自動重合閘裝置設(shè)計

1、目 錄1 選題背景11.1 指導(dǎo)思想11.2 設(shè)計目的及內(nèi)容12 方案論證12.1 自動重合閘的概念12.1.1 自動重合閘裝置的概念12.1.1 重合閘裝置的分類22.2 自動重合閘的基本要求32.3 自動重合閘的分類42.4 自動重合閘的選擇原則42.4.1 三相普通一次重合閘方式42.4.2 單相重合閘及綜合重合閘方式42.5 三相自動重合閘保護原理52.6 三相自動重合閘保護的意義53 過程論述63.1 原始資料的分析63.2 重合閘時限的整定63.2.1 重合閘時限的整定原則63.2.2 HP線路重合閘啟動時間的整定83.2.3 N、H母線側(cè)重合閘啟動時間的整定83.2.4 MN線路

2、的M側(cè)、N側(cè)重合閘啟動時間的整定84 重合閘與繼電保護的配合94.1 重合閘前加速保護94.2 重合閘后加速保護105 結(jié)果分析116 總結(jié)11參考文獻131 選題背景1.1 指導(dǎo)思想系統(tǒng)事故的發(fā)生除了由于自然條件的因素如遭受雷擊等以外，一般都是由于設(shè)備制造上的缺陷，設(shè)計和安裝上的錯誤。檢修質(zhì)量不高或運行維護不當(dāng)而引起的。因此，只要發(fā)揮人的主觀能動性，正常地掌握客觀規(guī)律，加強對設(shè)備的維護和檢修，就可以大大減少事故發(fā)生的機率把事故發(fā)生消滅在發(fā)生之前。1.2 設(shè)計目的及內(nèi)容1.2.1 設(shè)計目的在完成了繼電保護理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，為了進一步加深對理論知識的理解，通過此次線路保護自動重合閘保護的設(shè)計，鞏

3、固所學(xué)的理論知識，提高解決問題的能力。1.2.2 設(shè)計內(nèi)容(1) 分析三相自動重合閘保護原理，重合閘的意義；(2) 進行HP線路重合閘啟動時間計算；(3) 進行N、H母線側(cè)重合閘啟動時間計算；(4) 進行MN線路的M側(cè)、N側(cè)重合閘啟動時間計算；2 方案論證2.1 自動重合閘的概念當(dāng)輸電線路上發(fā)生故障后繼電保護裝置將斷路器跳開，經(jīng)過預(yù)定的延時后，能夠自動地將跳開的斷路器重新合閘。若線路發(fā)生瞬時性故障跳閘時，當(dāng)瞬時性故障消失后，自動重合閘裝置能在極短的時限內(nèi)重新合上線路斷路器，恢復(fù)線路的正常供電。若線路發(fā)生永久性故障時，則自動重合閘不成功，故障線路再次跳閘，迅速切除故障線路，保證其他運行線路的供電

4、。2.1.1 自動重合閘裝置的概念自動重合閘裝置（ZCH）又稱自動重合器，是用于配電網(wǎng)自動化的一種智能化開關(guān)設(shè)11備，它能夠檢測到故障電流、在給定時間內(nèi)斷開故障電流并能進行給定次數(shù)重合的一種“自具”能力的控制開關(guān)。所謂“自具”是只重合閘裝置本身具有故障電流檢測和操作順序控制與執(zhí)行的能力，無需附加繼電保護裝置和另外的操作電源，也不需要和外界通信。自動重合閘作用: (1)在電力系統(tǒng)中采用了自動重合閘裝置，即是當(dāng)斷路器由繼電保護動作或其它非人工操作而跳閘后，能夠自動控制斷路器重新合上的一種裝置。大大提高供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)。(2)在高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定

5、性。(3)在架空線路上采用重合閘，可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資。對斷路器本身由于機構(gòu)不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，也能起糾正的作用。但是，當(dāng)重合于永久性故障上時，它也將帶來一些不利的影響，如: (1)使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊。 (2)由于斷路器在很短的時間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣。2.1.1 重合閘裝置的分類按照不同的的分類標準，重合閘裝置有如下一些分類：(1) 按相分類單相和三相。 兩者動作原理類似，使用時根據(jù)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同而進行選擇，對于三相中性點不接地系統(tǒng)，一般不宜采用單相重合閘裝置，否則造成非三相運行；單相重合器主要用于中性點直接接地系統(tǒng)，允

