第二章自动重合闸

第二章输电线路的自动重合闸装置教学目的：掌握输电线路自动重合闸装置的含义、作用、对ARC的基本要求；掌握单侧电源ARC的接线原理及参数整定原则；掌握检定无压和检定同期的三相重合闸的工作原理；掌握重合闸前加速保护和重合闸后加速保护的原理；掌握综合自动重合闸应考虑的问题。重点：三相一次自动重合闸的概念及构成；单侧电源ARC的接线是如何满足ARC的基本要求；检定无压和检定同期的三相重合闸的工作原理；综合自动重合闸应考虑的问题。第一节输电线路自动重合闸装置的作用及要求一、输电线路装设自动重合闸的意义在电力系统中，输电线路，尤其是架空线路，最容易发生故障，因此，必须设法提高输电线路供电的可靠性。而自动重合闸装置正是提高输电线路供电可靠性的有力工具。输电线路的故障按其性质可分为瞬时性故障和永久性故障两种。统计资料表明，输电线的故障大多数是瞬时性的，约占总故障次数的90％。因此，在线路发生故障被断开以后，再进行一次合闸就有可能大大地提高供电的可靠性。而自动重合闸装置就是将非正常操作而跳开的断路器重新自动投入的一种自动装置，简称ARC。二、自动重合闸装置的作用（1）提高供电的可靠性，减少因瞬时性故障停电造成的损失，对单侧电源的单回线的作用尤为显著。（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，因而，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断路器误跳闸。（4）自动重合闸与继电保护相配合，在很多情况下可以加速切除故障。三、自动重合闸的不利因素：（1）当重合于永久性故障时，使系统再次受到短路电流的冲击，可能引起系统振荡。（2）断路器在很短时间内要连续两次切断短路电流，使断路器的工作条件恶化，增加断路器的检修机会，降低断路器的断流容量。四、自动重合闸装置的分类按其功能可分为三相ARC、单相ARC以及综合ARC；按按其动作次数来分，有一次动作的ARC和二次动作的ARC；按其运行于不同结构的输电线路来分，有单侧电源线路ARC和双侧电源线路ARC；按其与继电保护配合方式来分，有重合闸前加速保护动作和重合闸后加速保护动作的ARC。在本节中，将重点介绍电气式三相一次自动重合闸装置。五、对自动重合闸装置的基本要求（1）自动重合闸装置应优先采用控制开关位置与断路器位置不对应启动方式启动。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启动重合闸。这样，可以保证无论什么原因使断路器跳闸以后，都可以进行自动重合闸。除此之外，也可以由继电保护来启动重合闸。对综合重合闸，宜实现同时由保护启动重合闸。（2）自动重合闸装置动作应迅速。为了缩短对用户的停电时间，要求ARC动作时间越短越好；但ARC动作时间还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、断路器操作机构的复归及其准备好再次合闸的时间。（3）手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操作控制开关或通过遥控装置将断路器断开时，是属于正常运行操作，自动重合闸装置不应动作。（4）手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，不应重合。线路检修后进行试送电，若不成功，则说明线路故障可能是由于检修质量不合格或忘拆除接地线等原因造成的永久性故障，即使重合也不会成功。（5）自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定。在任何情况下，均不应使断路器重合多次，这是因为当ARC多次重合于永久性故障时，会使系统遭受多次冲击，损坏断路器，并扩大事故。（6）自动重合闸装置动作后，应能自动复归，准备好下一次再动作。这对于雷击机会较多的线路是非常必要的。（7）自动重合闸装置应能在重合闸动作后或重合闸动作前，加速继电保护的动作。自动重合闸装置与继电保护配合，可以加速故障的切除。