差和相位差都在一定的允许范围内才允许重合闸。当其中一个条件不满足时，则不允许重合闸。这个任务是由检查同步继电器来完成的。三、检查同步继电器2、检查同步继电器的结构接线检查同步继电器可用一种有两个电压线圈的电磁型电压继电器来实现，其内部接线如图6.6所示。它的两组线圈分别经电压互感器接入母线电压UB和线路电压UL，两组线圈在铁芯中所产生的磁通ΦB、ΦL也方向相反。因此，铁芯中的总磁通Φ∑为两电压所产生的磁通之差，也就是反映两侧电源的电压差△U。图6.6检查同步继电器TJJ的内部接线图图6.7加于同步检查继电器上的电压△U与幅值和相位的关系（a)幅值不等但同相位；(b)不同相位，但幅值相等3、的大小与相位（或频率）的关系：可见，将随着δ（角频率ωS）的增大而增大。U2sin2sin(6.7)22sMtUUUU自动重合闸与继电保护配合的方式主要有两种：即自动重合闸前加速保护动作和自动重合闸后加速保护动作。6.1.4自动重合闸与继电保护的配合(l）自动重合闸前加速保护动作(简称为“前加速”)原理说明:图6.8中每一条线路上均装有过流保护，当其动作时限按阶梯形选择时，断路器1DL处的继电保护时限最长。为了加速切除故障，在IDL处可采用自动重合闸前加速保护动作方式。即在1DL处不仅有过流保护，还装设有能保护到L3的电流速断保护和自动重合闸装置ZCH。这时，不论是在线路L1、L2或L3发生故障，1DL处的电流速断保护都无延时地断开断路器1DL，然后自动重合闸装置将断路器重合一次。如果是暂时性故障，则重合成功，恢复正常供电；如果是永久性故障，则在1DL重合之后，过流保护将按时限有选择地将相应的断路器跳开。即当凡点故障时，由3DL的保护跳开3DL，若3DL保护拒动，则由ZDL保护跳开断路器ZDL。It图6.8重合闸前加速保护动作原理说明图图6.9重合闸前加速保护的动作的接点电路自动重合闸“前加速”保护方法动作过程:自动重合闸“前加速”保护方法的实现,是将重合闸装置中加速继电器JSJ的常闭接点串联接于电流速断保护跳闸出口回路中（如图6.9所示），其动作过程可参阅图6.1。当线路上发生故障时，电流速断保护的电流继电器LJ的接点瞬时闭合，正电源经加速继电器的常闭接点JSJ启动TQ而跳闸。随后，自动重合闸装置启动，当ZCH的中间继电器ZJ动作，常开接点ZJ1～ZJ3闭合而发出合闸脉冲时，其中的一对常开接点ZJ3也同时启动加速继电器JSJ，使，JSJ的常闭接点打开。如果重合于永久性故障，则电流速断保护的电流继电器LJ