电力系统继电保护与二次回路课件 第8章 自动重合闸

第8章

自动重合闸8.1自动重合闸的作用、分类及要求8.1.1自动重合闸的作用运行经验表明，在电力系统的故障中，输电线路的故障占绝大部分，输电线路的故障中绝大多数是瞬时性的，比如雷击过电压引起绝缘子表面闪络、风筝绳索或树枝落在导线上引起的短路等。线路发生瞬时性故障被继电保护迅速断开后，电弧会立即熄灭，故障点绝缘强度重新恢复，故障随即自行消失。这时若将断路器再次合上，往往能立即供电，提高供电的可靠性。鉴于以上考虑，规程规定，3kV及以上的架空输电线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，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。8.1自动重合闸的作用、分类及要求8.1.1自动重合闸的作用在线路上装设自动重合闸装置以后，由于它不能判断是瞬时性故障还是永久性故障，因此重合之后可能成功也可能不成功，据运行资料的统计，重合闸的成功率在60%-90%，可见重合闸的经济效益是显著的，目前重合闸的功能常常集成在微机线路保护装置中，无需额外的投资，且工作可靠，故在电网中得到了广泛应用。输电线路上采用自动重合闸装置的作用可归纳如下：（1）提高输电线路的供电可靠性，减少因瞬时性故障停电造成的损失，特别是对单侧电源的单回线路尤为显著。（2）对于双端供电的高压输电线路，可提高系统并列运行的稳定性，从而提高线路的输电容量，所以自动重合闸技术被列为提高电力系统暂态稳定的重要措施之一。（3）可以纠正由于断路器本身机构不良，或继电保护误动作而引起的误跳闸。（4）自动重合闸与继电保护配合，在有些情况下，可以加速切除故障。8.1自动重合闸的作用、分类及要求8.1.2自动重合闸的分类自动重合闸可以按照不同的特征来分类：1）按运行于不同结构的输电线路来分，有单侧电源线路的自动重合闸和双侧电源线路的自动重合闸。2）按作用于断路器上的功能可以分为三相自动重合闸、单相自动重合闸、综合自动重合闸。在110kV及以下电压等级的输电线路上，自动重合闸大都采用三相自动重合闸方式。这是因为绝大多数的断路器都是三相操动机构的断路器，三相断路器的传动机构在机械上是连在一起的，无法分相跳、合闸，在220kV及以上电压等级的输电线路上，断路器都是分相操动机构的断路器，三相断路器是独立的，因而可以进行分相跳、合闸。所以这些电压等级中的自动重合闸可以由用户选择使用三相重合闸、单相重合闸。3）按与继电保护的配合方式来分，有重合闸前加速保护动作和重合闸后加速保护动作之分。8.1自动重合闸的作用、分类及要求8.1.3对自动重合闸的要求1）自动重合闸动作应迅速。自动重合闸动作时间越短，就会减少停电对用户造成的损失。但是自动重合闸的动作时间也必须考虑保护装置的复归、故障点去游离后绝缘强度的恢复、断路器操动机构的复归及其准备好再次合闸的时间。2）手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操做控制开关SA或通过遥控装置使断路器跳闸时，有可能检修设备或存在其他原因，属于正常运行操作，自动重合闸不应动作。3）手动合闸于故障线路时，故障一般是永久性的，可能是由于检修质量不合格或者检修时的安保接地线忘记拆除等原因造成，所以再重合有害无益，自动重合闸不应动作。4）自动重合闸宜采用控制开关位置和断路器位置不对应的原理启动。即控制开关在合闸位置而断路器实际处在断开位置情况下启动重合闸。5）自动重合闸动作次数应符合规定。如采用一次重合闸方式，当重合于永久性故障，断路器再次跳闸后，在规定的重合闸周期内，不进行第二次重合。重合于永久性故障，系统将遭受多次冲击，可能损坏断路器，并扩大事故。6）自动重合闸动作后应自动复归，准备好再次动作。这对于雷雨季雷击较多的线路是非常必要的。7）自动重合闸应能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护动作，两者配合，可加速切除故障。8）自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。比如断路器操动机构中使用的气压、液压降低等表明断路器处于不正常状态时或某些保护动作不允许自动合闸时，应将自动重合闸闭锁。8.2输电线路三相自动重合闸8.2.1单侧电源线路的三相自动重合闸单侧电源线路广泛应用三相一次自动重合闸方式，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、两相或三相短路故障时，继电保护均将线路的三相断路器一起断开，然后自动重合闸装置AAR起动，经预定延时将三相断路器重新一起合闸。