電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理第五章自動(dòng)重合閘瞬時(shí)性故障：線路被繼電保護(hù)迅速斷開(kāi)后，電弧即行熄滅，故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度重新恢復(fù)，外界物體也被電弧燒掉而消失，此時(shí)，把斷開(kāi)的線路斷路器再合上，就能恢復(fù)正常的供電，稱這類故障為“瞬時(shí)性故障”。

永久性故障：線路被斷開(kāi)以后，故障仍然存在，這時(shí)即使再合上電源，由于故障仍然存在，線路還要被繼電保護(hù)再次斷開(kāi)，不能恢復(fù)正常的供電。此類故障稱為“永久性故障”。一、基本概念

線路正常運(yùn)行時(shí)，ZCH應(yīng)投入，當(dāng)值班人員手動(dòng)操作或通過(guò)遙控裝置將斷路器斷開(kāi)時(shí)，ZCH不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)值班人員手動(dòng)投入斷路器，由于線路上有永久性故障而隨即被繼電保護(hù)將其斷開(kāi)時(shí)，ZCH不應(yīng)動(dòng)作。除上述情況外，當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其它原因而跳閘后，重合閘均應(yīng)動(dòng)作，使斷路器重新合閘。

ZCH的啟動(dòng)應(yīng)按控制開(kāi)關(guān)的位置和斷路器的位置不對(duì)應(yīng)的原則進(jìn)行或由保護(hù)裝置來(lái)啟動(dòng)。即當(dāng)控制開(kāi)關(guān)處在合閘位置而斷路器實(shí)際處于斷開(kāi)位置時(shí)，ZCH應(yīng)啟動(dòng)動(dòng)作。

二、對(duì)自動(dòng)重合閘裝置（ZCH）的基本要求

ZCH的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先規(guī)定。無(wú)特殊要求時(shí)對(duì)架空線路只重合一次。

ZCH動(dòng)作后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，為下一次動(dòng)作做好準(zhǔn)備。應(yīng)能和繼電保護(hù)裝置配合，使保護(hù)裝置在重合閘前加速動(dòng)作或重合閘后加速動(dòng)作，加速故障的切除。在雙側(cè)電源的線路上實(shí)現(xiàn)ZCH時(shí)，應(yīng)考慮合閘時(shí)兩側(cè)電源的同步問(wèn)題，并滿足所提出的要求。當(dāng)斷路器處于不正常狀態(tài)（如操作機(jī)構(gòu)中使用的氣壓、液壓降低等）而不允許實(shí)現(xiàn)重合閘時(shí)，應(yīng)將自ZCH裝置閉鎖。主要由重合閘起動(dòng)回路、重合閘時(shí)間元件、一次合閘脈沖元件及控制開(kāi)關(guān)閉鎖回路等組成。三、單側(cè)電源線路晶體管型三相一次ZCH接線和工作原理1．正常工作狀態(tài)

斷路器在合閘位置，DL1觸點(diǎn)接通，三極管T1截止，電容器C3經(jīng)R5和R6充滿電，1點(diǎn)電位為+E，2點(diǎn)電位為0V，充滿此電壓所需的時(shí)間為15～25s；

由于2點(diǎn)電位為0V，穩(wěn)壓管W2（擊穿電壓為10V）截止，T2由R7供給基流導(dǎo)通；T2導(dǎo)通使T3截止，信號(hào)繼電器XJ和重合閘執(zhí)行繼電器HQJ均不動(dòng)作。

圖中DL1為斷路器的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)，可用合閘位置繼電器HWJ觸點(diǎn)代替，當(dāng)斷路器在合閘位置時(shí)，觸點(diǎn)是接通的，因此電容器C1被短接，時(shí)間元件不起動(dòng)。

KK為手動(dòng)操作的控制開(kāi)關(guān)，在手動(dòng)跳閘時(shí)接通，用以解除和閉鎖重合閘。HQJ為合閘繼電器，XJ為具有磁保持功能的信號(hào)繼電器，JSJ為重合閘后加速繼電器。2．?dāng)嗦菲饔杀Ｗo(hù)動(dòng)作或其它原因誤動(dòng)作而跳閘

