继电保护-第11章自动重合闸

300 第十一章 自动重合闸 第一节 自动重合闸在电力系统中的应用 电力系统故障中 大多数是送电线路 特别是架空线路的故障 运行经验表明 架空线路故障大都是 瞬时性 的 例如 阴雨天气由雷电引起的绝 缘子表面闪络 大风引起的碰线 通过鸟类以及树枝等物掉落在导线上引起的短路等 在 线路被继电保护迅速断开以后 电弧自行熄灭 外界物体 如树枝 鸟类等 也被电弧烧 掉而消失 故障点的绝缘强度重新恢复 这类故障称为 瞬时性故障 此时 如果把断开 的断路器重新合上 即可恢复正常供电 此外 也可能发生 永久性故障 例如由于线路倒杆 断线 绝缘子击穿或损坏等引 起的故障 在线路被断开之后 故障仍然是存在 此时 再合上电源 故障依然存在 线 路将被继电保护再次断开 不能恢复正常供电 由于送电线路发生的故障具有以上特点 因此 在线路被断开以后再进行一次合闸 则有可能大大提高供电的可靠性 若由运行人员手动进行合闸 则由于停电时间过长 用 户电动机多数已经停止运转 因此 效果不甚显著 为此在电力系统中采用了断路器跳闸 之后 能够自动地将断路器重新合闸的自动重合闸装置 ARC 提高送电线路工作的可靠性 由于设重合闸装置不能判断线路上是瞬时性故障还是永久性故障 因此 在重合以后 可能成功恢复供电 也可能不成功 重合闸的成功率用重合成功的次数与总动作次数比来 表示 根据运行资料的统计 成功率一般在 60 90 在微机保护中重合闸装置应用自适 应原理可在重合之前先判断是瞬时性故障还是永久性故障 可以大大提高重合闸的成功率 一 电力系统中采用重合闸的技术经济效果电力系统中采用重合闸的技术经济效果 主要地可归纳如下 1 大大提高供电的可靠性 减少线路停电的次数 特别是对单册侧电源的单回线路 尤为显著 2 在高压输电线路上采用重合闸 还可以提高电力系统并列运行的可靠性 3 在电网的设计与建设过程中 有些情况下由于考虑重合闸的作用 即可以暂缓架 301 设双回线路 以节约投资 4 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 也能起纠正的作 用 对于重合闸的经济效益 应该用无重合闸时 因停电而造成的国民经济损失来衡量 由于重合闸装置本身的投资很低 工作可靠 因此 在电力系统中获得了广泛的应用 对 1kV 及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路 当其上有断路器时 就应装设自 动重合闸装置 在用高压熔断器保护的线路上 一般采用自动重合熔断器 此外 在供电 给地区负荷的电力变压器上 以及发电厂和变电站的母线上 必要时也可以装设自动重合 闸装置 二 装设自动重合闸的规定装设自动重合闸的规定 自动重合闸装置应按下列规定装设 1 3KV 及以上的架空线路和电缆也架空混合线路 在其有断路器的条件下 如用 电设备允许且无备用电源自动投入时 应装设自动重合闸装置 2 旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器 应装设自动重合闸装 置 3 低压侧不带电源的降压变压器 可装设自动重合闸 4 必要时 母线故障可采用母线自动重合闸装置 三 使用重合闸的不利影响使用重合闸的不利影响 在采用重合闸以后 当重合与永久性故障时 它将带来一些不利的影响 如 1 使电力系统又一次受到故障的冲击 并可能降低系统并列运行的稳定性 2 使断路器的工作条件变得更加严重 因此它要在很短的时间内 连续切断两次 短路电流 这种情况对于油断路器必须加以考虑 因此在第一次跳闸时 由于电弧的作用 以使油的绝缘强度降低 在重合后第二次跳闸时 是在绝缘已经降低的不利条件下运行的 因此 油断路器在采用了重合闸以后 其遮断容量也要有不同程度的降低 一般约降低到 80 左右 因此 在短路容量比较大的电力系统中 上述不利条件往往限制了重合闸的使 用 因此 能够判断是瞬时性故障或永久性故障 以及检测消弧情况的自适应重合闸的研 究具有重要的意义 目前这一技术已趋于成熟已开始在电力系统中试运行 例如在中性点 经消弧线圈接地的电网中 用微机自适应重合闸即可根据消弧线圈中电流的大小判断弧光 302 熄灭的情况 从而自动调整重合闸时间 第二节 对自动重合闸装置的基本要求 1 重合闸不应动作的情况 1 有值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时 2 手动投入断路器 由于线路上有故障 而随即被继电保护将其断开时 因为在 这种情况下 故障是属于永久性的 它可能是由于检修质量不合格 隐患未消除或者保安 的接地线忘记拆除等原因所产生 因此再重合一次也不可能成功 3 除上述条件外 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 2 重合闸的启动方式 为了能够满足第 1 项所提出的要求 应优先采用由控制开关的位置与断路器位置不对 