自动重合闸装置还应具有手动合于故障线路时加速继电保护动作的功能。（8）自动重合闸装置应能自动闭锁。当母线差动保护或按频率自动减负荷装置动作时，以及当断路器处于不正常状态（如操动机构中使用的气压或液压降低），不允许自动重合闸时，应将自动重合闸装置闭锁。第二节输电线路的三相自动重合闸装置一、单侧电源线路的三相一次自动重合闸装置单侧电源线路的自动重合闸装置装于线路的供电侧。三相一次重合闸方式：指无论在输电线路上发生相间短路还是单相接地短路，继电保护装置动作将三相断路器一起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器一起合上的重合闸方式。特点：当故障为瞬时性故障时，重合成功；当故障为永久性故障时，则继电保护动作再次将三相断路器一起断开，不再重合。（一）三相一次自动重合闸装置的构成三相一次自动重合闸装置由重合闸启动回路、重合闸时间元件、一次合闸脉冲元件及执行元件四部分组成。重合闸启动回路是用以启动重合闸时间元件的回路，一般按控制开关与断路器位置不对应原理启动；重合闸时间元件是用来保证断路器断开之后，故障点有足够的去游离时间和断路器操作机构复归所需要的时间，以使重合闸成功；一次合闸脉冲元件用以保证重合闸装置只重合一次，通常利用电容放电来获得重合闸脉冲；执行元件用来将重合闸动作信号送至重合闸回路和信号回路，使断路器重合及发出重合闸动作信号。（二）单侧电源线路三相一次自动重合闸装置1.装置接线展开图：虚线框内为重合闸继电器内部接线：由KT、KM、C、R4、R6、HL组成。KCT是断路器跳闸位置继电器，当断路器处于断开位置时，KCT通过断路器辅助动断触点QF1动作；由于KCT线圈电阻的限流作用，流过合闸接触器KMC中的电流很小，此时KMC不会动作，使断路器不合闸。KCF是防跳继电器，用于防止因KM的触点粘住时引起断路器多次重合于永久性故障线路。KAT是后加速保护动作的中间继电器，它具有瞬时动作延时返回的触点。KS是表示重合闸动作的信号继电器。SA是手动操作的控制开关。ST用来投入或退出重合闸装置。2.工作原理：（1）输电线路正常运行时控制开关SA和断路器都处在对应的合闸状态，断路器的辅助动断触点QF1断开，动合触点QF2闭合，KCT线圈失电，其常开触点KCT1打开。SA的触点13-16接通，红灯HR亮平光；SA的触点21-23接通，ST置“投入”位置，其触点１-３接通。电容C经电阻R4充电，充满电需要15～25s,电容两端电压等于直流电源电压，自动重合闸装置处于准备动作状态。用来监视继电器KM触点及电压线圈是否完好的信号灯HL亮。2.工作原理：（2）当线路发生瞬时性故障或断路器误跳闸时因控制开关SA和断路器位置不对应而启动重合闸装置。断路器跳闸后，其辅助触点QF2打开，QF1闭合，跳闸位置继电器KCT动作，KCT闭合，HG绿灯闪光；KCT1触点闭合，启动重合闸时间继电器KT，其瞬动触点KT2断开，接进电阻R5，以保证线圈的热稳定；经整定的延时后，延时触点KT1闭合，接通电容C对中间继电器KM电压线圈放电回路，从而使KM动作，其动合触点均闭合，接通断路器的合闸接触器回路，合闸接触器KMC动作，使断路器重新合上。同时KS发出重合闸动作信号。KM电流线圈在这里起自保持作用，使断路器可靠合闸。连接片XB1用以投切ARC或试验2.工作原理：（3）线路上发生永久性故障时自动重合闸装置的动作过程与瞬时性故障相同，但在断路器重合以后，因故障并未消除，继电保护再次动作使断路器第二次跳闸，重合闸装置再次启动，KT励磁，KT1经延时闭合后，由于电容C充电的时间短（小于15～25s），来不及充电到KM的动作电压，故不能使KM动作，因此断路器不会自次重合。这时电容C也不能继续充电，因为C与KM电压线圈并联，KM电压线圈两端的电压由电阻R4和KM电压线圈串联电路的分压比决定，由于电阻R4的阻值远远大于KM电压线圈的阻值，所以电容C上的电压很低，小于KM的动作电压，保证了自动重合闸只动作一次。2.工作原理：（4）利用控制开关手动跳闸时在操作控制开关SA手动跳闸时，控制开关和断路器均处在对应的断开位置，自动重合闸不会动作。