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《电力系统自动装置》论文

黑龙江大学课程论文

学院:

黑龙江大学

专业:

电气工程及其自动化

课程名称:

电力系统自动装置

姓名:

学号:

成绩:

《电力系统自动装置》论文

论文题目:

输电线路的自动重合闸装置

——阐述自动重合闸装置的基本概念与各种类型的自动重合闸方式

摘要:

介绍输电线路的自动重合闸装置的基本概念与分类,以及对各种类型重合闸方式的工作原理分析与与继电保护装置配合工作的方式。

关键词:

自动重合闸装置　双侧电源线路三相自动重合闸特不重合闸方式综合重合闸重合闸前后加速保护

电力系统运行经验表明,在电力系统的各种故障中,输电线路（架空线路）是发生故障几率最多的元件,约占电力系统总故障的9０％。

大多数故障是瞬时性故障,故障几率占输电线路故障的9０%左右,而永久性故障确不到1０%,最严重时也不到20％。

自动重合闸是一种广泛应用于输电与供电线路上的有效反事故措施。

即当线路出现故障,继电保护使断路器跳闸后,自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。

因此,在瞬时性故障发生跳闸的情况下,自动将断路器重合,不仅提高了供电的安全性,减少了停电损失,而且还提高了电力系统的暂态稳定水平,增大了高压线路的送电容量。

因此架空线路要采纳自动重合闸装置。

１、自动重合闸装置（简写为ARD装置）

定义:

当输电线路因故障跳闸,或输电线路故障由继电保护装置动作使开关跳闸切除故障点后,将断路器按需要自动合闸投入,从而恢复线路送电的一种安全自动装置。

2、自动重合闸的作用及重合于永久性故障的不利影响

２、1作用:

（1）、提高供电的可靠性,减小线路停电次数;

（２）、提高电力系统并列运行的稳定性;

（３）、弥补输电线路耐雷水平降低的影响;

（4）、纠正因断路器本身由于机构不良或保护误动引起的误跳闸。

2、2不利影响:

（1）、使电力系统再一次受到故障的冲击;

（2）、使断路器的工作条件变得更加恶劣。

３、自动重合闸装置的分类

依照自动重合闸装置作用于断路器的方式可分为以下三种类型。

3、1三相自动重合闸

三相自动重合闸是指不论线路上发生的是单相短路依然相间短路,继电保护装置动作后均使断路器三相同时断开,然后重合闸再将断路器三相同时投入的方式。

3、2单相自动重合闸

在发生单相接地故障时,只把故障相断开,然后再进行单相自动重合,而未发生故障的两相仍然接着运行,假如是永久性故障,单相重合不成功,且系统又不允许非全相长期运行,则重合后,保护动作使三相断路器跳闸不再进行重合,这种重合闸方式称为单相自动重合闸。

３、3综合自动重合闸

综合自动重合闸是将单相重合闸与三相重合闸综合到一起。

当发生单相接地故障时,采纳单相自动重合闸方式工作;当发生相间短路时,采纳三相自动重合闸方式工作。

4、对输电线路自动重合闸装置的基本要求

（１）在正常跳闸时,应将自动重合闸装置闭锁。

（2）动作的时间尽估计短些、

（3）动作次数应符合预先的规定、

（4）应与继电保护配合、

（5）动作后应自动复归。

（6）当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时,应将自动重合闸装置闭锁。

5、重合闸的启动方式

在断路器事故跳闸时,重合闸应能启动;正常跳闸时,重合闸应闭锁。

为了区不正常跳闸与事故跳闸,一般有两种启动方式。

5、1不对应启动方式:

就是指控制开关在“合后”位置,而断路器在“跳后"位置,两个位置不对应,表明断路器因继电保护动作或误动作而跳闸,重合闸装置启动。

5、2保护启动方式:

利用线路保护动作于断路器跳闸的同时,使自动重合闸装置启动、

６、单侧电源线路三相一次自动重合闸

单侧电源线路是指单电源供电的辐射状线路、平行线路与环状线路。

三相一次自动重合闸就是在输电线路上发生任何故障,继电保护装置将三相断路器断开时,自动重合闸起动,经一定的延时,发生重合闸脉冲,将三相断路器一起合上。

若为瞬时性故障,则重合成功,线路接着运行;若为永久性故障,则继电保护再次动作将三相断路器断开,不再重合。

6、1三相一次自动重合闸的原理接线

如图所示为DＣH型电气式三相一次自动重合闸装置的原理接线图、装置主要由DCH型重合闸继电器KR、防跳继电器ＫCＦ、加速继电器KAC、信号继电器KＳ、合闸接触器、切换片XB1等元件组成。