6、許電氣設(shè)備作為單相運行。(2) 按結(jié)構(gòu)分類整體式和分布式。 所謂整體式是指重合閘裝置中得斷路器本體與其控制部分是密不可分的。整體式重合閘裝置采用高壓（10KV）操動機頭，可用于戶外10KV電桿上，無需另外的操作電源，直接由所控制的10KV線路供給；但因為采用高壓合閘線圈，對絕緣水平要求高，有時會因絕緣水平難以保證導(dǎo)致線圈發(fā)熱，匝間絕緣損壞，造成重合閘裝置爆炸的事故。(3)按滅弧介質(zhì)分油、真空、SF6。油重合閘裝置出現(xiàn)的最早，運行歷史最長，一般采用液壓控制。油重合閘裝置有兩個固有缺點：因油屬非自恢復(fù)絕緣介質(zhì)，故其維修較頻繁，至少3年需要換油、檢修一次；有火災(zāi)危險?，F(xiàn)在來看其技術(shù)相對落后，國內(nèi)已基

7、本淘汰。真空滅弧室于20世紀60年代用于重合閘裝置設(shè)計。真空滅弧室的有點是開斷壽命長，無需檢修，無火災(zāi)危險。到了90年代后期，隨著真空泡制造技術(shù)的飛速發(fā)展，真空重合閘裝置已逐步成為國內(nèi)外重合閘裝置市場上的主流產(chǎn)品。 SF6重合閘裝置將干燥的SF6充入密閉的開關(guān)本體中，作為開關(guān)設(shè)備的絕緣和滅弧介質(zhì)。SF6氣體具有極好的絕緣和滅弧性能，但其分解物具有一定的毒性，其本身也是溫室效應(yīng)的主要因素之一，如果泄漏將會對人和環(huán)境造成一定的損害，因此做好開關(guān)箱體的密封和SF6氣體的回收、處理工作。 (4) 按控制方式分類液壓控制、電子控制.液壓控制有單液壓系統(tǒng)和雙液壓系統(tǒng)兩種。液壓控制的主要有點是簡單、可靠、經(jīng)

8、濟、耐用，不受電磁的干擾，這些優(yōu)點對于農(nóng)村電網(wǎng)和距離配電站較遠的設(shè)備很有用。液壓控制的缺點，是保護特性無法做到足夠穩(wěn)定、精確和快速，選擇范圍窄，受溫度影響較大，特性調(diào)整不方便等。 按重合閘的控制器安裝方式分類(a)室外就地安裝：安裝在斷路器下面的水泥杠上。(b)集控態(tài)勢安裝：室內(nèi)集中控制，安裝在集控臺內(nèi)。(c)集控屏式安裝：安裝在集控屏內(nèi)。(d)10KV配電線路：安裝在電桿上，并配有裝用電源給重合閘裝置供交流220V電源。2.2 自動重合閘的基本要求(1)在下列情況下，重合閘不應(yīng)動作：(a）由值班人員手動跳閘或通過遙控裝置跳閘時；(b) 手動合閘，由于線路上有故障，而隨即被保護跳閘時。(2)除

9、上述兩種情況外，當(dāng)斷路器由繼電保護動作或其他原因跳閘后，重合閘均應(yīng)動作，使斷路器重新合上。(3)自動重合閘裝置的動作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定，如一次重合閘就只應(yīng)實現(xiàn)重合一次，不允許第二次重合。(4)自動重合閘在動作以后，一般應(yīng)能自動復(fù)歸，準備好下一次故障跳閘的再重合。(5)應(yīng)能和繼電保護配合實現(xiàn)前加速或后加速故障的切除。(6)在雙側(cè)電源的線路上實現(xiàn)重合閘時，應(yīng)考慮合閘時兩側(cè)電源間的同期問題，即能實現(xiàn)無壓檢定和同期檢定。(7)當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)(如氣壓或液壓過低等)而不允許實現(xiàn)重合閘時，應(yīng)自動地將自動重合閘閉鎖。(8)自動重合閘宜采用控制開關(guān)位置與斷路器位置不對應(yīng)的原則來啟動重合閘。2.3 自動

10、重合閘的分類（1）按重合閘的動作來分，可分為電氣式和機械式；（2）按重合閘作用于斷路器的方式，可分為三相普通重合閘，單相重合閘和綜合重合閘三種；（3）按重合閘的構(gòu)成原理來分，可分為電磁式，晶體管式，集成電路式，數(shù)字（微機）式；（4）按動作次數(shù)來分，可分為一次式和多次式；（5）按使用條件來分，可分為單電源重合閘和雙側(cè)電源重合閘，雙側(cè)電源重合閘又可分為檢定無壓重合閘；檢定同期和不檢定三種。2.4 自動重合閘的選擇原則2.4.1 三相普通一次重合閘方式(1) 按重合閘的動作來分，可分為電氣式和機械式；(2) 按重合閘作用于斷路器的方式，可分為三相普通重合閘，單相重合閘和綜合重合閘三種；(3) 按重合