若故障为瞬时性的，则重合成功；若故障为永久性的，则继电保护再次将三相断路器一起断开，且不再重合。图8-1为电磁式三相一次自动重合闸装置的接线图。它是按控制开关与断路器位置不对应起动，具有后加速保护动作性能的三相一次自动重合闸装置接线图。自动重合闸装置AAR的主要元件是重合闸继电器。图8-1中虚线方框内展示了DH-2A型重合闸继电器的内部接线。它由一个时间继电器KT、附加电阻5R、一个中间继电器KM和电容器C、充电电阻4R、放电电阻6R、氖灯HNe及电阻17R组成。控制开关SA选用LW2-Z-1a.4.6a.40.20.20.4/F8。与图8-1有关的触点通断情况如表8-1所示。8.2输电线路三相自动重合闸8.2.1单侧电源线路的三相自动重合闸结合图8-1分析自动重合闸装置AAR的工作原理：图8-1电磁式三相一次自动重合闸装置的接线图8.2输电线路三相自动重合闸8.2.1单侧电源线路的三相自动重合闸线路正常运行时，断路器处于合闸状态，其辅助常闭触点Q1断开，辅助常开触点Q2闭合，控制开关SA在“合闸后”位置，由表8-1触点通断情况可知触点21-23接通，电容器C经充电电阻4R充电，经过15-20s的时间充电到所需的电压，这时重合闸装置处于准备动作状态，氖灯HNe亮。当线路发生瞬时性故障时，继电保护动作使断路器跳闸，这时断路器处于“跳闸”位置。而控制开关SA仍处于“合闸后”位置，即控制开关SA与断路器位置不对应，自动重合闸装置AAR起动，其动作过程如下。断路器跳闸后，其辅助常闭触点Q1接通。跳闸位置继电器KOFP线圈得电，其常开触点KOFP-1闭合，使时间继电器KT励磁，其触点KT-1经整定的时间(0.5-1.5s)后闭合，构成电容器C对中间继电器KM电压线圈放电的回路，中间继电器KM动作，其常开触点KM-1、KM-2、KM-3闭合。于是控制电源经KM已闭合的触点、KM的自保持电流线圈、信号继电器KH、切换片SO及跳跃闭锁继电器的常闭触点KLJ-2向断路器的合闸接触器K发出合闸脉冲，断路器重新合闸。8.2输电线路三相自动重合闸8.2.1单侧电源线路的三相自动重合闸表8-1控制开关SA触点通断情况（注释：▁表示接通，╳表示断开）触点SA位置手动合闸合闸后手动分闸分闸后14╳╳╳▁58▁╳╳╳67╳╳▁╳2123▁▁╳╳2528▁╳╳╳中间继电器KM的电流自保持线圈的作用是：只要KM的电压线圈短时得电起动一下，便可以通过自保持电流线圈使KM在合闸过程中一直保持动作状态，保证可靠合闸。断路器合闸后，其辅助常闭触点Q1断开，中间继电器KM、跳闸位置继电器KOFP均返回，时间继电器KT也返回，其延时闭合触点打开。电容器Ｃ重新充电，经15-20s充好电，准备下次动作，说明自动重合闸装置是能够自动复归的。若线路上的故障为永久性故障，当断路器重合后保护再次使断路器跳闸，重合闸装置再次起动，时间继电器KT触点闭合，但由于充电时间(保护动作时间+断路器跳闸时间+KT的整定时间)小于15-20s，电容器C来不及充电到所需的电压，不足以使中间继电器KM动作，故断路器不再重合，这就保证自动重合闸装置AAR只动作一次。8.2输电线路三相自动重合闸8.2.1单侧电源线路的三相自动重合闸值班人员利用控制开关SA手动跳闸时，断路器的位置和控制开关SA的位置是对应的，自动重合闸装置不应起动。当控制开关SA处于跳闸后位置，由表8-1触点通断情况可知触点21-23断开，触点2-4接通。触点21-23断开切断了自动重合闸装置的正电源。触点2-4接通，使电容器C对电阻6R放电，自动重合闸装置不会使断路器重合。值班人员利用控制开关SA手动合闸于故障线路时，由表8-1触点通断情况可知SA的触点25-28接通，使加速继电器KSU动作。因为线路在合闸前已存在故障，故当手动合上断路器后，继电保护加速动作，经KSU已闭合的触点瞬时把断路器跳开。这时由于电容器C来不及充电到所需的电压，不足以使中间继电器电压线圈KM动作，断路器不会重合。在某些情况下，例如母线故障，母线差动保护动作，使与母线相连的线路断路器跳闸时，或自动按频率减负荷装置动作，使线路断路器跳闸时，都不应进行重合闸。为此，可将母线保护或自动按频率减负荷装置的动作触点与控制开关的触点2-4并联，接通电容器C的放电回路，使电容器C通过6R放电，保证重合闸装置不动作。8.2输电线路三相自动重合闸8.2.2双侧电源线路的三相自动重合闸双侧电源线路的三相自动重合闸常采用具有同步检定和无压检定的重合闸方式，因为这种重合闸方式不会产生很大的冲击电流，合闸后也能很快实现同步。