技能培训专题 输电线路得三相一次自动重合闸

•5.2.1单侧电源线路的三相一次自动重合闸三相一次重合闸——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，重合闸起动，经预定延时（可整定，一般在0.5~1.5秒间）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如下图所示：重合闸起动----当断路器由继电保护动作跳闸或由于其它非手动原因而跳闸后，重合闸均应起动。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，马上发出起动指令。重合闸时间元件----起动元件发出起动指令后，时间元件开始记时，达到预定延时后，发出一个短暂的合闸脉冲命令。这个延时就是重合闸时间，它是可以整定的，选择的原则见后述。一次合闸脉冲----当延时时间到后，它马上发出一个可以合闸脉冲命令，并开始记时，准备重合闸的整组复归，复归时间一般为15-25秒。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（对瞬时故障）和再次跳开（对永久故障）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，也会起动重合闸回路，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，尽可能的加快故障的再次切除，需要保护与重合闸配合。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没拆除、缺陷未修复等永久故障，不仅不需要重合，而且要加速保护的再次跳闸。•5.2.2双侧电源线路的检同期三相一次自动重合闸•1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，选用不同的重合闸重合条件。（2）当线路上发生故障时，两侧的保护可能以不同的时限动作于跳闸，线路两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸以后再重合，其重合闸时间与单侧电源的有所不同。•2双侧电源送电线路重合闸的主要方式（1）快速自动重合闸----指保护断开两侧断路器后0.5-0.6秒内使之再次重合。使用快速重合闸需满足以下条件：1）线路两侧都装有可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范围内。输电线中出现的冲击电流周期分量可用式5-1估算：E—两侧发电机电动势，可取1.05Ue；Z∑--系统两侧电动势间总阻抗；δ—两侧电动势角差，最严重取180°；IN—各元件的额定电流；x’’d—次暂态电抗标么值；x’d—暂态电抗标么值；xd—同步电抗标么值；Uk%--短路电压百分值。2sin(51)2EIZ0.65(52)NdIIx0.6(53)NdIIx0.61(54)NdIIx0.84(55)NdIIx100(56)%NKIIU对于汽轮发电机对于有纵轴或横轴阻尼绕组的水轮发电机对于无阻尼或阻尼绕组不全的水轮发电机对于同步调相机对于电力变压器（2）非同期重合闸----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，当冲击电流不超过式（5-2）-式（5-6）规定值时，可采用非同期重合闸方式，否则不允许采用非同期重合方式。（3）检查同步的自动重合闸----当必须满足同期条件才能合闸时，需要使用检同期重合闸。因为实现检同期比较复杂，根据发电厂送出线或输电断面上的输电线电流间相互关系，有时采用简单的检测系统是否同步的方法。•3具有同步检定和无电压检定的重合闸使用上述接线的缺陷----在使用检查线路无电压方式重合闸的一侧，当其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。KU1—无电压检定继电器，当线路无电压时允许重合闸重合；KU2—同步检定继电器，检测母线电压与线路电压间满足同期条件时允许重合闸重合；KRC—自动重合闸继电器。发生故障两侧断路器跳闸含KU1一侧的重合闸首先重合含KU1一侧重合成功另一侧检定同步投入断路器线路恢复正常工作另一侧无电压，KU2不动作，该侧重合闸不起动解决方法如图5-4所示。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。此时如遇有上述情况，则同步检定继电器就能够起作用，当符合同步条件时，即可将误跳闸的继电器重新投入。但是，在使用同步检定的另一侧，其无电压检定是绝对不允许同时投入的。一般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。（1）无电压检定继电器KU1KU1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。（2）同步检定继电器KU2继电器的两组线圈分别从母线侧和线路侧的TV上接入同名相的电压。两组线圈在铁心中所产生磁通方向相反，因此铁心中的总磁通Φ∑反应两个电压所产生的磁通之差，亦即反应于两个电压之差，如图5-6中的△U，而△U的数值则与两侧的电压U和U’之间的δ有关。当U=U’时，KU2的电压相量图如图5-6所示。由图可得：图5-5图5-62sin(57)2UU因此，当δ大到一定数值后，电磁吸力吸动舌片，即把继电器的常闭触点打开，将重合闸闭锁，使之不能动作。继电器的δ定值调节范围一般为20°~40°。•5.2.3重合闸时限的整定原则•1单侧电源线路的三相重合闸重合闸的最小时间应按下述原则确定：通常按故障点灭弧和周围介质去游离的时间+裕度根据我国一些电力系统的运行经验，重合闸的最小时间为0.3~0.4秒。