电力系统继电保护原理

电力系统继电保护原理第五章自动重合闸瞬时性故障：线路被继电保护迅速断开后，电弧即行熄灭，故障点的绝缘强度重新恢复，外界物体也被电弧烧掉而消失，此时，把断开的线路断路器再合上，就能恢复正常的供电，称这类故障为“瞬时性故障”。

永久性故障：线路被断开以后，故障仍然存在，这时即使再合上电源，由于故障仍然存在，线路还要被继电保护再次断开，不能恢复正常的供电。此类故障称为“永久性故障”。一、基本概念

线路正常运行时，ZCH应投入，当值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，ZCH不应动作。当值班人员手动投入断路器，由于线路上有永久性故障而随即被继电保护将其断开时，ZCH不应动作。除上述情况外，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合闸。

ZCH的启动应按控制开关的位置和断路器的位置不对应的原则进行或由保护装置来启动。即当控制开关处在合闸位置而断路器实际处于断开位置时，ZCH应启动动作。

二、对自动重合闸装置（ZCH）的基本要求

ZCH的动作次数应符合预先规定。无特殊要求时对架空线路只重合一次。

ZCH动作后，应能自动复归，为下一次动作做好准备。应能和继电保护装置配合，使保护装置在重合闸前加速动作或重合闸后加速动作，加速故障的切除。在双侧电源的线路上实现ZCH时，应考虑合闸时两侧电源的同步问题，并满足所提出的要求。当断路器处于不正常状态（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ZCH装置闭锁。主要由重合闸起动回路、重合闸时间元件、一次合闸脉冲元件及控制开关闭锁回路等组成。三、单侧电源线路晶体管型三相一次ZCH接线和工作原理1．正常工作状态

断路器在合闸位置，DL1触点接通，三极管T1截止，电容器C3经R5和R6充满电，1点电位为+E，2点电位为0V，充满此电压所需的时间为15～25s；

由于2点电位为0V，稳压管W2（击穿电压为10V）截止，T2由R7供给基流导通；T2导通使T3截止，信号继电器XJ和重合闸执行继电器HQJ均不动作。

图中DL1为断路器的辅助常开触点，可用合闸位置继电器HWJ触点代替，当断路器在合闸位置时，触点是接通的，因此电容器C1被短接，时间元件不起动。

KK为手动操作的控制开关，在手动跳闸时接通，用以解除和闭锁重合闸。HQJ为合闸继电器，XJ为具有磁保持功能的信号继电器，JSJ为重合闸后加速继电器。2．断路器由保护动作或其它原因误动作而跳闸

DL1触点打开，C1经R1充电，时间元件起动，经预定重合闸延时后，C1充电电压达稳压管W1的击穿电压，于是T1经R1和W1供给基流而导通，1点电位突变至接近0V，由于C3两端电压不能突变，2点电位被迫变为-E，此时W2被击穿，使负电压加于T2的基极，于是T2截至，T3随之导通，HQJ和XJ动作，向断路器发出合闸脉冲，同时给出重合闸动作信号。

实际上，2点电位变负后，C3通过D1、T1和R2而放电，经0.1秒后，2点电位回升到使稳压管W2不能再击穿时，T2又将导通，T3随之截止，这是“一次合闸脉冲元件”工作过程。可见，T3只在0.1秒过程中导通，使HQJ动作发一合闸脉冲，保证一次重合。

如线路上发生瞬时性故障，重合闸成功，断路器合闸后，“重合闸起动与时间元件”立即返回，T1截止，C3又开始经R5和R6充电。经15～25s后，C3充满电压，回路复归原状。3．线路上存在有永久性故障

在重合闸以后继电保护将再次动作跳闸，DL1接点又打开，“重合闸起动与时间元件”动作同前，使T1导通，但由于C3尚未来得及充满电压，T2并不截止，“一次合闸脉冲元件”就不会再发出宽度为0.1秒的脉冲，保证只进行一次重合闸。

4．用控制开关手动跳闸和合闸

当控制开关在预跳位置，KK触点接通，一方面接通C3经R4和D2的放电回路，使C3放电，另一方面使T2的集电极输出经D4接通0V，实现手动闭锁，保证了手动跳闸以后不至于重合。在手动跳闸以后，DL1触点打开，则C3一直处于放电状态。