检无压和检同步重合闸方式的工作原理如图8-2所示，在线路两端除了装设自动重合闸装置之外，还要考虑检定线路无电压的低压继电器（U<）和检定两端系统同步的同期继电器（U-U），它们的投入方式可以通过连接片切换，线路两端的重合闸方式，一侧设置为检无压方式，这一侧的低压继电器U<和同期继电器U-U都投入，另一侧设置为检同期方式，只投入同期继电器U-U，低压继电器U<则不能投入。图8-2双侧电源线路检查无电压和同步的三相自动重合闸8.2输电线路三相自动重合闸8.2.2双侧电源线路的三相自动重合闸当线路发生故障，两侧断路器跳开以后，线路失去电压。检定线路无电压一侧的重合闸首先动作，使断路器合闸。如果重合于永久性故障，则断路器再次跳开。此时，由于线路没有电压，同步检定继电器不动作，该侧重合闸不启动。如果是瞬时性故障，检定无电压侧先重合成功，则检同期侧在检定同步后再进行合闸，线路恢复正常运行。通过上面的分析，检定无电压侧有两次切断短路电流的可能性，因此它的工作条件就比检同期侧恶劣。可利用连接片定期切换工作方式，使两侧断路器的工作条件接近。考虑到有可能使检定无电压侧误跳闸，而对侧并未跳闸，所以线路上仍有电压，检定无压继电器不能进行重合，通常在检定无电压侧同时投入检定同期继电器，两者触点并联工作。但在检定同期侧，其检定无电压的继电器绝对不允许同时投入。8.3自动重合闸与保护的配合8.3.1重合闸前加速保护自动重合闸与继电保护的适当配合，能有效加速故障切除，提高供电可靠性。在某些情况下自动重合闸的应用还可以简化继电保护。通常自动重合闸与继电保护有两种配合方式：重合闸前加速保护和重合闸后加速保护。重合闸前加速保护一般用于具有几段串联的辐射形线路中，重合闸仅在靠近电源的线路上投入，当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作。8.3自动重合闸与保护的配合8.3.1重合闸前加速保护以图8-3说明重合闸前加速保护的动作原理。线路WL1上装有无选择性的瞬时电流速断保护1、过电流保护2、自动重合闸装置AAR3。线路WL2上装有过电流保护4。线路WL1的无选择性瞬时电流速断保护1的动作电流按躲过母线C处的短路电流来整定，动作不带延时，过电流保护2和过电流保护4的动作时限按阶梯原则整定，t2>t4。图8-3重合闸前加速保护配置示意图不论在线路WL1上还是在线路WL2上发生短路故障时，瞬时电流速断保护1总是先动作，不带延时地将QF1跳开，而后自动重合闸装置AAR3动作再将QF1重合。若故障是瞬时性的，则重合成功，恢复供电；若故障为永久性的，由于自动重合闸装置AAR3动作时已将瞬时电流速断保护1退出工作，此时过电流保护2和3按着选择性切除故障。8.3自动重合闸与保护的配合8.3.1重合闸前加速保护图8-4为重合闸前加速保护的原理接线图。其中KSU是重合闸装置中的加速继电器，其常闭触点串入瞬时电流速断保护的出口回路中。线路WL1故障时，电流速断保护的KA1动作，其触点闭合，经加速继电器KSU的常闭触点使出口中间继电器KOF得电，其常开触点闭合使断路器QF1跳闸，随后自动重合闸装置AAR3起动将断路器重合。当重合闸动作时使加速继电器KSU起动，其常闭触点断开。若重合于永久性故障，因KSU的常闭触点断开，电流速断保护不能去瞬时跳闸，只可能由过电流保护经KT的时限有选择性地动作于跳闸。图8-4重合闸前加速保护原理接线图8.3自动重合闸与保护的配合8.3.1重合闸前加速保护采用重合闸前加速保护的优点如下：1）能够快速切除瞬时性故障，使瞬时性故障来不及发展为永久性故障，从而提高重合闸的成功率。2）能保证发电厂和重要变电站的母线电压一般不低于0.7倍额定电压，从而保证厂用电和重要用户的电能质量。3）使用设备少，只需在线路首端投入自动重合闸，简单。采用自动重合闸前加速保护的缺点如下：1）投入自动重合闸线路的断路器动作次数较多，工作条件恶劣。2）重合于永久性故障时，再次切除故障的时间可能较长。3）如果断路器拒绝合闸，将扩大停电范围，在最后一段线路上故障，会造成全部停电。重合闸前加速保护主要用于35kV以下的发电厂和重要变电所的只投入简单电流保护的直配线路上，特别适合瞬时性故障较多的严重雷害区，以便快速切除故障，保证母线电压。8.3自动重合闸与保护的配合8.3.2重合闸后加速保护重合闸后加速保护是当线路上第一次发生故障时保护有选择性动作，然后自动重合闸使断路器重合。如果合于永久性故障，则断路器合闸后加速保护动作，瞬时切除故障。图8-5重合闸后加速示意图图8-5所示为重合闸后加速保护示意图，采用重合闸后加速保护必须在每条线路上都投入有选择性的保护和自动重合闸。不论线路WL1还是线路WL2上发生故障，过电流保护1和3按选择性动作，其相应的自动重合闸装置AAR重合，