▲断路器跳闸后，负荷电动机向故障点反馈电流的时间▲故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度需要的时间▲在断路器动作跳闸息弧后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油、气需要的时间▲断路器的操作机构恢复原状准备好再次动作需要的时间▲如果重合闸是利用继电保护跳闸出口起动，则动作时限还应加上断路器的跳闸时间++•2双侧电源线路三相重合闸的最小时间其最小重合闸时间除满足以上原则外，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。先跳闸一侧重合闸装置ARD的动作时限应整定为：tpr.1—本侧保护动作时间；tQF.1—本侧断路器动作时间；tpr.2—对侧保护动作时间；tQF.2—对侧断路器动作时间；tu—故障点灭弧和周围介质去游离的时间。图5-7：设保护1为本侧保护，保护2为对侧保护.2.2.1.1ARDprQFprQFutttttt•3双侧电源线路三相重合闸的最佳重合时间的概念（1）联系薄弱依靠重合闸成功才能维持首摆稳定的系统这种系统瞬时故障切除后重合时间越短，重合成功后增大的减速面积越大，越能阻止系统失步，如果两侧功角摆大到一定程度，即使重合成功也不能阻止系统的失步；若重合于永久性故障后是不稳定的，重合闸时间为最小时间，这个最小时间就是最佳时间。下面给出一个单机经二回线向无限大系统送电的示意图。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做主保护时----tpr.1应采用本侧Ⅰ段保护的动作时间，而tpr.2一般采用对侧Ⅱ段（或Ⅲ段）保护的动作时间。图5-8：重合闸时间对稳定性影响示意（b）快速重合正常时运行于Pe1的1点短路后运行于Pe2的2点功角摆至δh时进行重合，对于瞬时性故障，重合成功后运行于Pe1的4点功角摆至δc时切除故障，运行于Pe3的3点图5-8：重合闸时间对稳定性影响示意（a）等值系统（2）故障切除后不重合首摆可以稳定的系统这种系统的线路较短联系紧密，其功角特性如图5-8（c）所示。若重合成功系统肯定稳定；如果重合于永久性故障并再次被保护切除，不同的重合时间，会造成系统稳定和不稳定两种后果。过程分析：5点越靠近新的稳定平衡点δs，则后续的摇摆越轻微。在此减速过程中由于再次短路，减小了发电机转子在回摆中累积的减速能量，从而使发电机转子上的净累积能量很小，经轻微几次摇摆后，落于新的稳定平衡点δs运行。正常时运行于Pe1的1点，功角为δ0短路后运行于Pe2的2点，功角逐渐增大至δc故障切除，运行于Pe1的3点惯性作用下摆至δmax，此时加速面积与减速面积相等回摆至δh时重合于永久故障，运行在Pe2的4点继续回摆至δcc故障被再次切除，运行在Pe3的5点最佳重合时刻----最后一次操作完成后，对应最终网络拓扑下稳定平衡点的系统暂态能量值最小的时刻。一般只能按照对稳定性影响最严重的故障条件计算并整定最佳重合时间。图5-9给出我国某实际系统中某关键联络线在三相永久故障时三相重合闸时间与系统暂态能量、重合后摇摆角度的关系。图5-9a的横坐标为重合时间，纵坐标为重合后系统的暂态能量，表明了故障前输送功率对暂态能量的影响。图5-9b表明在最佳时间（暂态能量最小）1.45s重合时阻尼了系统摇摆，很快稳定；而在最坏时刻（暂态能量最大）0.7s时重合，叠加了故障冲击，系统快速失步。•5.2.4自动重合闸与继电保护的配合•1重合闸前加速保护（简称“前加速”）左图5-10所示的网络接线，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯型原则来配合。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。即当任一条线路发生故障时，第一次都由保护3瞬时无选择性动作予以切除，重合闸以后保护第二次动作切除故障是有选择性的。k1点短路保护3瞬时跳闸（无选择性）保护3处进行重合恢复供电保护3按t3时限动作（有选择性）此时保护3的起动电流按照躲开相邻变压器低压侧（k2点）短路灵敏度满足要求来整定。故障是瞬时性的故障是永久性的采用前加速的优点：（1）能够快速地切除瞬时性故障；（2）可能使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，从而提高重合闸的成功率；（3）能保证故障后发电厂和重要变电所母线电压在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，只需装一套重合闸装置，简单经济。前加速的缺点：（1）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3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。•2重合闸后加速保护（简称“后加速”）后加速----当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后进行重合。若重合于永久性故障上，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。后加速保护的优点：（1）第一次是有选择性的切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要高压电网中，一般不允许保护无选择性动作后以重合闸来纠正（即前加速方式）；（2）保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的（3）使用中不受网络结构和负荷条件的限制。后加速保护的缺点：（1）每个断路器上都需装设一套重合闸，略为复杂；（2）第一次切除故障可能带有延时。“后加速”方式广泛用于35kV以上网络及对重要负荷供电的送电线路上。