应的原则来起动重合闸 即当控制开关在合闸位置而断路器实际上处于断开位置的情况下 使重合闸起动 这样就可以保证不论是任何原因使断路器跳闸以后 都可以进行一次重合 当用手动操作控制开关使断路器跳闸以后 控制开关与断路器的位置仍然是对应的 因此 重合闸就不会起动 在某些情况下 如使用单相重合闸时 当利用保护装置来起动重合闸时 由于保护装 置动作很快 可能使重合闸来不及起动 因此 必须采用措施 如用自保持回路 记忆回 路等 来保证重合闸能可靠动作 3 自动重合闸的动作次数 自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定 如一次式重合闸就应该只动作一次 当重合于永久性故障而再次跳闸以后 就不应该再动作 对二次式重合闸就应该能够动作 两次 当第二次重合于永久性故障而跳闸以后 它不应该再动作 在任何情况下 例如装置本身的元件损坏 继电器触点粘住或拒动等 重合闸均不应 使断路器多次地重合闸到永久故障上去 4 自动重合闸的复归方式 自动重合闸在动作以后 应该自动复归 准备好下一次再动作 但对 10KV 及以下电 压的线路 如当地有值班人员时 为简化重合闸的实现 也可以采用手动复归的方式 采用手动复归的缺点是 当重合闸动作后 在值班人员未及时复归以前 而又一次发 303 生故障时 重合闸将拒动作 这在雷雨季节 雷害活动较多的地方尤其可能发生 5 重合闸与继电保护的配合 自动重合闸装置应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 的和继电保护相配合 加速故障的切除 如用控制开关手动合闸并合于永久性故障时 也宜于采用加速继电保护动作的措施 因为这种情况与实现重合闸后加速的要求是完全一样的 当采用重合闸后加速保护时 如果合闸瞬间所产生的冲击电流或断路器三相触头不同 时合闸所产生的零序电流有可能引起继电保护误动作时 则应采取措施 如适应增加一延 时 予以防止 6 对双侧电源线路上重合闸的要求 在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 详见本章第四节 7 闭锁重合闸 1 自动重合闸装置应具有接受外来闭锁信号的功能 2 当断路器处于不正常状态 例如操作机构中使用的气压 液压降低等 而不允 许实现重合闸时 应将自动重合闸装置闭锁 第三节 单侧电源送电线路三相一次重合闸的工作原理 如图 11 1 a 所示为电容式三相一次重合闸装置 ARC 展开图 主要由重合闸中间继 电器 KM 重合闸起动时间元件 KT 一次合闸充放电回路等组成 重合闸与继电保护相配 合 实现重合闸后加速保护的动作 虚线框内为 DH 1 型重合闸继电器内部接线 图中 QF1为断路器的辅助常闭触点 当断路器在合闸位置时 触点是断开的 因此跳 闸位置继电器 KTP1切断重合闸起动的时间元件 KT 重合闸装置不起动 SA 为手动操作 的控制开关 其触点通断情况如图 11 1 b 所示 电容式重合闸装置 ARC 是利用控制开关 SA 与断路器 DF 不对应进行起动 利用电容 器 C 的瞬时放电和长时充电来实现一次重合的 1 正常工作状态 正常工作状态下断路器 QF 在合闸位置 QF1触点断开 QF2闭合 控制开关 SA 在 合闸后 位置 其触点 21 23 接通 电容器 C 经充电电阻 4R 充电 经 15 20s 的延时后 304 充电到合闸中间继电器 KM 所需电压 并使信号氖灯 HNe点亮 表示允许重合闸 ARC 动作 2 断路器由保护动作或其他原因误动作而跳闸 此时断路器 QF 处于 跳闸 位置 而控制开关 SA 仍处于 合闸后 的不对应位置 此时 QF1触点闭合 使跳闸位置继电器 KTP 励磁 其常开触点 KTP1闭合 起动重合闸的 时间 305 212387 5 6 3 2 U KT KT2 KT4HNe 17R KT1 KM 4R 5R 10 1 I KM KS C 4 KM1KM2KM3 ARC SA 24 母差或ADLF SA KTP1 XS KAT 2528 SA U KTL1 KTL LC KTL2 QF2 QF1 LT 58 SA 7R KTP I KTL 67 SA 1R KTL3 母差或ADLF 保 护 KAT FU1FU2 WC 起 动 灯光监视 充 放 电 出 口 ARC 后加速继电器 手 合防跳继电器 合 闸 跳闸位置继电器 手 动 保 护 及 自动装置 后 加 速 跳 闸 24 58 67 2123 2528 触 点 SA位置 手动合闸合闸后手动分闸分闸后 a b 图11 1 电容式三相一次重合闸装置展开图 a 接线图 b 控制开关SA触点通断情况 XB 6R WC 元件 KT 延时触点 KT1经 0 5 1 5s 后闭合 构成电容器 C 向中间继电器 KM 电压线圈放 电的回路 KM 动作 其各常开触点 KM1 KM3闭合 此时 控制电源经触点 KM1 KM2 KM3 KM 的电流自保持线圈 信号继电器 KS 