第七章-自动重合闸

第七章自动重合闸第一节自动重合闸的作用及其基本要求第二节三相一次自动重合闸的工作原理第三节重合闸动作时限的选择及重合闸与继电保护的配合第四节高压输电线路的单相自动重合闸及综合重合闸第五节输电线路自适应单相重合闸的概念第一节自动重合闸的作用及其基本要求一．自动重合闸的作用瞬时性故障——发生故障后线路被继电保护迅速断开以后，电弧即行熄灭，外界物体（如数枝，鸟类等）也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开线路的断路器再合上，就能够恢复正常供电。例如，由雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，鸟类以及树枝等物掉落在导线上引起的短路等永久性故障——由于线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在线路被断开以后，它们仍然是存在的。这时，即使再合上电源，由于故障依然存在，线路还要被继电保护再次断开，因而就不能恢复正常供电。自动重合闸装置——当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的自动重合闸装置（AR）采用重合闸的作用：一是保证并列运行系统的稳定性；二是尽快恢复瞬时性故障元件的供电，从而自动恢复整个系统的正常运行对瞬时性故障重合闸可以成功，对永久性故障重合闸不可能成功。用重合成功的次数与总动作的次数之比来表示重合闸的成功率，一般在60%~90%之间二．电力系统中采用自动重合闸的技术经济效果采用重合闸的技术经济效果主要可归纳如下：1．大大提高供电可靠性，减少线路停电的次数，特别是对单侧电源的单回线路尤为显著。2．在高压输电线路上采用重合闸，还能提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传输容量。3．对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起到纠正的作用。重合于永久性故障上带来一些不利影响：1．使电力系统再一次受到故障的冲击，对超高压系统还会降低并列运行的稳定性。2．使断路器的工作条件变的更加恶劣，因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。三．对自动重合闸的基本要求1.不希望重合闸重合时，重合闸不应该动作2.当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸3.重合闸装置的动作次数应符合预先的规定4.自动重合闸在动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作5.自动重合闸装置的合闸时间应能整定，并有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好的与继电保护相配合，加速故障的切除6.双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同步问题，并满足所提出的要求四．自动重合闸的分类1.根据重合闸控制的断路器所接通或断开的电力元件不同，可将重合闸分为线路重合闸、变压器重合闸和母线重合闸等。2.根据重合闸控制断路器连续合闸次数的不同，可将重合闸分为多次重合闸和一次重合闸。3．根据重合闸控制线路相数的不同，可将重合闸分为单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和分相重合闸。第二节三相一次自动重合闸的工作原理一．单侧电源送电线路的三相一次自动重合三相一次重合闸-----其跳、合闸方式为无论本线路发生何种类型的故障，继电保护装置均将三相断路器跳开，重合闸启动，经预定延时（可整定，一般在0.5~1.5s间）发出重合脉冲，将三相断路器一起合上。若是瞬时性故障，因故障已经消失，重合成功，线路继续运行；若是永久性故障，继电保护再次动作跳开三相，不再重合单侧电源送电线路三相一次重合闸的工作原理框图如图7-1所示，主要由重合闸启动、重合闸时间、一次合闸脉冲、手动跳闸闭锁、手动合闸于故障时保护加速跳闸等元件组成图7-1三相一次重合闸工作原理框图重合闸启动：当断路器由继电保护动作跳闸或其他非手动原因而跳闸后，重合闸均应启动。一般使用断路器的辅助常开触点或者用合闸位置继电器的触点构成，在正常运行情况下，当断路器由合闸位置变为跳闸位置时，马上发出启动指令。