DL1觸點(diǎn)打開(kāi)，C1經(jīng)R1充電，時(shí)間元件起動(dòng)，經(jīng)預(yù)定重合閘延時(shí)后，C1充電電壓達(dá)穩(wěn)壓管W1的擊穿電壓，于是T1經(jīng)R1和W1供給基流而導(dǎo)通，1點(diǎn)電位突變至接近0V，由于C3兩端電壓不能突變，2點(diǎn)電位被迫變?yōu)?E，此時(shí)W2被擊穿，使負(fù)電壓加于T2的基極，于是T2截至，T3隨之導(dǎo)通，HQJ和XJ動(dòng)作，向斷路器發(fā)出合閘脈沖，同時(shí)給出重合閘動(dòng)作信號(hào)。

實(shí)際上，2點(diǎn)電位變負(fù)后，C3通過(guò)D1、T1和R2而放電，經(jīng)0.1秒后，2點(diǎn)電位回升到使穩(wěn)壓管W2不能再擊穿時(shí)，T2又將導(dǎo)通，T3隨之截止，這是“一次合閘脈沖元件”工作過(guò)程?？梢?jiàn)，T3只在0.1秒過(guò)程中導(dǎo)通，使HQJ動(dòng)作發(fā)一合閘脈沖，保證一次重合。

如線路上發(fā)生瞬時(shí)性故障，重合閘成功，斷路器合閘后，“重合閘起動(dòng)與時(shí)間元件”立即返回，T1截止，C3又開(kāi)始經(jīng)R5和R6充電。經(jīng)15～25s后，C3充滿電壓，回路復(fù)歸原狀。3．線路上存在有永久性故障

在重合閘以后繼電保護(hù)將再次動(dòng)作跳閘，DL1接點(diǎn)又打開(kāi)，“重合閘起動(dòng)與時(shí)間元件”動(dòng)作同前，使T1導(dǎo)通，但由于C3尚未來(lái)得及充滿電壓，T2并不截止，“一次合閘脈沖元件”就不會(huì)再發(fā)出寬度為0.1秒的脈沖，保證只進(jìn)行一次重合閘。

4．用控制開(kāi)關(guān)手動(dòng)跳閘和合閘

當(dāng)控制開(kāi)關(guān)在預(yù)跳位置，KK觸點(diǎn)接通，一方面接通C3經(jīng)R4和D2的放電回路，使C3放電，另一方面使T2的集電極輸出經(jīng)D4接通0V，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)閉鎖，保證了手動(dòng)跳閘以后不至于重合。在手動(dòng)跳閘以后，DL1觸點(diǎn)打開(kāi)，則C3一直處于放電狀態(tài)。

用控制開(kāi)關(guān)手動(dòng)合閘時(shí)，合閘后，DL1觸點(diǎn)接通，T1截止，C3開(kāi)始充電，需經(jīng)15～25s時(shí)間后，C3充滿電壓。

5.合閘動(dòng)作時(shí)限的選擇原則

為了盡可能縮短電源中斷的時(shí)間，重合閘的動(dòng)作時(shí)限原則上應(yīng)越短越好。四、雙側(cè)電源送電線路重合閘的方式及選擇原則1.特點(diǎn)：當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)的保護(hù)裝置以不同的動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作于跳閘，為了保證故障點(diǎn)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，線路兩端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；線路故障跳閘后，存在重合閘時(shí)兩側(cè)電源是否同步，以及是否存在非同步合閘的問(wèn)題。因此，雙側(cè)電源線路的重合閘，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的接線方式和運(yùn)行情況，在單側(cè)電源重合閘的基礎(chǔ)上，采取一些附加的措施，以適應(yīng)新的要求。

a.并列運(yùn)行的發(fā)電廠或電力系統(tǒng)之間，電氣上緊密聯(lián)系時(shí)（如具有三個(gè)以上聯(lián)系的線路或三個(gè)緊密聯(lián)系的線路，如圖中電源A和C之間），由于同時(shí)斷開(kāi)所有聯(lián)系的可能性幾乎不存在，可采用不檢查同步的ZCH。圖2分析重合閘原則所使用的網(wǎng)絡(luò)接線2.主要方式：