切换片 XS 及跳跃闭锁继电 器的常闭触点 KTL2向断路器的合闸线圈 LC 发出合闸脉冲 使断路器 QF 重新合闸 KM3 306 闭合的同时 起动后加速继电器 KTA 以加速保护跳闸的动作 如果线路上发生的是瞬时性故障 则重合闸成功 断路器合闸以后 QF1断开重合闸的 起动回路 时间元件 KT 立即返回 同时 C 又开始经 R 充电 经 15 20S 充电时间以后 C 两端充满电压 整个回路即自动复归原状 准备好再次动作 3 线路上存在有永久性故障 线路上存在永久性故障时 在重合闸以后继电保护将再次动作跳闸 通过 KAT 的触点 加速继电保护的动作 此时 QF1触点又将接通 重合闸起动与时间元件动作同前 但是由 于充电时间小于 15 20s 电容器 C 不能充电到 KM 动作电压 断路器不再重合 另外 如 图 11 2 所示 重合闸装置 ARC 第二次起动 KT1闭合后 由于 4R 的分压作用 不论经过多长时间 电容器两端的电 压只能达到 小于 KM 电压线圈的动作电 KM KMR R RR U 4 压 保证 ARC 装置只能重合一次 4 用控制开关 SA 手动跳闸 当控制开关 SA 在 预跳 位置 由图 11 1 b 可知 触点 2 4 接通 使 C 经 6R 放 电 当控制开关 SA 在 跳闸后 位置 断路器 QF 位置与控制开关 SA 位置相对应 触点 21 23 断开了重合闸的正电源 实现手动闭锁 ARC 因此保证了手动跳闸以后断路器 QF 不重合 5 用控制开关手动合闸 用控制开关手动合闸时 合闸后 QF1触点断开 不会起动重合闸 此外 C 开始充电 如上所述需经 15 20s 后 C 充满电压 此时 如果线路上存在有故障 则当断路器投入而随即由继电保护动作经跳闸线圈 LT 跳闸以后 由于在断路器 QF 跳闸时 C 两端的充电电压不足以 KM 起动 不会发生自动 重合 此种工作情况与重合闸装置 ARC 动作后重合在永久性故障上的情况相似 6 重合闸后加速继电保护动作的回路 重合闸后加速继电保护动作 当被保护线路上第一次发生故障时 继电保护按原来有选 择性的整定值动作切除故障 重合闸随即起动进行一次合闸并起动 KAT 如果重合与永久 性故障上 继电保护再次动作时 KAT 瞬时闭合延时打开的常开触点短接保护的时间元件 U KT1 KM 4R C 图11 2 KT1闭合后 电容器C两端充电电压说明 U RKM 307 重合闸后加速保护动作 关于加速回路与保护配合的各种情况 请参阅本章的第七节 7 跳跃 闭锁继电器 KTL 的作用 跳跃 闭锁继电器 KTL 也称为防跳继电器 通常采用 DBJ 115 型中间继电器 它有 电流线圈和电压线圈 电流线圈通电动作 电压线圈自保持 手动合闸于永久性故障时 继电保护动作 使跳闸线圈 LT 通电分闸的同时 KTL 的电流线圈励磁 一方面其常闭触 点 KTL2断开 切断合闸回路 以防止值班人员在手动合闸后未放开 SA 手柄或自动重合闸 装置的触点粘住的情况下再次合闸 另一方面 KTL 的常开触点 KTL1闭合 使其电压线圈 通电自保持 直到 SA 手柄放开 触点 5 8 断开或自动重合闸装置的触点恢复正常为止 KTL3防止保护出口继电器的触点先于断路器 QF 的辅助常开触点 QF2断开时烧毁保护出口 继电器的触点 串联 1R 用以保证保护的信号继电器线圈不被 KTL3短接 能够可靠掉牌 8 母差保护或自动按频率减载装置 ADLF 动作时 当母线故障母线保护动作或自动按频率减载装置 ADLF 动作使断路器跳闸时 均不应重 合闸 为此 将母差保护或自动按频率减载装置 ADLF 的动作触点与控制开关 SA 的触点 2 4 并联 经 6R 接通电容器 C 的放电回路 保证重合闸装置 ARC 不动作 五五五 双侧电源送电线路自动重合闸的方式及选择原则 1 双侧电源送电线路重合闸的特点 在双侧电源送电线路上实现重合闸时 除应满足在第一节中提出的各项要求以外 还 必须考虑如下的特点 1 当线路上发生故障时 两侧的保护装置可能以不同的时限动作于跳闸 例如在一 侧为 I 段动作 另一侧为 II 段动作 此时为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复 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的断路器都跳闸以后 再进行 重合 2 当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 因此 双侧电源送电线路上的重合闸 应根据电网的接线方式和运行情况 在单侧电 源重合闸的基础上 采取一些附加的措施 以适应新的要求 308 2 双侧电源送电线路重合闸的主要方式 近年来 双侧电源线路的重合闸 出现了很多新的方式 保证了重合闸具有更显著的 效果 现将主要方式分述如下 1 并列运行的发电厂或电力系统之间 在电气上有紧密联系时 例如具有三个以上联 系的线路或三个紧密联系的线路 