图中虚线方框内为ＤＣH型重合闸继电器的内部结构与接线,它由时间继电器KT1,中间继电器KM,充电电阻R4,放电电阻R6,降压电阻R5,17Ｒ,储能电容器C及信号指示灯HL等组合而成。

中间继电器KA有两个线圈,即电压线圈（启动线圈）及电流线圈（自保持线圈）。

控制开关SＡ具有留个位置,七个触头盒的万能转换开关、

（1）正常运行时:

ＳA处于“合闸后"位置,触头21—２3接通,触头2—4断开,断路器ＱＦ1处于合闸状态,辅助触头QF１断开,QF2闭合、跳闸位置继电器KＴＰ失电,其常开触电KTＰ１断开。

ARＤ中的Ｃ经充电电阻R4被充电（回路为+WC→SＡ21-2３→R4→C→3→—WC）。

C充足电需要1５－20S。

同时信号指示灯HL亮,储能电容Ｃ充电完成,自动重合闸装置投入运行、

（2）当线路发生瞬时性（或其她缘故）故障时:

当线路发生瞬时性故障时,继电保护动作将断路器跳开后,断路器的常闭触点QF1闭合,跳闸位置继电器KTP得电,常开触点ＫTP1闭合,启动时间继电器ＫT,时间继电器KT经一定延时,其常开触点KＴ1闭合,电容Ｃ经KＴ1、中间继电器KM的电压线圈放电,ＫM起动后,其常开触点KM1、ＫM2、KM3闭合,接通合闸接触器的回路（+ＷC→SA21－2３→KM1→ＫＭ2→KＭ电流线圈→KS→XB1→ＫCF２→QＦ1→ＫMC→—WC）,合闸接触器KMC动作,合上断路器。

重合闸动作时,因KT1闭合,信号灯HL失电熄灭。

KM电流线圈起自保持作用。

只要KM被电压线圈短时起动一下,便可通过电流自保持线圈使ＫM在合闸过程中一直处于动作状态,以保证断路器可靠合闸。

断路器重合后,其常闭辅助触点QＦ1断开,KＭ失电返回,KTP也复归,ＫTP1断开,使ＫT返回,KT1断开,电容C开始重新充电,经１５～25s电容Ｃ充满电,准备好下次的动作。

当断路器由于某种缘故误跳闸时,重合闸的动作过程与上述过程相同。

（3）当线路发生永久性（或持续性）故障时:

当线路发生永久性故障时,重合闸装置的动作过程与（２）所述相同、由因此永久性故障,保护将再次动作使断路器第二次跳闸,自动重合闸再次启动。

KT再次启动,KT1又闭合,电容C向KM电压线圈放电,但由于C充电时间短,其两端电压低,不足以使KＭ启动,故断路器可不能再次重合,这就保证了AＲD只动作一次、

（4）手动跳闸时:

控制开关SA手动跳闸时,其触点SＡ６—７通,接通断路器的跳闸回路;SA２1—23触头打开,断开了ARD的启动回路,故重合闸装置不估计启动。

跳闸后　SA的２-４触点闭合,接通了电容C对放电电阻R6放电回路,由于R6阻值特不小,电容Ｃ放电后的电压接近于零,从而保证下次手动合闸于故障线路时装置可不能动作。

（5）手动合闸于故障线路时:

手动合闸时,触点SＡ5－8通,合闸接触器KMC启动合闸;ＳA21－２3通,SA2－4断,电容C开始充电。

同时SA2５－28通,使后加速继电器KAC动作。

当合闸于故障线路时,保护动作,经加速继电器KＡC的延时返回常开触点使断路器瞬时跳闸。

此时因电容C充电时间短,电压低,电容C放电不足于起动ＫＭ,从而保证AＲD装置可靠不动作。

（6）闭锁重合闸装置动作时:

在某种情况下,断路器跳闸后不允许自动重合闸。

　例如,按频率自动减负荷装置AFL或母线差动保护BB、桥式接线的变压器差动保护动作时,应将ＡRD装置闭锁,使之退出工作。

实现的方法就是利用AFL装置或BB的出口触点与SA2-4并联,当ＡFL装置或BＢ动作时,其出口触点闭合,电容Ｃ经Ｒ６电阻放电,ARD装置无法动作,以达到闭锁ARD装置的目的、

（７）防止断路器多次重合于永久性故障的措施:

假如线路发生永久性故障,且重合闸第一次动作时就出现了ＫＭ１、ＫＭ2触点粘牢或卡住现象,由因此永久性故障,保护将再次动作跳闸,因KＭ１、ＫＭ2触点接通,若没有防跳继电器KCF,则合闸接触器ＫMＣ通电而使断路器第二次重合。