b.并列運(yùn)行的發(fā)電廠或電力系統(tǒng)之間，在電氣上有聯(lián)系較弱時(shí)，例如只有兩個(gè)聯(lián)系的線路或三個(gè)弱聯(lián)系的線路，如圖A和B的關(guān)系，需考慮：圖3具有同步和無(wú)電壓檢定的重合閘接線示意圖當(dāng)非同步合閘的最大沖擊電流超過(guò)允許值時(shí)，不允許非同步合閘，此時(shí)必須檢定兩側(cè)電源確定同步之后才能進(jìn)行重合，為此可在線路的一側(cè)采用檢查線路無(wú)電壓而在另一側(cè)采用檢定同步的重合閘，如圖3所示。當(dāng)非同步合閘的最大沖擊電流符合要求，但從系統(tǒng)安全運(yùn)行考慮（重要負(fù)荷），不宜于采用非同步重合閘時(shí)，在正常運(yùn)行方式下采用不檢查同步的重合閘，而當(dāng)其它聯(lián)絡(luò)線均斷開(kāi)而只有一回線路運(yùn)行時(shí)，將重合閘停用，以避免發(fā)生非同步重合的情況。

在無(wú)其它旁路聯(lián)系的雙回線路上，如圖4，當(dāng)不能采用非同步重合閘時(shí)，可采用檢定另一回線上有電流的重合閘。因?yàn)楫?dāng)另一回線路上有電流時(shí)，表示兩側(cè)電源保持聯(lián)系，一般是同步，可以重合。該方式優(yōu)點(diǎn)：電流檢定比同步檢定簡(jiǎn)單。圖4雙回線路上采用檢查另一回線路有電流的重合閘示意圖c.在雙側(cè)電源單回線路上，不能采用非同步重合閘時(shí)，可用：

1）采用解列重合閘，如圖，正常時(shí)系統(tǒng)向小電源側(cè)輸送功率，當(dāng)線路d點(diǎn)故障，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘，小電源側(cè)保護(hù)使解列點(diǎn)跳閘，而不跳故障線路斷路器。小電源與系統(tǒng)解列后，容量基本與所帶重要負(fù)荷平衡，保證地區(qū)重要負(fù)荷連續(xù)供電。解列點(diǎn)選擇原則:使發(fā)電廠容量與所帶負(fù)荷接近平衡。圖5單回線路上采用解列重合閘的示意圖圖6在水電廠采用自同步重合閘的示意圖

2）對(duì)水電廠如條件許可，采用自同步重合閘，如圖6，線路上d點(diǎn)故障后，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)使線路斷路器跳閘，水電廠側(cè)保護(hù)動(dòng)作于跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器和滅磁開(kāi)關(guān)而不跳故障線路的斷路器。然后系統(tǒng)側(cè)重合閘檢查線路無(wú)電壓而重合，如重合成功，水輪發(fā)電機(jī)以自同步方式自動(dòng)與系統(tǒng)并列，稱自同步重合閘。如重合不成功，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)再次動(dòng)作跳閘，水電廠被迫停機(jī)。

3）當(dāng)上述各種方式的重合閘難以實(shí)現(xiàn)，而同步檢定重合閘確有一定效果時(shí)，例如，當(dāng)兩個(gè)電源與兩側(cè)所帶的負(fù)荷各自接近于平衡，因而在單回聯(lián)絡(luò)線上交換的功率較小，或當(dāng)線路斷開(kāi)后，每個(gè)電源側(cè)都有一定的備用容量可供調(diào)節(jié)，則也可以采用同步檢定和無(wú)電壓檢定的重合閘。

d.非同步重合閘：當(dāng)符合下列條件且認(rèn)為有必要時(shí)，可采用非同步重合閘，即在線路兩端斷路器跳閘后不管兩側(cè)電源是否同步，一般不須附加條件，即可進(jìn)行重合，在合閘瞬間，兩側(cè)電源很可能是不同步的。

五、具有同步檢定和無(wú)電壓檢定的重合閘當(dāng)線路故障，兩側(cè)斷路器跳閘后，檢線路無(wú)電壓一側(cè)的重合閘首先動(dòng)作。如重合不成功，斷路器再次跳閘。此時(shí)由于對(duì)側(cè)無(wú)電壓，同步檢定繼電器不動(dòng)作，因此該側(cè)重合閘根本不起動(dòng)。如重合成功，另一側(cè)在檢定同步之后，再投入斷路器，線路恢復(fù)。可見(jiàn)，檢線路無(wú)電壓一側(cè)的斷路器，如重合不成功，就要連續(xù)兩次切斷短路電流，其工作條件比同步檢定一側(cè)斷路器的條件惡劣。為解決該問(wèn)題，通常在每側(cè)都裝設(shè)同步檢定和無(wú)電壓檢定的繼電器，利用聯(lián)接片進(jìn)行切換，使兩側(cè)斷路器輪換使用每種檢定方式的重合閘，因而使兩側(cè)斷路器的工作條件接近相同。