如图 11 3 中电源 A 和 C 之间的联系 由于同时断开所 有联 图11 3 分析重合闸使用原则的网络 A B C D EFC A B U UU ARCARC KSYKV 图11 4 具有同步和无压检定的重合闸接线示意 U U 同步检定继电器KSY U 无压检定继电器KV ARC 自动重合闸装置 系的可能性几乎是不存在的 因此 当任一条线路断开之后又进行重合闸时 都不会出现 非同步合闸的问题 在这种情况下 可以采用不检查同步的自动重合闸 2 并列运行的发电厂或电力系统之间 在电气上联系较弱时 例如只有两个联系的线 路或三个弱联系的线路 如图 11 4 中电源 A 和 B 之间的关系 则需要根据具体情况考虑 如下 1 当非同步合闸的最大冲击电流超过允许值时 按 180 所有同步发电机的电 势 E 1 05UN G计算 则不允许非同步合闸 此时必须检定两侧电源确实同步之后 才能进 行合闸 为此可在线路的一侧采用检查线路无电压而在另一侧采用检定同步的重合闸 如 图 11 4 所示 2 当非同步合闸的最大冲击电流符合要求 但从系统安全运行考虑 如对重要负荷 的影响等 不宜采用非同步重合闸时 可在正常运行方式下采用不检查同步的重合闸 而 当出现其他联络线均断开而只有一回线路运行时 重合闸停用 一避免发生非同步重合的 情况 309 3 在没有其他旁路联系的双回线路上 如图 11 5 所示 当不能采用非同步重合闸时 可采用检定另一回线路上有电流的重合闸 因为当另一回线路上有电流时 即表示两侧电 源仍保持联系 一般是同步的 因此可以重合 采用这种重合闸方式的优点是因为电流检 定比同步检定简单 2 在双侧电源的单回线路上 当不能采用非同步重合闸时 可根据具体情况采用下列 重合闸方式 图11 5 双回线路上采用检查另一回线路 有电流的重合闸重合闸示意图 U ARC 图11 6 单回线路上采用解列 重合闸示意 ARCARC KAKA K 解列点 重要 负荷 非重要 负荷 1 一般采用解列重合闸 如图 11 6 所示 正常时由系统向小电源侧输送功率 当线 路 如 K 点 发生故障后 系统侧的保护动作使线路断路器跳闸 小电源侧的保护动作则 使解列点跳闸 而不跳故障线路的断路器 小电源与系统解列后 其容量基本上与所带的 重要负荷相平衡 这样就可以保证地区重要负荷的连续供电并保证电能的质量 在两侧断 路器跳闸后 系统侧的重合闸检查线路无电压 在确正对侧已跳闸后进行重合 如重合成 功 则由系统恢复对地区非重要负荷的供电 然后 再在解列点处实行同步并列 即可恢 复正常运行 如果重合不成功 则系统侧的保护再次动作跳闸 地区的非重要负荷将被迫 中断供电 解列点的选择原则应是 尽量使发电厂的容量与其所带的负荷接近平衡 这是这种重 合闸方式所必须考虑并加以解决的问题 2 对水电厂如条件许可时 可以采用自同步重合闸 如图 11 7 所示 线路 K 点发生 故障后 系统侧的保护使线路断路器 跳闸 水电厂侧的保护则动作于跳开 发电机的断路器和灭磁开关而不跳故 障线路的断路器 然后系统侧的重合 闸检查线路无电压而重合 如重合成 U ARC 图11 7 水电厂采用自同步重合闸示意图 K 水电厂 地区 负荷 系统 ARC 310 功 则水轮发电机以自同步的方式 自动与系统并列 因此 称为自同步重合闸 如重合 不成功 则系统侧的保护再次动作跳闸 水电厂被迫停机 采用自同步重合闸时 必须考虑对水电厂侧地区负荷供电的影响 因为 在自同步重 合闸的过程中 如果不采取其他措施 它将被迫全部停电 当水电厂有两台以上机组时 为了保证对地区负荷的供电 则应考虑一部分机组与系统解列 继续向地区负荷供电 另 一部分机组实行自同步重合闸 3 当上述各种方式的重合闸难以实现 而同步检定重合闸却有一定效果时 例如 当两个电源与两侧所带的负荷各自接近于平衡 因而在单回联络线上 交换的功率较小 或者当线路断开以后 每个电源都有一定的备用容量可供调节 则也可以采用同步检定和 无电压检定的重合闸 4 非同步重合闸 当符合下列条件且认为有必要时 可采用非同步重合闸 即在线 路两侧断路器跳闸后 不管两侧电源是否同步 一般不需附加条件 即可进行重合 在合 闸瞬间 两侧电源很可能是不同步的 1 重合闸时 流过发电机 同步调相机或电力变压器的最大冲击电流不超过规定值 在计算时 应考虑实际上可能出现的对同步电机或电力变压器最严重的运行方式 2 在非同步合闸所产生的振荡过程中 对重要负荷的影响较小 或者可以采取措施 减小其影响时 例如尽量使电动机在电压恢复后能自启动 在同步电动机上装设再同步装 置等 3 220 500KV 线路应根据电力网结构和线路的特点确定重合闸方式 对 220kv 线 路 满足上述有关采用三相重合闸方式的规定时 可装设三相重合装置 否则装设综合重 合闸装置 330 500KV 线路一般情况下应装设综合重合闸装置 五五五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 