11、閘的構(gòu)成原理來分，可分為電磁式，晶體管式，集成電路式，數(shù)字（微機）式；(4) 按動作次數(shù)來分，可分為一次式和多次式；(5) 按使用條件來分，可分為單電源重合閘和雙側(cè)電源重合閘，雙側(cè)電源重合閘又可分為檢定無壓重合閘；檢定同期和不檢定三種。2.4.2 單相重合閘及綜合重合閘方式(1) 適用于220KV 及以上的電網(wǎng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，如果使用三相重合閘不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，或者地區(qū)系統(tǒng)會出現(xiàn)大面積停電#或者會導(dǎo)致重要負荷停電時，特別是大型機組的高壓配電線路。(2) 使用三相重合閘的線路，在使用單相重合閘時對系統(tǒng)恢復(fù)供電有較好的效果時。2.4.3 檢定無壓或檢定同期重合閘方式(1) 適用于兩端

12、均有電源的線路以及不允許非同期合閘的線路。(2) 雙回線路上可直接檢定另一回線路上有電流來判定同期。 2.4.4 非同期重合閘方式(1) 并列運行的發(fā)電廠或電力系統(tǒng)之間應(yīng)有三條或三條以上緊密聯(lián)系的線路。(2) 非同期重合閘時產(chǎn)生的沖擊電流未超過規(guī)定的允許值。(3) 重合后電力系統(tǒng)可以很快恢復(fù)同期運行時。(4) 在非同期重合閘所產(chǎn)生的振蕩過程中，對重要負荷的影響較小時。 2.5 三相自動重合閘保護原理 按照自動重合閘裝置作用于斷路器的方式可分為三相重合閘、單相重合閘、綜合重合閘和分相重合閘。本設(shè)計采用三相自動重合閘方式來對輸電線路進行保護，以下重點對三相自動重合閘保護的原理進行分析和解剖。三相重

13、合閘，是指不論在輸、配電線上發(fā)生單相短路還是相間短路時，繼電保護裝置均將線路三相斷路器同時跳開，然后啟動自動重合閘再同時重新合三相斷路器的方式。如下圖2-1所示為單側(cè)電源送電線路三相一次重合閘的工作原理框圖，主要由重合閘啟動、重合閘時間、一次合閘脈沖、手動跳閘后閉鎖、手動合閘于故障時保護加速跳閘等元件組成。具體的工作過程分析如下：圖2-1 單側(cè)電源送電線路三相一次重合閘的工作原理框圖(1) 重合閘啟動。當(dāng)斷路器由繼電保護動作跳閘或其他非手動原因而跳閘后，重合閘均應(yīng)啟動。在正常情況下，當(dāng)斷路器由合閘位置變?yōu)榉珠l位置時，立即發(fā)出啟動指令。(2) 重合閘時間。啟動元件發(fā)出啟動指令后，時間元件開始記時

14、，達到預(yù)定的延時后，發(fā)出一個短暫的合閘命令。這個延時即重合閘時間，可以對其整定。(3) 一次合閘脈沖。當(dāng)延時時間到后，它立即發(fā)出一個可以合閘的脈沖命令，并且開始記時，準備重合閘的整組復(fù)歸，復(fù)歸時間一般為15s25s。(4) 手動跳閘后閉鎖。當(dāng)手動跳開斷路器時，也會啟動重合閘回路，為此需設(shè)置閉鎖環(huán)節(jié)，使其不能形成合閘命令。(5) 重合閘后加速保護跳閘回路。對于永久性故障，在保證選擇性的前提下，盡可能地加快故障的再次切除，需要保護與重合閘配合。2.6 三相自動重合閘保護的意義 采用重合閘的目的有兩點：一是保證并列運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性；二是盡快恢復(fù)瞬時故障元件的供電，從而自動恢復(fù)整個系統(tǒng)的正常運行。 電

15、力系統(tǒng)的實際運行經(jīng)驗表明，在輸電網(wǎng)中發(fā)生的故障大多是暫時性的，如雷擊過電壓引起的絕緣子表面閃絡(luò)，樹枝落在導(dǎo)線上引起的短路，大風(fēng)時的短時碰線，通過鳥類的身體放電等。發(fā)生此類故障時，繼電保護若能迅速使斷路器跳開電源，故障點的電弧即可熄滅，絕緣強度重新恢復(fù)，原來引起故障的樹枝、鳥類等也被電弧燒掉而消失。這時若重新合上斷路器，往往能恢復(fù)供電。因此常稱這類故障為暫時性故障。對于暫時性故障，自動重合閘能恢復(fù)供電，從而可減少停電時間，提高供電的可靠性。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，自動重合閘裝置本身并不能判斷故障是暫時性的還是永久性的，因此，在重合之后，可能成功(恢復(fù)供電)，也可能不成功。重合成功的次數(shù)與總動作次數(shù)