重合闸时间：启动元件发出指令后，时间元件开始记时，达到预定的延时后，发出一个短暂的合闸脉冲命令。这个延时就是重合闸时间，是可以整定的，选择的原则见后述。一次合闸脉冲：当延时时间到达后，它马上发出一个可以合闸脉冲指令，并且开始记时，准备重合闸的整组复归，复归时间一般为15~25s。在这个时间内，即使再有重合闸时间元件发出的命令，它也不再发出可以合闸的第二个命令。此元件的作用是保证在一次跳闸后有足够的时间合上（对瞬时性故障）和再次跳开（永久性故障）断路器，而不会出现多次重合。手动跳闸闭锁：当手动跳开断路器时，也会启动重合闸回路，为消除这种情况造成的不必要合闸，设置闭锁环节，使之不能形成合闸命令。重合闸后加速保护跳闸回路：对于永久性故障，在保证选择性的前提下，尽可能地加快故障的再次切除，需要保护与重合闸配合（详见第三节第二部分“重合闸与继电保护的配合”）。当手动合闸到带故障的线路上时，保护跳闸，故障一般是因为检修时的保安接地线未拆除、缺陷未修复等永久性故障，不仅不需要重合，而且要加速保护的再次跳闸二．双侧电源线路的检同步三相一次自动重合闸（一）双侧电源送电线路重合闸的特点1．线路上发生故障跳闸以后，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。一般根据系统的具体情况，选用不同的重合闸条件。2．线路上发生故障时，两侧的保护可能以不同的时限动作于跳闸，例如一侧为第Ⅰ段动作，而另一侧为第Ⅱ段动作，此时为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘的恢复，以使重合闸有可能成功，线路两侧的重合闸必须保证在两侧断路器都跳闸以后，再进行重合，其重合闸时间与单侧电源的有所不同。（二）双侧电源送电线路重合闸的主要方式1．快速自动重合闸是指保护断开两侧断路器后在0.5~0.6s内使之再次重合。使用快速重合闸需满足的条件是：（1）线路两侧都装有可以进行快速重合的断路器，如快速气体断路器等。（2）线路两侧都装有全线速动的保护，如纵联保护等。（3）重合瞬间输电线路中出现的冲击电流对电力设备、电力系统的冲击均在允许的范围内。2．非同步重合闸当快速重合闸的重合时间不够快，或者系统的功角摆开比较快，两侧断路器合闸时系统已经失步，合闸后期待系统自动拉入同步，此时系统中各电力元件都将受到冲击电流的影响，当冲击电流不超过《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062－1992中的相关规定值时，可以采用非同步重合闸方式，否则不允许采用非同步重合方式。3．检同步的自动重合闸当满足同步条件才能合闸时，需要使用检同步重合闸。检同步重合有以下几种情况：（1）系统的结构保证线路两侧不会失步。（2）在双回线路上检查另一线有电流的重合方式。（3）必须检定两侧电源确实同步之后，才能进行重合。（三）具有同步检定和无电压检定的重合闸具有同步检定和无电压检定的重合闸的工作示意图如图7-3所示。除在线路两侧均装设重合闸装置以外，在线路的一侧还装设有检定线路无电压的继电器KU1，当线路无电压时允许重合闸重合；而在另一侧装设检定同步的继电器KU2，检测母线电压与线路电压满足同步条件时允许重合闸重合。这样当线路有电压或是不同步时，重合闸就不能重合图7-3具有同步和无电压检定的重合闸接线示意图当线路发生故障，两侧断路器跳闸以后，检定线路无电压一侧的重合闸首先动作，使断路器投入。如果重合不成功，则断路器再次跳闸。此时，由于线路另一侧没有电压，同步检定继电器不动作，因此，该侧重合闸根本不启动。如果重合成功，则另一侧在检定同步之后，再投入断路器，线路即恢复正常工作。在使用检查线路无电压方式重合闸的一侧，当该侧断路器在正常运行情况下由于某种原因（如误碰跳闸机构，保护误动作等）而跳闸时，由于对侧并未动作，线路上有电压，因而就不能实现重合，这是一个很大的缺陷。为了解决这个问题，通常都是在检定无电压的一侧也同时投入同步检定继电器，两者经“或门”并联工作。此时如遇上述情况，则同步检定继电器就能够起作用，当符合同步条件时，即可将误跳闸的断路器重新投入。实际上，这种重合闸方式的配置原则如图7-4所示，一侧投入无电压检定和同步检定（两者并联工作），而另一侧只投入同步检定。两侧的投入方式可以利用其中的切换片定期轮换。