用控制开关手动合闸时，合闸后，DL1触点接通，T1截止，C3开始充电，需经15～25s时间后，C3充满电压。

5.合闸动作时限的选择原则

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。四、双侧电源送电线路重合闸的方式及选择原则1.特点：当线路上发生故障时，两侧的保护装置以不同的动作时限动作于跳闸，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，线路两端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；线路故障跳闸后，存在重合闸时两侧电源是否同步，以及是否存在非同步合闸的问题。因此，双侧电源线路的重合闸，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。

a.并列运行的发电厂或电力系统之间，电气上紧密联系时（如具有三个以上联系的线路或三个紧密联系的线路，如图中电源A和C之间），由于同时断开所有联系的可能性几乎不存在，可采用不检查同步的ZCH。图2分析重合闸原则所使用的网络接线2.主要方式：

b.并列运行的发电厂或电力系统之间，在电气上有联系较弱时，例如只有两个联系的线路或三个弱联系的线路，如图A和B的关系，需考虑：图3具有同步和无电压检定的重合闸接线示意图当非同步合闸的最大冲击电流超过允许值时，不允许非同步合闸，此时必须检定两侧电源确定同步之后才能进行重合，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3所示。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（重要负荷），不宜于采用非同步重合闸时，在正常运行方式下采用不检查同步的重合闸，而当其它联络线均断开而只有一回线路运行时，将重合闸停用，以避免发生非同步重合的情况。

在无其它旁路联系的双回线路上，如图4，当不能采用非同步重合闸时，可采用检定另一回线上有电流的重合闸。因为当另一回线路上有电流时，表示两侧电源保持联系，一般是同步，可以重合。该方式优点：电流检定比同步检定简单。图4双回线路上采用检查另一回线路有电流的重合闸示意图c.在双侧电源单回线路上，不能采用非同步重合闸时，可用：

1）采用解列重合闸，如图，正常时系统向小电源侧输送功率，当线路d点故障，系统侧保护动作使断路器跳闸，小电源侧保护使解列点跳闸，而不跳故障线路断路器。小电源与系统解列后，容量基本与所带重要负荷平衡，保证地区重要负荷连续供电。解列点选择原则:使发电厂容量与所带负荷接近平衡。图5单回线路上采用解列重合闸的示意图图6在水电厂采用自同步重合闸的示意图

2）对水电厂如条件许可，采用自同步重合闸，如图6，线路上d点故障后，系统侧保护使线路断路器跳闸，水电厂侧保护动作于跳开发电机断路器和灭磁开关而不跳故障线路的断路器。然后系统侧重合闸检查线路无电压而重合，如重合成功，水轮发电机以自同步方式自动与系统并列，称自同步重合闸。如重合不成功，系统侧保护再次动作跳闸，水电厂被迫停机。

3）当上述各种方式的重合闸难以实现，而同步检定重合闸确有一定效果时，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，或当线路断开后，每个电源侧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。

d.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，即在线路两端断路器跳闸后不管两侧电源是否同步，一般不须附加条件，即可进行重合，在合闸瞬间，两侧电源很可能是不同步的。

五、具有同步检定和无电压检定的重合闸当线路故障，两侧断路器跳闸后，检线路无电压一侧的重合闸首先动作。如重合不成功，断路器再次跳闸。此时由于对侧无电压，同步检定继电器不动作，因此该侧重合闸根本不起动。如重合成功，另一侧在检定同步之后，再投入断路器，线路恢复。可见，检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，其工作条件比同步检定一侧断路器的条件恶劣。为解决该问题，通常在每侧都装设同步检定和无电压检定的继电器，利用联接片进行切换，使两侧断路器轮换使用每种检定方式的重合闸，因而使两侧断路器的工作条件接近相同。

在使用检查线路无电压方式的重合闸的一侧，当断路器在正常运行下由于某种原因（如误碰跳闸机构，误动作）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。

为解决该问题，通常在检无电压的一侧同时投入同步检定继电器，两者触点并联工作。此时如遇上述情况，同步检定器能够起作用，当符合同步条件时，可将误跳闸的断路器重新投入。但，在使用同步检定的另一侧，无电压检定是绝对不允许同时投入的。