16、之比稱為重合閘的成功率。根據(jù)運行資料統(tǒng)計，輸電線路自動重合閘的成功率，在60%90%。2001年220KV電網(wǎng)運行資料統(tǒng)計，重合閘正確率99.57%。在輸電線路上采用自動重合閘概括起來有以下幾方面的作用： (1) 在輸電線路發(fā)生暫時性故障時，能迅速恢復(fù)供電，從而能提高供電的可靠性。 (2) 對于雙側(cè)電源的輸電線路，可以提高系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。 (3) 在電網(wǎng)的設(shè)計與建設(shè)過程中，有些情況下由于考慮重合閘的作用，可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資。 (4) 可以糾正由于斷路器本身機構(gòu)的問題或繼電保護誤動作引起的誤跳閘。由于重合閘裝置本身的投資很低，工作可靠，因此在電力系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用。3 過程

17、論述3.1 原始資料的分析如圖110KV的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)裝設(shè)重合閘方案。其保護配置有階段式距離、零序保護，保護裝置的動作時間，除瞬時段和后備段保護外，還有足夠靈敏系數(shù)的第II段保護動作時間標示見圖；已知斷路器跳閘時間0.15s，消弧及去游離時間0.22s，時間裕度0.5s，斷路器合閘時間0.5s。其他參數(shù)如圖。圖3-1 110KV的單側(cè)電源網(wǎng)絡(luò)裝設(shè)重合閘方案3.2 重合閘時限的整定3.2.1 重合閘時限的整定原則在電力系統(tǒng)廣泛使用的重合閘都不區(qū)分故障是瞬時性的還是永久性的。對于瞬時性故障，必須等待故障點的消除、絕緣強度恢復(fù)后才有可能重合成功。對于永久性故障，除考慮上述時間外，還要考慮重合到永久故

18、障后斷路器內(nèi)部的油壓、氣壓的恢復(fù)以及絕緣介質(zhì)絕緣強度的恢復(fù)等，保證斷路器能夠再次切斷短路電流。按以上原則確定的最小時間稱為最小合閘時間，實際使用的重合閘時間必須大于這個時間，根據(jù)重合閘在系統(tǒng)中的主要作用計算確定。一般重合閘的最小時間按下述原則確定：(1) 在斷路器跳閘后負荷電動機向故障點反饋電流的時間；故障點的電弧熄滅并使周圍介質(zhì)恢復(fù)絕緣強度所需要的時間。(2) 在斷路器跳閘熄弧后，其觸頭周圍絕緣強度的恢復(fù)以及滅弧室重新充滿油、氣需要的時間，同時其操動機構(gòu)恢復(fù)原狀準備好再次動作需要的時間。(3) 如果重合閘是利用繼電保護跳閘出口啟動，其動作時限還應(yīng)加上斷路器的跳閘時間。根據(jù)我國一些電力系統(tǒng)的運

19、行經(jīng)驗，重合閘的最小時間是0.30.4s。目前系統(tǒng)中重合閘的時間整定主要考慮以下因素：(1)單側(cè)電源線路的三相重合閘時間除應(yīng)大于故障點斷電去游離時間外，還應(yīng)大于斷路器及操作機構(gòu)復(fù)歸原狀準備好再次動作的時間；(2) 雙側(cè)電源線路的三相重合閘時間除了考慮單側(cè)電源線路重合閘的因素外，還應(yīng)考慮線路兩側(cè)保護裝置以不同時間切除故障的可能性；(3) 對分支線路，在整定重合閘時間時，尚應(yīng)考慮對側(cè)和分支側(cè)斷路器相繼跳閘的情況下，故障點仍有足夠的斷電去游離時間； (4) 為提高線路重合成功率，可酌情延長重合閘動作時間?？紤]以上整定原則后，重合閘的整定時間等于線路對側(cè)有足夠靈敏度系數(shù)的延時段保護的動作時間，加上故障