这样可使两侧断路器切断故障的次数大致相同图7-4采用同步检定和无电压检定重合闸的配置关系在重合闸中所用的无电压检定继电器，就是一般的低电压继电器，其整定值的选择应保证只当对侧断路器确实跳闸之后，才允许重合闸动作，根据经验，通常都是整定为0.5倍额定电压。为了检定线路无电压和检定同步，就需要在断路器断开的情况下，测量线路侧电压的大小和相位，这样就需要在线路侧装设电压互感器或特殊的电压抽取装置。在高压送电线路上，为了装设重合闸而增设电压互感器是十分不经济的，因此一般都是利用结合电容器或断路器的电容式套管等来抽取电压第三节重合闸动作时限的选择及重合闸与继电保护的配合一．重合闸动作时限的选择（一）单侧电源线路的三相重合闸为了尽可能缩短电源中断的时间，重合闸的动作时限原则上应越短越好.但重合闸又必须带有时限，原因如下：1.在断路器跳闸后，要使故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要一定的时间，必须在这个时间以后进行合闸才有可能成功。2．在断路器动作跳闸以后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油需要一定的时间。同时其操作机构恢复原状准备好再次动作也需要一定的时间。重合闸必须在这个时间以后才能向断路器发出合闸脉冲，否则，如重合在永久性故障上，就可能发生断路器爆炸的严重事故。因此，重合闸的动作时限应在满足以上两个要求的前提下，力求缩短。如果重合闸是利用继电保护来启动，则其动作时限还应该加上断路器的跳闸时间。（二）双侧电源线路的三相重合闸其时限除满足以上原则外，还应考虑线路两侧继电保护以不同时限切除故障的可能性。从最不利的情况出发，每一侧的重合闸都应该以本侧先跳闸而对侧后跳闸来作为考虑整定时间的依据。如图7-5所示，设本侧保护的动作时间为tPD.1，断路器动作时间为tQF.1,对侧保护的动作时间为tPD.2，断路器动作时间为tQF.2，则在本侧跳闸以后，对侧还需经过tPD.2＋tQF.2－tPD.1－tQF.1的时间才能跳闸。再考虑故障点灭弧和周围介质去游离的时间tu，则先跳闸一侧重合闸装置的动作时限应整定为tAR＝tPD.2＋tQF.2－tPD.1－tQF.1＋tu当线路上装设纵联保护时，一般考虑一端快速辅助保护动作（如电流速断、距离保护Ⅰ段）时间（约30ms），另一端由纵联保护跳闸（可能慢至100~120ms）。当线路采用阶段式保护作主保护时，tPD.1应采用本侧Ⅰ段保护的动作时间，而tPD.2一般采用对侧Ⅱ段（或Ⅲ段）保护的动作时间。图7-5双侧电源线路重合闸动作时限配合示意图二．重合闸与继电保护的配合（一）重合闸前加速保护前加速指重合闸前加速保护。图7-6所示的网络接线中，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯原则来配合，因而，在靠近电源端保护3处的时限就很长。为了加速故障的切除，可在保护3处采用前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时无选择性动作予以切除，重合闸动作以后保护第二次动作切除故障是有选择性的。图7-6重合闸前加速保护的网络接线图（a）网络接线图；（b）时间配合关系采用前加速的优点是：1．能够快速切除瞬时性故障；2．可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障；3．能保证发电厂和重要变电所的母线电压在0.6~0.7倍额定电压以上，从而保证厂用电和重要用户的电能质量；4．使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单，经济。采用前加速的缺点是：1．装设重合闸处的断路器工作条件恶劣，动作次数较多；2．重合于永久性故障上时，故障切除的时间可能较长；3．如果重合闸装置或断路器QF3拒绝合闸，则将扩大停电范围。甚至在最末一级线路上故障时，都会使连接在这条线路上的所有用户停电。前加速保护主要用于35kV以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压。（二）重合闸后加速保护后加速又称重合闸后加速保护。所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障，则在断路器合闸后，再加速保护动作瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。后加速的配合方式广