在使用檢查線路無(wú)電壓方式的重合閘的一側(cè)，當(dāng)斷路器在正常運(yùn)行下由于某種原因（如誤碰跳閘機(jī)構(gòu)，誤動(dòng)作）跳閘時(shí)，由于對(duì)側(cè)并未動(dòng)作，因此，線路上有電壓，因而就不能實(shí)現(xiàn)重合，這是一個(gè)很大的缺陷。

為解決該問(wèn)題，通常在檢無(wú)電壓的一側(cè)同時(shí)投入同步檢定繼電器，兩者觸點(diǎn)并聯(lián)工作。此時(shí)如遇上述情況，同步檢定器能夠起作用，當(dāng)符合同步條件時(shí)，可將誤跳閘的斷路器重新投入。但，在使用同步檢定的另一側(cè)，無(wú)電壓檢定是絕對(duì)不允許同時(shí)投入的。

從結(jié)果上看，該方式配置原則是：一側(cè)投入無(wú)電壓檢定和同步檢定（并聯(lián)工作），另一側(cè)只投入同步檢定。兩側(cè)的投入方式可利用其中的切換片定期輪換。

為了盡可能縮短電源中斷的時(shí)間，重合閘動(dòng)作時(shí)限原則上應(yīng)越短越好。

因?yàn)?電源中斷后,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇下降，電動(dòng)機(jī)被其負(fù)荷所制動(dòng)，當(dāng)重合閘成功恢復(fù)供電后，電動(dòng)機(jī)要自起動(dòng)。由于自起動(dòng)電流很大，往往引起電網(wǎng)電壓下降，又造成自起動(dòng)困難或拖延恢復(fù)工作時(shí)間。電源中斷時(shí)間越長(zhǎng)影響越嚴(yán)重。

重合閘帶時(shí)限原因如下：

1）在斷路器跳閘后，要使故障點(diǎn)的電弧熄滅并使周圍介質(zhì)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度是需要一定的時(shí)間的，必須在這個(gè)時(shí)間以后進(jìn)行合閘才可能成功。還必須計(jì)及負(fù)荷電動(dòng)機(jī)向故障點(diǎn)反饋電流產(chǎn)生的影響,因?yàn)樗鞘菇^緣強(qiáng)度恢復(fù)變慢的因素。六、合閘動(dòng)作時(shí)限的選擇原則1．單側(cè)電源線路的三相重合閘

2）在斷路器跳閘以后，其觸頭周圍絕緣強(qiáng)度的恢復(fù)以及消弧室重新充滿油要一定時(shí)間。其操作機(jī)構(gòu)恢復(fù)原狀準(zhǔn)備好再次動(dòng)作也需要一定的時(shí)間。重合閘必須在這個(gè)時(shí)間以后才能發(fā)合閘脈沖，否則如合于永久性故障上，可能發(fā)生斷路器爆炸的嚴(yán)重事故。如果重合閘是利用繼電保護(hù)來(lái)起動(dòng)，則其動(dòng)作時(shí)限除應(yīng)滿足以上兩個(gè)要求以外，還應(yīng)加上斷路器的跳閘時(shí)間。采用1s左右時(shí)間較為合適。

2.雙側(cè)電源線路的三相重合閘

除了滿足以上要求，還應(yīng)考慮線路兩側(cè)繼電保護(hù)以不同時(shí)限切除故障的可能性。

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)先跳閘而對(duì)側(cè)后跳閘來(lái)作為考慮整定時(shí)間的依據(jù)。1.前加速保護(hù)：七、重合閘與繼電保護(hù)的配合

