第五章-(全)輸電線路自動重合閘

第五章輸電線路的自動重合閘

掌握自動重合閘的作用及對重合閘的基本要求掌握自動重合閘裝置的基本組成元件及工作原理,熟練掌握各種工作狀況了解兩側(cè)電源的線路上自動重合閘的配置方式掌握自動重合閘與繼電保護(hù)的配合方式及其特點本章基本要求第一節(jié)自動重合閘的作用及要求

(FunctionandBasicRequirementstoAutoreclosure)一、自動重合閘在電力系統(tǒng)中的作用

架空線路故障大都是“暫時性”的故障，在線路被繼電保護(hù)迅速動作控制斷路器斷開后，故障點的絕緣水平可自行恢復(fù)，故障隨即消失。此時，如果把斷開的線路斷路器重新合上，就能夠恢復(fù)正常的供電。

定義：當(dāng)斷路器跳閘以后，能夠自動的將斷路器重新合閘的自動重合閘裝置。暫時性故障：該類故障斷電即逝；重合后可繼續(xù)供電。

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

）此外，也有“永久性故障”。永久性故障：在線路被斷開之后，該類故障仍然是存在的，即使合上電源，也不能恢復(fù)正常供電。如線路倒桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞引起的故障，斷路器跳閘后故障依然存在，即使再合上電源，斷路器也會再次跳閘。如此，則對電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成一定的不利影響。因此，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(hù)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。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)之比稱為重合閘的成功率。根據(jù)運(yùn)行資料統(tǒng)計，輸電線路自動重合閘的成功率，在60%～90%。在微機(jī)保護(hù)中重合閘裝置應(yīng)用自適應(yīng)原理可在重合之前先判斷是瞬時性故障還是永久性故障，然后再決定是否重合，這樣可大大提高重合閘的成功率。在電力系統(tǒng)輸電線路上，采用自動重合閘的作用可歸納如下：1、可大大提高供電的可靠性，在線路上發(fā)生暫時性故障時，迅速恢復(fù)供電，減少線路停電的次數(shù)，這對單側(cè)電源的單回線路尤為顯著；2、在有雙側(cè)電源的高壓輸電線路上采用重合閘，可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)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，即可以暫緩架設(shè)雙回線路，以節(jié)約投資；

4、自動重合閘可以糾正因斷路器本身機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動作而引起的誤跳閘。采用自動重合閘后，當(dāng)重合于永久性故障時，也將帶來一些不利影響，例如：

(1)電力系統(tǒng)將再次受到短路電流的沖擊，對超高壓系統(tǒng)還可能降低并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，可能引起系統(tǒng)振蕩。(2)使斷路器的工作條件更加惡劣，因在短時間內(nèi)連續(xù)兩次切斷短路電流。這種情況對于油斷路器必須予以考慮，因為第一次跳閘時，由于電弧的作用，已使絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度降低，在重合后第二次跳閘時，是在絕緣強(qiáng)度已經(jīng)降低的不利條件下進(jìn)行的。因此，油斷路器在采用了重合閘以后，其遮斷容量也要不同程度的降低(一般降低到80%左右)。

采用重合閘的目的有兩點：一、是保證并列運(yùn)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(yùn)行。按照自動重合閘裝置作用于斷路器的方式可分為以下三種類型。二、自動重合閘的類型

1.三相重合閘三相重合閘是指不論線路上發(fā)生的是單相短路還是相間短路，繼電保護(hù)裝置動作后均使斷路器三相同時斷開，然后重合閘再將斷路器三相同時投入的方式。當(dāng)前一般只允許重合閘動作一次，故稱為三相一次自動重合閘裝置。2.單相重合閘在110