11 4 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 KV 而在另一侧则 装设检定同步的继电器 KSY 重合闸本身的接线与图 11 1 接线不同之处只是在起动时间 元件的回路中串入 KV 或 KSY 的触点 这样当线路有电压或是不同步时 重合闸就不能起 动 同步检定的重合闸不用后加速 311 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 该侧重合闸根本不起动 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 由此可见 在检定线路无电压一侧的断路器 如重合不成功 就要连续两次切断短路电流 因此 该断路器的工作条件就要比同步检定 的继电器的工作条件恶劣 为了解决这个问题 通常在每一侧都装设同步检定和无电压检 定的继电器 利用连接片进行切换 使两侧断路器轮换使用每种检定方式的重合闸 因而 使两侧断路器工作的条件接近相同 在使用检查线路无电压方式的重合闸的一侧 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 因此 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 两者的触点并联工作 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 即可将误跳闸的断路器重新投入 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 因此 从结果上看 这种重合闸方式的配置原则如图 11 8 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 图11 8 采用同步和无压检定的重合闸的配置关系图 U ARC U U 无压 同步 U ARC U U 无压 同步 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 同步检定继电器的原理接线如图 11 9 所示 中间电压变换器 TVM1和 TVM2分别从母 线侧和线路侧电压互感器上接入同名相的电压 其二次侧绕组反极性相接 则输出电压 312 与两个电压的相位差 有关 如图 11 10 所示 U 图11 9 同步检定检定 继电器接线图 静态低电压继电器 图11 10 加于同步检定检定继电器上 合成电压 与 的关系 TVM2 TVM1 1 U 2 U 1 U 2 U U 0 U 由图 11 10 可知 21 UUU 当 U1 U2 时其有效值与 的关系为 2 2 1 sinUU 继电器定值范围一般为 20 40 因此 1 68403470 U U 当 0 时 随着 的增大 也大约成正比的增加 因此可以用一个低0 U U 电压继电器来反映的变化而动作 当小于定值时 它动作闭合其常闭触点 允许U U 重合闸动作 而当大于定值时 其常闭触点断开 将重合闸闭锁 U 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 其原理接线如图 11 11 所示 在抽取 装置二次侧接有固定阻尼电阻 R 防止在一 次操作或系统干扰下产生的过电压 保护二次设备和相应的二次回路 R 一般为 400W 的线 绕电阻 五五五 重合闸动作时限的选择原则 图11 11 线路电压抽取装置接线图 C C F TV L R af Nf a N 去同期继电器KSY 或同期回路 313 1 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 因为电源中 断后 电动机的转速急剧下降 电动机被其负荷所制动 当重合闸成功恢复供电以后 很 多电动机要自起动 此时由于自起动电流很大 往往会引起电网内电压的降低 因而又造 成自起动的困难或拖延其恢复工作的时间 电源中断的时间越长则影响就越严重 那么重 合闸为什么又要带有时限 其原因如下 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 是需要一定 时间的 必须在这个时间以后进行合闸才有可能成功 在考虑上述时间时 还必须计及负 荷电动机向故障点反馈电流所产生的影响 因为它是使绝缘强度恢复变慢的因素 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 即图 11 1 中 KT 元件的整定时间 tARC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起动 则其动作时 限还应该加上断路器的跳闸时间 根据我国一些电力系统的运行经验 上述时间整定为 0 3 0 5 似嫌太小 因而重合成功率较低 而采用 ls 左右的时间则较为合适 2 双侧电源线路的三相重合闸 其时限除满足以上要求外 