其触点21-23在跳闸和跳闸后都是断开的，可靠地切断了重合闸回路的正电源，重合闸不可能动作。与此同时触点2-4在跳闸后是闭合的，接通了电容C对R6的放电回路，因R6只有几百欧，故放电很快，使电容C两端的电压接近于零，所以重合闸装置不会使断路器合闸。2.工作原理：（5）利用控制开关手动操作合闸于故障线路时在操作控制开关SA手动合闸时，触点21-23接通，2-4断开，电容C开始充电，但同时触点25-28接通，使加速继电器KAT动作。如果线路故障仍存在，则当手动合上断路器后，保护装置立即动作，经加速继电器KAT的动合触点使断路器加速跳闸。此时电容C由于充电时间很短，电容C充不到足够的电压，不足以启动KM，从而保证了手动合闸到故障线路时，重合闸装置不动作。2.工作原理：（6）重合闸闭锁回路当闭锁重合闸的装置动作时，如自动按频率减负荷装置、母线差动保护动作使断路器跳闸时，不应该接通重合闸。应将自动重合闸装置闭锁。为此，可将自动按频率减负荷装置的出口辅助触点、母线保护的动作触点与SA的2-4触点并联，当自动按频率减负荷装置或母线保护动作时，相应的辅助触点闭合，电容C通过这闭合了的触点对R6迅速放电，从而保证了重合闸装置不动作。2.工作原理：（7）防止断路器多次重合于永久性故障的措施（防跳继电器）如果线路上发生了永久性故障，并且断路器在第一次重合时出现了KM3、KM2、KM1触点粘住而不能返回，断路器在第二次跳闸时，KCF的电流线圈通电，KCF动作，其触点KCF1闭合，于是KCF的电压线圈经粘牢的触点KM3、KM2、KM1、KM的电流线圈、KS的线圈、触点KCF1得到自保持电压，因此常闭触点KCF2一直断开，切断了KMC的合闸回路，使断路器不能再次重合。同时KM动合触点粘住后，KM的动断触点KM4断开，信号灯HL熄灭，给出重合闸故障信号，以便运行人员及时处理。3.接线特点（1）采用控制开关SA与断路器位置不对应的启动方式。断路器因任何意外原因跳闸时，都能进行自动重合，特别是能纠正断路器的误碰和误跳闸，可靠性高；（2）利用电容C放电来获得重合闸脉冲。利用这种原理构成的重合闸具有工作可靠、控制容易、接线简单的特点，因而应用很普遍；（3）断路器合闸可靠。因在断路器合闸回路中设有KM电流自保持线圈。（4）装置中设有加速继电器KAT，保证了手动合闸于故障线路或重合于故障线路时，快速切除故障。4.参数整定（1）重合闸动作时限值的整定重合闸动作时限即图2-2中时间继电器KT的延时时间。整定时应考虑到以下两方面：a）大于故障点的去游离时间。对于单电源环状网络线路和平行线路，重合闸动作时限还应考虑两侧保护不同时切除故障使故障点断电时刻延迟的情况。b）重合闸动作时，继电保护装置一定要返回，同时断路器的操动机构恢复原状，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。运行经验表明，单电源线路的三相重合闸动作时间取0.8～1s较为合适。（2）重合闸复归时间的整定重合闸复归时间就是图2-21中电容C上电压从零充电到能使中间继电器KM动作电压所需的时间。复归时间的整定需考虑以下两个方面的因素：a）保证当重合到永久性故障，由最长时限的保护切除故障时，断路器不会再重合。b）保证断路器切断能力的恢复，即当重合闸动作成功后，复归时间应不小于断路器恢复到再次动作所需时间。综合这两方面的要求，重合闸复归时间一般取15～25s。二、双侧电源线路三相自动重合闸双电源线路采用自动重合闸装置时，除了满足前述基本要求外，还必须考虑以下两个特殊问题：（1）时间的配合问题。因为当线路发生故障时，线路两侧的继电保护可能以不同的时限跳开两侧的断路器。（2）同期问题。因为当线路发生故障，两侧断路器跳间后，线路两侧电源之间电动势相位差将增大，有可能失去同步。双电源电路上自动重合闸的类型分为两大类：（1）检定同期的重合闸，如检定无压和检定同期的三相一次重合闸。（2）不检定同期的重合闸，如三相快速自动重合闸、非同期重合闸。（一）三相快速自动重合闸三相快速自动重合闸：是指当线路上发生故障时，继电保护能瞬时断开线路两侧断路器，并随即