kV及以上電力系統(tǒng)中，由于架空線路的線間距離大，相間故障的機(jī)會很少，而絕大多數(shù)是單相接地故障。因此在發(fā)生單相接地故障時，只把故障相斷開，然后再進(jìn)行單相重合，而未發(fā)生故障的兩相仍然繼續(xù)運(yùn)行，這樣就能夠大大提高供電的可靠性和系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，這種重合閘方式稱為單相重合閘。如果是永久性故障，單相重合不成功，且系統(tǒng)又不允許非全相長期運(yùn)行，則重合后，保護(hù)動作使三相斷路器跳閘不再進(jìn)行重合。3.綜合重合閘綜合重合閘是將單相重合閘和三相重合閘綜合到一起，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，采用單相重合閘方式工作；當(dāng)發(fā)生相間短路時，采用三相重合閘方式工作。綜合考慮這兩種重合閘方式的裝置稱為綜合重合閘裝置。根據(jù)重合閘控制斷路器連續(xù)合閘次數(shù)的不同，可將重合閘分為多次重合閘和一次重合閘。多次重合閘一般使用在配電網(wǎng)中與分段器配合，自動隔離故障區(qū)段，是配電自動化的重要組成部分。而一次重合閘主要用于輸電線路，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對一個具體的線路，究竟使用何種重合閘方式，要結(jié)合系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，選取對系統(tǒng)穩(wěn)定最有利的重合方式。一般遵循下列原則：

(1)一般沒有特殊要求的單電源線路，宜采用一般的三相重合閘。

(2)凡是選用簡單的三相重合閘能滿足要求的線路，都應(yīng)選用三相重合閘。

(3)當(dāng)發(fā)生單相接地短路時，如果使用三相重合閘不能滿足穩(wěn)定性要求而出現(xiàn)大面積停電或重要用戶停電者，應(yīng)當(dāng)選用單相重合閘或綜合重合閘。根據(jù)生產(chǎn)的需要和運(yùn)行經(jīng)驗，對線路的自動重合閘裝置，提出了如下基本要求。1、手動跳閘時不應(yīng)重合2、手動合閘于故障線路時自動重合閘不重合3、用不對應(yīng)原則啟動

4、

動作迅速

5．不允許任意多次重合

6．動作后應(yīng)能自動復(fù)歸

7．能與繼電保護(hù)動作配合

四、自動重合閘的配置原則第二節(jié)三相自動重合閘

三相重合閘：不論在輸、配線上發(fā)生單相短路還是相間短路時，繼電保護(hù)裝置均將線路三相斷路器同時斷開，然后啟動自動重合閘同時合三相斷路器的方式。若故障為暫時性故障，則重合閘成功；否則保護(hù)再次動作，跳三相斷路器。這時，重合閘是否再重合要視情況而定。目前，一般只允許重合閘動作一次，稱為三相一次自動重合閘裝置。特殊情況下，可采用三相二次自動重合閘裝置。

三相重合閘結(jié)構(gòu)相對比較簡單，保護(hù)出口可直接動作控制斷路器，保護(hù)之間互為后備的性能較好。

一、單側(cè)電源線路的三相一次重合閘：當(dāng)線路上故障（單相接地短路、相間短路）——>保護(hù)動作跳開三相——>重合閘起動——>合三相：故障是瞬時性的，重合成功；故障是永久性的，保護(hù)再次跳開三相，不再重合。斷路器由合閘位置變?yōu)樘l位置時，啟動。預(yù)定的延時保證不出現(xiàn)多次重合閉鎖永久性故障：加快故障的再次切除組成：起動元件、延時元件、一次合閘脈沖元件和執(zhí)行元件四部分。重合閘起動KT一次合閘脈沖元件與控制開關(guān)KK執(zhí)行元件1、起動元件：當(dāng)QF跳閘之后，使延時元件起動。起動方式：

（1）控制開關(guān)KK位置與QF位置不對應(yīng)（優(yōu)先采用）；（2）保護(hù)裝置起動。2、延時元件：tu——故障點去游離時間；tz——斷路器消弧室及傳動機(jī)構(gòu)準(zhǔn)備好再次動作時間。3、一次合閘脈沖元件：保證重合閘裝置只重合一次。