保護(hù)1，2，3若采用過(guò)電流保護(hù)，任一線路故障，都由保護(hù)3采用前加速瞬時(shí)動(dòng)作予以切除。如瞬時(shí)性故障，重合閘以后就恢復(fù)了供電。如永久性故障，按有選擇性的時(shí)限切除。采用前加速的優(yōu)點(diǎn)是：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，保證母線電壓。斷路器工作條件惡劣，動(dòng)作次數(shù)較多；重合于永久性故障上時(shí)，故障切除時(shí)間可能較長(zhǎng)；如重合閘裝置或斷路器拒絕合閘，將擴(kuò)大停電范圍。甚至在最末一級(jí)線路上故障時(shí)，會(huì)使這條線路上的所有用戶停電。能夠快速地切除瞬時(shí)性故障；使瞬時(shí)性故障來(lái)不及發(fā)展成永久性故障，提高重合成功率；能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線0.6-0.7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；使用設(shè)備少，只需裝一套重合閘裝置，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。采用前加速的缺點(diǎn)是：當(dāng)線路第一次故障時(shí)，保護(hù)有選擇性地動(dòng)作，然后進(jìn)行重合。如重合于永久性故障上，在斷路器合閘后，再加速保護(hù)動(dòng)作，瞬間切除故障，而與第一次動(dòng)作是否帶時(shí)限無(wú)關(guān)。廣泛應(yīng)用于35kV以上網(wǎng)絡(luò)及對(duì)重要負(fù)荷供電的送電線路上。第一次有選擇性切除故障，不會(huì)擴(kuò)大停電范圍，在重要的高壓電網(wǎng)中，不允許保護(hù)無(wú)選擇性的動(dòng)作而后以重合閘來(lái)糾正。保證了永久性故障能瞬間切除，仍有選擇性的。和前加速相比，使用中不受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷條件的限制。2.后加速保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：后加速保護(hù)的缺點(diǎn)：每個(gè)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(shí)。原理接線圖如圖9，LJ為過(guò)電流繼電器的觸點(diǎn)，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，它起動(dòng)時(shí)間繼電器SJ，然后經(jīng)整定的時(shí)限后SJ2觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)出口繼電器ZJ而跳閘。當(dāng)重合閘以后，如前分析，JSJ的觸點(diǎn)將閉合1s的時(shí)間，如果重合于永久性故障上，則LJ再次動(dòng)作，此時(shí)即可由時(shí)間繼電器的瞬時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)SJ1、壓板LP和JSJ的觸點(diǎn)串聯(lián)而立即起動(dòng)ZJ動(dòng)作于跳閘，從而實(shí)現(xiàn)了重合閘以后使過(guò)電流保護(hù)加速的要求。

需有按相操作的斷路器；需專門(mén)的選相元件與繼電保護(hù)相配合，接線比較復(fù)雜；在單相重合閘過(guò)程中，由于非全相運(yùn)行引起本線路和電網(wǎng)中其它線路的保護(hù)誤動(dòng)作，需要根據(jù)實(shí)際情況采取預(yù)防措施。缺點(diǎn)：在大多數(shù)故障情況下保證對(duì)用戶連續(xù)供電，提高供電可靠性。由單側(cè)電源單回路向重要負(fù)荷供電時(shí)保證不間斷供電。在雙側(cè)電源聯(lián)絡(luò)線上采用單相重合閘，可在故障時(shí)大大加強(qiáng)兩個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)系，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

在220-500kV架空線路上，線間距離大，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明絕大部分故障是單相接地短路。此時(shí)，如只把發(fā)生故障的一相斷開(kāi)，進(jìn)行單相重合，發(fā)生故障的兩相仍然繼續(xù)運(yùn)行，可大大提高供電可靠性和系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。這就是單相重合閘。八、單相自動(dòng)重合閘優(yōu)點(diǎn)：潛供電流：當(dāng)故障相線路自兩側(cè)切除后，如圖，非故障相與斷開(kāi)相之間存在有靜電（通過(guò)電容）和電磁（通過(guò)）聯(lián)系，雖然短路電流已被切斷，但在故障點(diǎn)的弧光通道中仍有：

1）非故障A通過(guò)A-C相間的CAC供給的電流；

2）非故障相B通過(guò)B-C相間的電容CBC供給的電流；

3）繼續(xù)運(yùn)行的兩相，由于流過(guò)負(fù)荷電流IfA和IfB在C相中產(chǎn)生互感電勢(shì)EM，此電勢(shì)通過(guò)故障點(diǎn)和該相對(duì)地電容產(chǎn)生的