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 11 12 所示 设本侧保护 1 的动作时间为 tPD 1 断路器动作时间为 tQF 1 对侧保护 2 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 要经过 的时 2121 QF QF PD PD tttt 间才能跳闸 再考虑故障点灭弧和周围介质去游离的时间 则先跳闸一侧重合闸的动作 u t 时限应整定为 图11 12 双侧电源线路重合闸动作时限配合示意图 t 0 tPD 1 tPD 2tQF 2 tQF 1 tu tAR QF1 重合 保护2 跳闸 保护1 跳闸 314 u QF QF PD PDset tttttt 2121 当线路上装设三段式电流或距离保护时 tPD 1采用本侧 I 段保护的动作时间 而 tPD 2一 般采用对侧 段或 段保护的动作时间 第七节 重合闸与继电保护的配合 为了能尽量利用重合闸所提供的条件以加速切除故障 继电保护与之配合时 一般采用 如下两种方式 1 重合闸前加速保护 重合闸前加速保护一般又 简称为 前加速 如图 11 13 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 的时限就较长 为了能加速故障的切除 可在保护 3 处装设一套重合闸装置 ARC 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 瞬时动作予以切除 如 果故障是在线路 AB 以外 如 K1点 保护 3 的动作都是无选择性的 但断路器 3 跳闸后 即起动重合闸 ARC 重新恢复供电 从面纠正了上述无选择性的动作 如果此时的故障是瞬 时性的 则在重合闸以后即可恢复供电 如果故障是永久性的 则故障由保护 1 或 2 切除 当保护 2 拒动时 则保护 3 第二次就按有选择性的时限 t3动作于跳闸 为了使无选择性的 动作范围不扩展的太长 一般规定当变压器低压侧 K2点短路时 保护 3 不应动作 因此 其起动电流还应按照躲开相邻变压器低压侧 K2短路点来整定 采用前加速的优点是 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 能保证发电厂和重要变电站的母线电压在 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 图11 13 重合闸前加速保护的系统接线图 A BC K1 K2 123 t1 t2 t3 tPD t t l ARC 315 前加速的缺点是 l 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 及以下由发电厂或重要变电站引出的直配线路上 以便快速 切除故障 保证母线电压 在这些线路上一般只装设简单的电流保护 2 重合闸后加速保护 重合闸后加速保护一般又简称为 后加速 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 重合闸装置装设于 35kV 以上的网络及对重要负荷供电的送电的每条线路上 采用 后 加速 的配合方式 在这些线路上一般都装有性能比较完善的保护装置 例如 三段式电 流保护 距离保护等 因此 第一次有选择性地切除故障的时间 瞬时动作或具有 0 3 O 5s 的延时 均为系统运行所允许 而在重合闸以后加速保护的动作 一般是加速第 段的动作 有时也可以加速第 段的动作 就可以更快地切除永久性故障 后加速保护的优点是 1 第一次是有选择性的切除故障 不会扩大停电范围 特别是在重要的高压电网中 一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正 前加速的方式 2 保证了永久性故障能瞬时切除 并仍然是有选择性的 3 和前加速保护相比 使用中不受网络结构和负荷条件的限制 一般说来是有利而无 害的 后加速的缺点是 1 每个断路器上都需要装设一套重合闸 与前加速相比较为复杂 2 第一次切除故障可能带有延时 利用图 11 1 三相一次重合闸展开图所提供的 加速继电器 KAT 常开触点以实现重合闸后加速过 电流保护的原理接线如图 11 14 所示 图中 KA KT2 图11 14 重合闸后加速保护原理接线图 KM KT KAT KT1 KA XB 316 为过电流继电器的常开触点 当线路发生故障时 它起动保护的时间继电器 KT 然后经 整定的时限后 其延时触点 KT2闭合 起动出口继电器 KM 而跳闸 当重合闸以后 如前 分析 KAT 的触点将闭合 ls 的时间 如果重合于永久性故障上 则 KA 再次动作 此时即 可由时间继电器 KT 的瞬时常开触点 KT1 压板 XB 和 KAT 的常开触点串联而立即起动 KM 动作于跳闸 从而实现了重合闸以后使过电流保护加速的要求 第八节 单相自动重合闸 