4、執(zhí)行元件：啟動合閘回路和信號回路，還可與保護(hù)配合，實現(xiàn)重合閘后加速保護(hù)。2、自動重合閘的動作時間整定單側(cè)電源線路的三相重合閘要帶有時限，因為在斷路器跳閘后，要使故障點的電弧熄滅并使周圍介質(zhì)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度是需要一定時間的，必須在這個時間以后進(jìn)行合閘才有可能成功；在斷路器動作跳閘后，其觸頭周圍絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)以及消弧室重新充滿油需要一定的時間。

tact=tt+tre+trel-tntact——重合閘動作時間，約1s左右；tt——斷路器固有跳閘時間；tre——消弧及去游離時間；trel——裕度時間，0.1~0.15stn——斷路器合閘時間

原則上越短越好，但應(yīng)力爭重合成功，保證：

故障點電弧熄滅、絕緣恢復(fù)；斷路器觸頭周圍絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)及消弧室重新充滿油，準(zhǔn)備好重合于永久性故障時能再次跳閘在雙側(cè)電源的送電線路上實現(xiàn)重合閘時，與單電源線路上的三相自動重合閘相比還必須考慮如下的特點：（1）時間的配合。

（2）同期問題。當(dāng)線路上發(fā)生故障跳閘以后，線路兩側(cè)電源之間的電勢角會擺開，有可能失去同步。這時，后合閘一側(cè)的斷路器在進(jìn)行重合閘時，應(yīng)考慮兩側(cè)電源是否同步，以及是否允許非同步合閘的問題。二雙側(cè)電源線路的三相一次重合閘1、

雙側(cè)電源線路重合閘的特殊問題

（1）當(dāng)線路上發(fā)生故障時，兩側(cè)的保護(hù)裝置可能以不同的時限動作于跳閘，例如一側(cè)為第I段動作，而另一側(cè)為第II段動作，此時為了保證故障點電弧的熄滅和絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)，以使重合閘有可能成功，線路兩側(cè)的重合閘必須保證在兩側(cè)的斷路器都跳閘以后，再進(jìn)行重合；——時間配合

tactt=t’act，max+t’t+tre+trel-tntact——近故障側(cè)重合閘動作時間；t’act，max——遠(yuǎn)故障側(cè)保護(hù)動作時間最大值；t’t——遠(yuǎn)故障側(cè)斷路器跳閘時間；tn——近故障側(cè)斷路器合閘時間；tre——消弧及去游離時間；trel——裕度時間，0.1~0.15s

（2）當(dāng)線路上發(fā)生故障跳閘以后，常常存在著重合閘時兩側(cè)電源是否同步，以及是否允許非同步合閘的問題。——同期配合（1）三相快速自動重合方式：

當(dāng)線路上發(fā)生故障時，繼電保護(hù)瞬時動作于QF跳閘，而后進(jìn)行自動重合閘的方式。其特點是速度快。2、雙側(cè)電源線路三相一次重合閘方式：快速重合閘須具備的條件：a、線路兩側(cè)均裝有全線瞬時動作的保護(hù)；b、有快速動作的QF，如快速空氣斷路器；c、沖擊電流<允許值。（2）非同期重合閘方式：當(dāng)線路兩側(cè)斷路器跳閘后，沖擊電流均未超過系統(tǒng)中各元件的允許值時，即不管線路兩側(cè)電源是否同步，都將自動合上兩側(cè)斷路器，并等待系統(tǒng)自動拉入同步。