20、點足夠斷電去游離時間和一定的時間裕度，再減去斷路器合閘固有時間，即 (3-1)式中：表示最小重合閘整定時間；表示對側(cè)保護延時動作時間；表示斷電去游離時間；表示一定的時間裕度；表示斷路器合閘固有時間；考慮到線路兩側(cè)的保護可能以不同時限切除故障，并從最不利的情況出發(fā)，每一側(cè)的重合閘都應(yīng)該以本側(cè)先跳閘、對側(cè)后跳閘來作為整定時間的依據(jù)。一般公式表示為： (3-2)式中： ：先跳閘一側(cè)重合閘裝置ARD的動作時限；：對側(cè)距離保護二段或三段的動作時間，本系統(tǒng)取其二段動作時間；：對側(cè)斷路器的動作時間；：本側(cè)距離保護一段的動作時間； ：本側(cè)斷路器的動作時間； ： 故障點滅弧和周圍介質(zhì)去游離時間 3.2.2 HP

21、線路重合閘啟動時間的整定 根據(jù)原始資料知： 、則最小整定時間為： 3.2.3 N、H母線側(cè)重合閘啟動時間的整定 每一側(cè)的重合閘都應(yīng)該以本側(cè)先跳閘而對側(cè)后跳閘來作為考慮整定時間的依據(jù)。(1)N母線側(cè)重合閘啟動時間根據(jù)原始資料知： 、距離保護一段的動作時間取；則整定時間為： (2)H母線側(cè)重合閘啟動時間根據(jù)原始資料知： 、距離保護一段的動作時間?。粍t整定時間為： 3.2.4 MN線路的M側(cè)、N側(cè)重合閘啟動時間的整定(1)M側(cè)重合閘啟動時間根據(jù)原始資料知： 、距離保護一段的動作時間??；則整定時間為： (2) N側(cè)重合閘啟動時間 根據(jù)原始資料知： 、 距離保護一段的動作時間?。粍t整定時間為： 4 重合

22、閘與繼電保護的配合為了能盡量利用重合閘所提供的條件以加速切除故障，繼電保護與之配合時，一般采用如下兩種方式：4.1 重合閘前加速保護重合閘前加速保護一般又簡稱為“前加速”。如圖4-1所示的網(wǎng)絡(luò)接線。圖4-1重合閘前加速網(wǎng)絡(luò)接線假定在每條線路上均裝設(shè)過電流保護，其動作時限按階梯型原則來配合。因而，在靠近電源端保護3 處的時限就很長。為了能加速故障的切除，可在保護3 處采用前加速的方式，即當(dāng)任何一條線路上發(fā)生故障時，第一次都由保護3 瞬時動作予以切除。如果故障是在線路A-B 以外（如dl 點），則保護3 的動作都是無選擇性的。但斷路器3 跳閘后，即起動重合閘重新恢復(fù)供電，從而糾正了上述無選擇性的動

23、作。如果此時的故障是瞬時性的，則在重合閘以后就恢復(fù)了供電。如果故障是永久性的，則故障由保護1 或2 切除，當(dāng)保護2 拒動時，則保護3 第二次就按有選擇性的時限13 動作于跳閘。為了使無選擇性的動作范圍不擴展的太長，一般規(guī)定當(dāng)變壓器低壓側(cè)短路時，保護3 不應(yīng)動作。因此，其起動電流還應(yīng)按照躲開相鄰變壓器低壓側(cè)的短路來整定。采用前加速的優(yōu)點是：(1)能夠快速地切除瞬時性故障；(2)可能使瞬時性故障來不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率；(3)能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線電壓在0 . 60 . 7 倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質(zhì)量；(4)使用設(shè)備少，只需裝設(shè)一套重合閘裝置，

24、簡單、經(jīng)濟。前加速的缺點是：(1)斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多；(2)重合于永久性故障上時，故障切除的時間可能較長；(3)如果重合閘裝置或斷路器3 拒絕合閘，則將擴大停電范圍。甚至在最末一級線路上故障時，都會使連接在這條線路上的所有用戶停電。前加速保護主要用于35kV 以下由發(fā)電廠或重要變電所引出的直配線路上，以便快速切除故障，保證母線電壓。在這些線路上一般只裝設(shè)簡單的電流保護。4.2 重合閘后加速保護重合閘后加速保護一般又簡稱為“后加速”，所謂后加速就是當(dāng)線路第一次故障時，保護有選擇性動作，然后，進行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘后，再加速保護動作，瞬時切除故障，而與第一次動作是否帶有時限無關(guān)。“后加速”的配合方式廣泛應(yīng)用于35kV 以上的網(wǎng)絡(luò)及對重要負荷供電的送電線路上。因為，在這些線路上一般都裝有性能比較完善的保護裝置，例如，三段式電