对于三相式自动重合闸 不论送电线路上发生单相接地短路还是相间短路 继电保护 动作后均使断路器三相断开 然后重合闸再将三相投入 运行经验表明 在 220 500kV 的架空线路上 由于线间距离大 因而绝大部分故障是 单相接地短路 在这种情况下 如果只把发生故障的一相断开 然后再进行单相重合 而 未发生故障的两相仍然继续运行 就能够大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性 这种方式的重合闸就是单相重合闸 如果线路发生的是瞬时性故障 则单相重合成功 恢 复三相的正常运行 如果是永久性故障 单相重合不成功 则需根据系统的具体情况 如 不允许长期非全相运行时 应切除三相并不再进行重合 如需要转入非全相运行时 则应 再次切除单相并不再进行重合 目前一般单相重合闸都是采用重合不成功时跳开三相的方式 单相重合闸应考虑以下几方面的问题 1 故障相选择元件 单相重合闸应具有故障相的选择元件 简称选相元件 选相元件的基本要求为 1 应保证选择性 即选相元件与继电保护相配合只跳开发生故障的一相 而接于另外 两相上的选相元件不应动作 2 在故障相末端发生单相接地短路时 接于该相上的选相 元件应保证足够的灵敏性 根据网络接线和运行的特点 常用的选相元件有 1 电流选相元件 在每相上装设一个过电流继电器 其起动电流按照大于最大负荷电流的原则进行整定 以保证动作的选择性 这种选相元件适于装设在电源端 且短路电流比较大的情况 它是 根据故障相短路电流增大的原理而动作的 317 2 低电压选相元件 用三个低电压继电器分别接于三相的相电压上 低电压继电器是根据故障相电压降低 的原理而动作 它的起动电压应小于正常运行以及非全相运行时可能出现的最低电压 这 种选相元件一般适于装设在小电源侧或单侧电源线路的受电侧 因为在这一侧如用电流选 相元件 则往往不能满足选择性和灵敏性的要求 3 阻抗选相元件 用三个低阻抗继电器分别接于三个相电压和经过零序补偿的相电流上的分析 L 以保证 继电器的测量阻抗与短路点到保护安装地点之间的正序阻抗成正比 阻抗选相元件比以上 两种选相元件具有更高的选择性和灵敏性 因而在复杂网络的接线中获得了较为广泛的应 用 至于阻抗继电器的特性 根据需要可以采用全阻抗继电器 方向阻抗继电器或偏移特 性的阻抗继电器 在有些情况下也可以考虑采用透镜特性或四边形特性的阻抗继电器 对阻抗选相元件的整定值应考虑满足以下要求 1 当本线路末端短路时 保证故障相选相元件具有足够的灵敏度 2 当本线路上发生单相接地时 保证非故障相选相元件可靠不动作 3 在单相接地经阻抗选相元件跳开单相后 由于非全相状态下的零序电流较大 使选相 元件可能不返回 这可能造成重合成功后再次跳闸 为此 应使用相电流继电器 其触点 与选相元件触点串联 此电流继电器动作时间应稍慢以便重合成功 零序电流消失时选相 元件先于电流继电器动作而返回 4 当本线路上发生单相接地短路而两侧的保护相继动作时 在一侧断开以后 另一侧将 出现一相短路接地加同名相断线的复故障型式 此时仍要求故障相选相元件应正确动作 而非故障相的选相元件应可靠不动作 为此就需要计算在上述复故障情况下 故障相和非 故障相选相元件的测量阻抗 然后加以验算 5 在非全相运行时 如果需要选相元件能作为距离元件独立工作 则非断线相的选相元 件应可靠不动作 而在非全相运行时又发生故障 则应可靠动作 为此就需要计算在这种 复故障情况下选相元件的测量阻抗并加以验算 6 若在非全相运行时发生故障的情况下或进行重合之后 选相元件尚需独立工作 则其 整定值必须躲开全相运行中发生振荡时继电器的测量阻抗 318 为了进行以上的整定 需要进行大量的分析和计算 从略 4 相电流差突变量选相元件 利用每两相的相电流之差构成三个选相元件 它们是利用故障时电气量发生突变的原 理构成的 三个反应电流突变量的继电器所反应的电流分别为 ACCA CBBC BAAB IIdId IIdId IIdId 继电器的原理接线框图如图 11 15 所示 在中间变流器 TA 的一次侧反应两相电流之差 例如 其二次侧输出接入突变量提取回路 此回路的输出仅反应于输入电流的 BA II 突变量 而与稳态的电流无关 突变量提取回路的电路原理接线如图 11 16 所示 由运放 A1 两个电容器 C 和电阻 R1 R4组成一个 50Hz 的带通有源滤波器 选择其增益 KF 1 Q 4 5 当 f 50Hz 时 设输 入电压为 其输出电压则为 由 A2 R5 R8组成一个反相加法器 RII BA RII BA 其输入信号一个直接来自 另一个则为 A1的输出电压 当选择RII BA RII BA R5 R6 R7 图11 15 两相电流突变量电流电器原理接线框图 突变量提取回路 R 图11 16 突变量提取回路原理接线图 BI A I 50Hz 带 通 滤 波 器 触发器 脉冲展宽回路 门槛电压 TA C C A1 