采用非同期合閘的條件：（1）在兩側(cè)斷路器非同期重新合閘瞬間，輸電線路上出現(xiàn)的沖擊電流，不能超過電力系各元件的沖擊電流的允許值。（2）采用非同期合閘后，在兩側(cè)電源由非同步拉入同步的過程中，系統(tǒng)處于振蕩狀態(tài)，在振蕩過程中對重要負(fù)荷的影響小，但是對繼電保護(hù)可能導(dǎo)致其誤動作，故需采取一些相應(yīng)的措施。（3）檢查同期重合閘。線路故障且兩側(cè)QF跳閘后，一側(cè)的ARD先動作將本側(cè)QF合閘，另一側(cè)QF在兩側(cè)電源同步后才動作于QF合閘。1）工作過程：a、M側(cè)QF如重合于永久性故障，就將連續(xù)兩次切斷短路電流，所以工作條件比N側(cè)惡劣，為此，通常兩側(cè)都裝設(shè)低電壓繼電器和同步檢定繼電器，利用連結(jié)片定期切換其工作方式，以使兩側(cè)工作條件接近相同。b、在正常工作情況下，由于某種原因（保護(hù)誤動、誤碰跳閘機(jī)構(gòu)等）使檢無壓側(cè)（M側(cè)）誤跳閘時，因線路上仍有電壓，無法進(jìn)行重合（缺陷），為此，在檢定無壓側(cè)也同時投入同步檢定繼電器，使兩者的觸點并聯(lián)工作。這樣，在上述情況下，同步檢定繼電器工作，可將誤跳閘的DL重新合閘。2）在使用同步檢定的一側(cè)，絕對不允許同時投入無壓檢定繼電器。（5）自動解列重合閘方式：（4）檢查雙回線另一回線電流的重合閘方式；

第三節(jié)單相自動重合閘

所謂單相重合閘,就是指線路上發(fā)生單相接地故障時，保護(hù)動作只斷開故障相的斷路器，而未發(fā)生故障的其余兩項仍可繼續(xù)運(yùn)行，然后進(jìn)行單相重合。若故障為暫時性的，則重合閘后，便可恢復(fù)三相供電；如果故障是永久性的，而系統(tǒng)又不允許長期非全相運(yùn)行，則重合后，保護(hù)動作，使三相斷路器跳閘，不再進(jìn)行重合。一、單相自動重合閘的特點

當(dāng)采用單相重合閘時，如果發(fā)生相間短路，則一般都跳三相斷路器，且不進(jìn)行三相重合；如果因任何其它原因斷開三相斷路器，則也不再進(jìn)行重合。對于單相接地時，只跳開故障相，因此要對故障相進(jìn)行判斷，從而決定跳開哪一相，完成之一任務(wù)的原件稱之為選相原件。二.對選相元件的基本要求為1.單相接地時，選相元件應(yīng)可靠選出故相；2.選相元件的靈敏度和速動性應(yīng)比保護(hù)好；3.選相元件一般不要求區(qū)分內(nèi)外部故障，不要求有方向性。

常用的選相元件有以下幾種：1.相電流選相元件2.相電壓選相元件

3.阻抗選相元件

4.反映二相電流差的突變量選相元件。這種選相元件是利用短路時，電氣量發(fā)生突變這一特點構(gòu)成的。近年來，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中被推薦作為綜合重合閘裝置的選相元件。微機(jī)型成套線路保護(hù)裝置中均采用具有此類原理的選相元件。這種選相元件要求在線路的三相上各裝設(shè)一個反映電流突變量的電流繼電器。

1.

