电力系统继电保护-5自动重合闸

电力系统继电保护5自动重合闸5.1自动重合闸的作用及对它的基本要求5.1.1自动重合闸的作用瞬时性故障——发生故障后线路被继电保护迅速断开，电弧即行熄灭，引起故障的外界物体（如树枝，鸟类等）也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开的线路断路器再合上，就能够恢复正常的供电。•永久性故障——由于线路倒杆，断线，绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在线路被断开以后，它们仍然是存在的。这时，即使再合上电源，由于故障依然存在，线路还要被继电保护再次断开，不能恢复正常的供电。•自动重合闸装置——当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的装置。•对瞬时性故障重合闸可以成功，对永久性故障重合闸不可能成功。用重合成功的次数与总动作次数之比来表示重合闸的成功率，成功率一般在60％～90％之间。（瞬时故障示例：闪电引发闪络）5.1.1自动重合闸的作用采用重合闸的技术经济效果：1.大大提高供电的可靠性，减小线路的停电次数，特别是对单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稳定性，从而提高传输容量；3.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。（33kv线路故障图）重合于永久性故障上时的不利的影响：1.电力系统再次受到故障的冲击，对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性；2.断路器的工作条件变得更加恶劣，因为它要在很短的时间内，连续切断两次短路电流。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。5.1.2对自动重合闸的基本要求•1不希望重合闸重合时，重合闸不应动作；•2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；•3自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定；•4自动重合闸在动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作；•5自动重合闸装置的合闸时间应能整定，并有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动作，以便更好地与继电保护相配合，加速故障的切除；•6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；5.1.3自动重合闸的分类•目前在10kV及以上的架空线路和电缆与架空线的混合线路上，广泛采用重合闸装置，只有在个别由于系统条件的限制，不能使用重合闸。例如，断路器遮断容量不足；防止出现非同期情况；或者防止在特大型汽轮发电机出口重合于永久性故障时产生更大的扭转力矩，而对轴系造成损坏。（SEL-279H重合闸继电器图）变压器内部故障多数是永久性故障，因而当变压器的瓦斯保护和差动保护动作后不重合，仅当后备保护动作时起动重合闸。•鉴于单母线或双母线的变电所在母线故障时会造成全停或部分停电的严重后果，有必要在枢纽变电所装设母线重合闸。根据系统的运行条件，事先安排哪些元件重合、哪些元件不重合、哪些元件在符合一定条件时才重合；如果母线上的线路及变压器都装有三相重合闸，使用母线重合闸不需要增加设备与回路，只是在母线保护动作时不去闭锁那些预计重合的线路和变压器，实现比较简单。（断路器图一）多次重合闸一般使用在配电网中，与分断器配合，自动隔离故障区段，是配电自动化的重要组成部分。（断路器图二）一次重合闸主要用于输电线路，提高系统的稳定性，后续讲述的重合闸，正是这部分内容，其它重合闸的原理与其相似。•（1）一般没有特殊要求的单电源线路，宜采用一般的三相重合闸。•（2）凡是选用简单的三相重合闸能满足要求的线路，都应当选用三相重合闸。•（3）当发生单相接地短路时，如果使用三相重合闸不能满足稳定要求，会出现大面积停电或重要用户停电，应当选用单相或综合重合闸。5.2输电线路的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。5.2.1单侧电源线路的三相一次自动重合闸•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，达到预定的延时后，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。手动跳闸闭锁重合闸——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双测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，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，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。5.2.2双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸•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。使用快速重合闸需要满足以下条件：•1）线路两侧都装有可以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：Z－系统总阻抗；－两侧电势角，最严重取180；E－两侧发电机电势，可取1.05eU；NI－各元件的额定电流；dx纵轴次暂态电抗标么值；'dx暂态电抗标么值；dx同步电抗标么值；%KU短路电压百分值。5.2.2双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸•（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）－（5－6）规定值时，可以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。（SEL-311C功能齐全的，带有重合闸的距离继电器）5.2.2双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸•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。（图5-3：具有同步和无电压检定的重合闸接线示意图）5.2.2双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸•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。（图5-4：采用同步检定和无电压检定重合闸的配置关系）•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。这样可使两侧断路器切断故障的次数大致相同。5.2.2双测电源线路的检同期三相一次自动重合闸•（1）无电压检定继电器KU1•KU1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，通常都是整定为倍额定电压。•（2）同步检定继电器KU2继电器有两组线圈，分别从母线侧和线路侧的电压互感器上接入同名相的电压。两组线圈在铁心中所产生的磁通方向相反，因此铁心中的总磁通.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的数值则与两侧电压U和U之间的相位差有关。当UU时，KU2的电压相量图如图5－6所示。由图可得：2sin2UU(5-7)因此当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定值的调节范围一般为40~20。（图5-5：内部接线图）（图5-6：电压相量图）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：•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。（右图为SEL-9501输出接点灭弧器）5.2.3重合闸时限的整定原则•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：ARD2211prQFprQFutttttt5.2.3重合闸时限的整定原则•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。图5.8重合闸时间对稳定性影响示意图（a）等值系统示意图；（b）快速重合示意图；（c）最佳重合示意图5.2.3重合闸时限的整定原则•（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。（图5-8c：最佳重合示意图）5点越靠近新的稳定平衡点S，则后续的摇摆越轻微。在此减速过程中由于再次短路，减小了在发电机转子上累积的减速能量，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S运行。系统正常运行于Pe1的1点，功角为0，短路后落在Pe2的2点并功角逐步增大，至c故障切除，运行于Pe3的3点。在惯性作用下，摆至max加速面积与减速面积相等，开始回摆至h时，重合与永久故障上，运行在Pe2的4点。继续回摆至cc时，故障被再次切除，落于Pe3的5点。5.2.3重合闸时限的整定原则•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