A2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 图11 17 两相电流突变量电流电器波形图 t t iA iB d iA iB t1t3t4t2 时 则 A2的输出即可表示为 这是因为 在正常运行时 A2的两个输入电压 BA IId 319 幅值相等而相位差 180 因此相加后输出电压约为 0V 如波形图 11 17 中 t1这段时间内所 示 从 t2开始 被保护线路上发生故障 的电压突然升高 如图中的实线所示 Rii BA 而 A1的输出电压 由于其 Q 值较高 因此会有一个时间的延迟 如图中的点线所示 其 持续时间为 t2 在 t3这段时间里 又趋于新的稳定状态 从 t4开始 故障被切除 因此输 入电压立即降低到零 A1的输出电压则按 50HZ 震荡衰减到零 持续的时间为Rii BA t4 这样在 t2和 t4这两个时间段内 所获得的就是电流突变量的信号 BA IId 此信号再经过一个 Q 1 用以消除各种谐波分量的影响的 50HZ 带通滤波器 全波整 流后接入一个有可调门坎电压的触发器 由于突变量继电器在动作时只能输出很短的脉冲 因此在触发器后应加脉冲展宽回路 在微机保护和重合闸装置中用故障后的采用值减去一个周波前的采样值 KBA ii 即可得到的采样值 K 为当前的采样序号 N 为每周的采样点数 NKBA ii BA ii 即 K NBAKBABA iiiiii 在各种故障情况下 相电流差突变量选相元件的动作情况如表 11 1 所示 由表可见 在 表格 11 1 各种类型故障时相电流差突变量继电器动作情况 选相元件 故障类型故障相别 II d BA II d CB II d AC 单相接地 A B C 两相短路或两相短路接地 AB BC CA 三相短路ABC 注 表示动作 表示不动作 320 单相接地故障时 反映非故障相电流差突变量的继电器动作 而在其他故障情况下 所有 三个继电器都动作 为此 采用如图 11 18 所示的逻辑方框图 即可构成单相接地故障的 选相元件 图11 18 利用相电流差 突变量继电器构成选相元件的逻辑框图 但如果在重合闸过程中下降到低于允许值时 则应保证重合闸动 作的完成 综合重合闸装置一般由选相元件 接地故障判别元件 相电流元件 时间元件 中间元 324 件和信号元件组成 1 选相元件 在线路发生接地故障时 正确选择故障相别 进行单相切除故障 要 求故障相的选相元件在本线路末端发生单相接地故障有足够的灵敏度 非故障选相元件可 靠不动作 2 接地故障判别元件 区别线路上的故障是否为接地故障 利用接地故障时的零序 分量即可区别故障的性质 当发生单相接地故障时 接地故障判别元件动作 解除相间故 障跳三相回路 由选相元件选出故障相别跳单相 当发生两相接地短路时 故障判别元件 同样动作 由选相元件选出故障的两相 再由三取二回路跳开三相 相间故障时无零序分 量 故障判别元件不动作 立即沟通三相跳闸回路 即 沟 三跳 目前我国 220kV 系统广泛采用零序电流继电器或零序电压继电器作为接地故障判别元件 3 相电流元件 1 作为辅助选相元件 用来闭锁接于线路电压互感器上的选相元件 2 检定重合闸后有故障时送出后加速信号 3 作为断路器失灵保护的分相起动元件和全相运行的判别元件 继电保护与综合重合闸接地故障判别元件和选相元件的逻辑关系如图 11 22 所示 图 中 A B C 相单相接地短路时的选相元件可采用采用带有零序电流补偿的 0 接线方式 的阻抗继电器 KIA KIB KIC 零序电流继电器 KAZ 作为接地故障判别元件 图11 22 保护装置和接地故障判别元件 选相元件 及重合闸回路配合的逻辑关系 1 2 3 A相 选相元件 B相 选相元件 C相 选相元件 A相 跳闸 B相 跳闸 C相 跳闸 重 合 闸 回 路 1 8 M Q N P 7 KAZ 4 5 6 1 三相 跳闸 0 I 为了便于与各种不同类型的继电保护配合 综合重合闸装置设有 N M P Q 四个保 325 护接入端子 综合重合闸与各种保护的连接如下 1 能躲开非全相运行的保护 相差高频保护 定值较大的零序 段 相间距离 段保护等 接综重的 N 端子 这些保护在单相跳闸后 出现非全相运行时 保 护不退出运行 此时非故障的两相再发生故障时 保护仍能动作跳闸 2 本线路非全相运行可能误动作 相邻线路非全相运行不会误动作的保护 零序 段 高频闭锁式保护 高频方向保护等 接综重的 M 端子 3 相邻线路非全相运行会误动作的 零序 段保护等 接综重的 P 端子 4 任何故障下跳三相 需重合三相的保护 如可以实现三相重合闸的母线保护 接 综重的 Q 端子 5 任何故障下跳三相 不重合的保护 如可直接经操作箱跳闸的长延时后备段保护 接综重的 R 端子 综合重合闸的工作方式有四种 即综合重合闸方式 单相重合闸方式 三相重合闸方 式和停用重合闸方式 1 综合重合闸方式 单相故障 跳单相重合单相 重合于永久性故障跳三相 相间 故障跳三相 重合三相 检定同期或无压 重合于永久