保護(hù)裝置、選相元件與重合閘的配合關(guān)系≥1單相重合閘過程中，縱向不對稱出現(xiàn)負(fù)序和零序分量，使得本線路或其它元件的保護(hù)可能誤動，應(yīng)在單相重合閘動作時予以閉鎖或整定動作時限躲開單相重合閘的周期。2.故障相選相元件要求：（1）選擇性：直跳故障相；（2）末端短路時的靈敏性。選相元件：（1）電流選相：電源端、短路電流比較大一側(cè)；（2）低電壓選相：小電源側(cè)，單側(cè)電源受電端；（3）阻抗選相：更高的選擇性和靈敏性，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。（4）相電流差突變量選相。在單相接地短路時，反應(yīng)非故障相電流突變量的繼電器不動作；其它故障時，三個繼電器都動作。由于單相重合閘具有以上特點，并在實踐中證明了它的優(yōu)越性，因此，已在220kV～500kV的線路上獲得了廣泛的應(yīng)用。對于110kV的電力網(wǎng)，一般不推薦這種重合閘方式，只在由單側(cè)電源向重要負(fù)荷供電的某些線路，以及根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要裝設(shè)單相重合閘的某些重要線路上才考慮使用。第四節(jié)綜合自動重合閘在線路上設(shè)計自動重合閘裝置時，將單相重合閘和三相重合閘綜合在一起，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時，采用單相重合閘方式工作；當(dāng)發(fā)生相間短路時，采用三相重合閘方式工作。綜合考慮這兩種重合閘方式的裝置稱為綜合重合閘裝置。綜合重合閘裝置經(jīng)過轉(zhuǎn)換開關(guān)的切換，一般都具有單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘和直跳等四種運(yùn)行方式。在110kV及以上的高壓電力系統(tǒng)中，綜合重合閘已得到了廣泛應(yīng)用。

以上分別討論了三相重合閘和單相重合閘的基本原理及實現(xiàn)中需要考慮的一些問題。對有些線路，在采用單相重合閘以后，如果發(fā)生各種相間故障時仍然需要切除三相，然后再進(jìn)行三相重合閘，如重合不成功則再次斷開三相而不再進(jìn)行重合。因此，實際上在實現(xiàn)單相重合閘時，也總是把實現(xiàn)三相重合閘的問題結(jié)合在一起考慮，故稱為“綜合重合閘”。在綜合重合閘的接線中，應(yīng)考慮能實現(xiàn)綜合重合閘、只進(jìn)行單相重合閘或三相重合閘以及停用重合閘的各種可能性。5.４綜合重合閘簡介綜合重合閘單相重合閘和三相重合閘綜合在一起－綜合重合閘。K(1)－>跳單相－>合單相。（單重方式）相間K－>跳三相－>合三相。（三重方式）運(yùn)行方式：單重、三重、綜重。實現(xiàn)綜合重合閘回路接線時，應(yīng)考慮的一些基本原則如下：(1)單相接地短路時跳開單相，然后進(jìn)行單相重合，如重合不成功，則跳開三相而不再進(jìn)行重合。(2)各種相間短路時跳開三相，然后進(jìn)行三相重合。如重合不成功，仍跳開三相，而不再進(jìn)行重合(3)當(dāng)選相元件拒絕動作時，應(yīng)能跳開三相并進(jìn)行三相重合。(4)對于非全相運(yùn)行中可能誤動作的保護(hù)，應(yīng)進(jìn)行可靠的閉鎖，對于在單相接地時可能誤動作的相間保護(hù)(如距離保護(hù))，應(yīng)有防止單相接地誤跳三相的措施。(5)當(dāng)一相跳開后重合閘拒絕動作時，為防止線路長期出現(xiàn)非全相運(yùn)行，應(yīng)將其他兩相自動斷開。(6)任兩相的分相跳閘繼電器動作后，應(yīng)聯(lián)跳第三相，使三相斷路器均跳閘。(7)無論單相或三相重合閘，在重合不成功之后，均應(yīng)考慮能加速切除三相，即實現(xiàn)重合閘后加速。(8)在非全相運(yùn)行過程中，如又發(fā)生另一相或兩相的故障，保護(hù)應(yīng)能有選擇性地予以切除，上述故障如發(fā)生在單相重合閘的脈沖發(fā)出以前，則在故障切除后能進(jìn)行三相重合。如發(fā)生在重合閘脈沖發(fā)出以后，則切除三相不再進(jìn)行重合。(9)對用氣壓或液壓傳動的斷路器，當(dāng)氣壓或液壓低至不允許實行重合閘時，應(yīng)將重合閘回路自動閉鎖，但如果在重合閘過程中下降到低于允許值時，則應(yīng)保證重合閘動作的完成。1.綜合自動重合閘的運(yùn)行方式2.綜合自動重合閘與繼電保護(hù)的配合3.單相接地短路跳開單行斷路器4.相見故障時跳開三相斷路器5.選項原件拒動6.一相跳閘后單相自動重合閘拒動7.兩相先后接地短路8.高壓斷路器的氣壓或液壓不足750kV及以上的特高壓交流輸電線是我國未來電力系統(tǒng)的骨干線路，是國家的經(jīng)濟(jì)命脈。750kV及以上特高壓輸電線上重合閘的應(yīng)用由于其輸送容量大，輸電距離長，為保證其可靠連續(xù)運(yùn)行，自動重合閘是必不可少的。但是和500kV及以下的超高壓輸電線不同，由于其分布電容大，在拉、合閘操作及故障和重合閘時都將引起嚴(yán)重的過電壓。因此，對于這種線路，設(shè)計、應(yīng)用、整定自動重合閘首先要研究解決重合閘引起的過電壓問題。第五節(jié)自動重合閘與繼電保護(hù)的配合在電力系統(tǒng)中，自動重合閘與繼電保護(hù)配合的方式有兩種，即自動重合閘前加速保護(hù)動作和自動重合閘后加速保護(hù)動作。