从结果上看，该方式配置原则是：一侧投入无电压检定和同步检定（并联工作），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。

为了尽可能缩短电源中断的时间，重合闸动作时限原则上应越短越好。

因为:电源中断后,电动机转速急剧下降，电动机被其负荷所制动，当重合闸成功恢复供电后，电动机要自起动。由于自起动电流很大，往往引起电网电压下降，又造成自起动困难或拖延恢复工作时间。电源中断时间越长影响越严重。

重合闸带时限原因如下：

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是需要一定的时间的，必须在这个时间以后进行合闸才可能成功。还必须计及负荷电动机向故障点反馈电流产生的影响,因为它是使绝缘强度恢复变慢的因素。六、合闸动作时限的选择原则1．单侧电源线路的三相重合闸

2）在断路器跳闸以后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油要一定时间。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发合闸脉冲，否则如合于永久性故障上，可能发生断路器爆炸的严重事故。如果重合闸是利用继电保护来起动，则其动作时限除应满足以上两个要求以外，还应加上断路器的跳闸时间。采用1s左右时间较为合适。

2.双侧电源线路的三相重合闸

除了满足以上要求，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。1.前加速保护：七、重合闸与继电保护的配合

保护1，2，3若采用过电流保护，任一线路故障，都由保护3采用前加速瞬时动作予以切除。如瞬时性故障，重合闸以后就恢复了供电。如永久性故障，按有选择性的时限切除。采用前加速的优点是：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。断路器工作条件恶劣，动作次数较多；重合于永久性故障上时，故障切除时间可能较长；如重合闸装置或断路器拒绝合闸，将扩大停电范围。甚至在最末一级线路上故障时，会使这条线路上的所有用户停电。能够快速地切除瞬时性故障；使瞬时性故障来不及发展成永久性故障，提高重合成功率；能保证发电厂和重要变电所的母线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；使用设备少，只需装一套重合闸装置，简单、经济。采用前加速的缺点是：当线路第一次故障时，保护有选择性地动作，然后进行重合。如重合于永久性故障上，在断路器合闸后，再加速保护动作，瞬间切除故障，而与第一次动作是否带时限无关。广泛应用于35kV以上网络及对重要负荷供电的送电线路上。第一次有选择性切除故障，不会扩大停电范围，在重要的高压电网中，不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正。保证了永久性故障能瞬间切除，仍有选择性的。和前加速相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制。2.后加速保护优点：后加速保护的缺点：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；第一次切除故障可能带有延时。原理接线图如图9，LJ为过电流继电器的触点，当线路发生故障时，它起动时间继电器SJ，然后经整定的时限后SJ2触点闭合，起动出口继电器ZJ而跳闸。当重合闸以后，如前分析，JSJ的触点将闭合1s的时间，如果重合于永久性故障上，则LJ再次动作，此时即可由时间继电器的瞬时常开触点SJ1、压板LP和JSJ的触点串联而立即起动ZJ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。

需有按相操作的断路器；需专门的选相元件与继电保护相配合，接线比较复杂；在单相重合闸过程中，由于非全相运行引起本线路和电网中其它线路的保护误动作，需要根据实际情况采取预防措施。缺点：在大多数故障情况下保证对用户连续供电，提高供电可靠性。由单侧电源单回路向重要负荷供电时保证不间断供电。在双侧电源联络线上采用单相重合闸，可在故障时大大加强两个系统的联系，提高系统并列运行的动态稳定。

在220-500kV架空线路上，线间距离大，运行经验表明绝大部分故障是单相接地短路。此时，如只把发生故障的一相断开，进行单相重合，发生故障的两相仍然继续运行，可大大提高供电可靠性和系统并列运行的稳定性。这就是单相重合闸。八、单相自动重合闸优点：潜供电流：当故障相线路自两侧切除后，如图，非故障相与断开相之间存在有静电（通过电容）和电磁（通过）联系，虽然短路电流已被切断，但在故障点的弧光通道中仍有：

1）非故障A通过A-C相间的CAC供给的电流；

2）非故障相B通过B-C相间的电容CBC供给的电流；

3）继续运行的两相，由于流过负荷电流IfA和IfB在C相中产生互感电势EM，此电势通过故障点和该相对地电容产生的