一、自動重合閘前加速保護(hù)動作方式重合閘前加速保護(hù)動作的原理圖過流保護(hù)，按階梯型原則整定動作時限。前加速的優(yōu)點是，能快速切除瞬時性故障，使瞬時性故障來不及發(fā)展成為永久性故障，而且使用的設(shè)備少，只需一套ARD自動重合閘裝置；其缺點是，重合于永久性故障時，再次切除故障的時間會延長，裝有重合閘線路的斷路器的動作次數(shù)較多，而且若此斷路器的重合閘拒動，就會擴(kuò)大停電范圍，甚至在最后一級線路上發(fā)生故障，也可能造成全網(wǎng)絡(luò)停電。前加速保護(hù)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，保護(hù)母線電壓。

一、自動重合閘后加速保護(hù)動作方式自動重合閘后加速保護(hù)動作方式簡稱“后加速”。所謂后加速就是當(dāng)線路第一次故障時，保護(hù)有選擇性地動作，然后進(jìn)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(hù)動作，瞬間切除故障，而且與第一次動作是否帶有時限無關(guān)。

重合閘后加速保護(hù)動作的原理圖后加速保護(hù)的優(yōu)點是：第一次是有選擇性地切除故障，不會擴(kuò)大停電范圍，特別是在重要的高壓電網(wǎng)中，一般不允許保護(hù)無選擇性的動作而后以重合閘來糾正（即前加速的方式）；保證了永久性故障能瞬時切除，并仍然是有選擇性的；和前加速保護(hù)相比，使用中不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷條件的限制，一般說來是有利無害的。后加速的缺點是：每個斷路器上都需要裝設(shè)一套重合閘，與前加速相比較為復(fù)雜；第一次切除故障可能帶有延時。

第六節(jié)重合器與分段器一、線路自動重合器的功能和特點自動重合器是一種具有保護(hù)、檢測、控制功能的自動化設(shè)備，具有不同時限的安秒曲線和多次重合閘功能，是一種集斷路器、繼電保護(hù)、操動機(jī)構(gòu)為一體的機(jī)電一體化新型電器。它可自動檢測通過重合器主回路的電流，當(dāng)確認(rèn)是故障電流后，持續(xù)一定時間按反時限保護(hù)自動開斷故障電流，并根據(jù)要求多次自動地重合，向線路恢復(fù)供電。如果故障是瞬時性的，重合器重合后線路恢復(fù)正常供電；如果故