如此反复,断路器将发生多次重合的严重后果,形成“跳跃现象”,这是不允许的。

为此装设了防跳继电器ＫCF,当断路器第二次跳闸时,ＫCＦ电流线圈通电而使KCF动作,（+WC→SＡ21－２3→KＭ1→KM２→KM电流线圈→KS→XB1→KCF1→KＣF电压线圈→—ＷC）,KCF自保持,其触点KＣF２断开,切断重合闸的合闸回路,使断路器可不能多次重合。

同样,当手动合闸于故障线路时,假如控制开关SＡ5—８粘牢,在保护动作使断路器跳闸后,KCF启动,并经SA5—8、KCＦ1接通KCF电压自保护回路,使SA5—8断开之前KＣF不能返回,并借助ＫCF2切断合闸回路,使断路器不能重合。

7、双侧电源线路三相自动重合闸

7、１三相快速自动重合闸

三相快速自动重合闸是在线路发生故障时,两侧保护瞬时将故障切除后,不管两侧电源是否同步,就可进行重合,经0、5～１S延时后,两侧断路器都重新合上、在合闸瞬间,两侧电源特不估计不同步,但因重合时间短,重合后系统也会特不快拉入同步。

7、１、1采纳三相快速自动重合闸应具备的条件:

（1）、必须装设全线速动保护,如高频保护。

（2）、线路两侧装有能够进行快速重合闸的断路器,如快速空气断路器。

（3）、在两侧断路器非同步重新合闸的瞬间,输电线路上出现的冲击电流不能超过电力系统各元件的冲击电流的允许值。

7、２非同步重合闸

当不具备快速切除全线路故障与快速动作的断路器条件时,能够考虑采纳非同步自动重合闸。

非同步自动重合闸就是输电线路两侧断路器跳闸后,不考虑系统是否同步而进行自动重合。

显然,重合时电气设备估计要受到较大电流的冲击,系统也估计出现振荡现象,因而采纳非同步自动重合闸具有一定的条件。

7、2、1线路的非同步自动重合闸投入方式:

（1）、不按顺序投入线路两侧两侧断路器的方式

两侧均采纳单电源线路重合闸接线。

（2）、按顺序投入线路两侧断路器的方式

　预先规定两侧断路器的合闸顺序,先重合侧采纳单电源线路重合闸接线,后合闸侧检定线路有电压后才重合。

７、３无电压检定与同步检定的三相自动重合闸

这种重合闸方式是指当线路两侧断路器跳开后,其中一侧（称为无压侧）先检定线路无电压而重合,后重合侧（称为同步侧）检定线路两侧电源满足同步条件后再进行重合。

线路MN两侧各装一套带同步检定继电器KSY与低电压继电器ＫV的AＲＤ装置。

无压侧（M侧）的无压,同步连接片投入,同步侧（N侧）仅投入同步连接片,其工作原理如下。

线路发生瞬时性故障时。

保护动作将两侧断路器跳闸,线路无电压,两侧的检定同步继电器KSY不工作,常闭触点打开、Ｍ侧低电压继电器ＫＶ检定线路无电压动作,触点闭合,经连接片启动ARＤ装置,经预定时间,QFM合闸、QＦM合后,Ｎ侧线路有电压,N侧KSY开始工作,待两侧电压满足同步条件时,KSY常闭触点闭合时间足够长,启动ARＤ装置,使Ｎ侧断路器QＦN合闸,线路恢复正常供电。

线路发生永久性故障时。

M侧重合闸后,由无压侧后加速保护装置动作跳闸。

在这过程中,同步侧断路器始终不能重合。

正常运行情况下,因误碰或保护误动作造成断路器无跳闸时、假如同步侧断路器发生误跳,则可通过该侧KＳY检定同步后使N侧断路器重新合上;若无压侧断路器误跳,因线路有电压,无压侧不能由KV触点去启动AＲＤ装置,从原理上讲,因无压侧同步连接片投入,由同步检查继电器KSＹ检查同步后,便可将Ｍ侧断路器重新合上。

7、4在一些特定条件下采纳不经同步检定的特不重合闸方式

7、４、1检定另一回线路有电流的自动重合闸

如图所示,在没有其她旁路联系的双电源平行双回线路上,假如一回线路因故障断开后,只要另一回线路不断开,两侧电源一般可不能失去同步。

此时,只要检定另一回线路有电流就相当于检定了两侧电源同步,从而可进行重合闸。

7、４、2解列自动重合闸

如图所示,在双侧电源的单回线路上,当不能采纳非同步重合闸时,有时可采纳解列自动重合闸。

正常运行时,由系统向小电源侧输送功率。

当线路发生故障时,系统侧保护动作,跳开断路器QＦ１;小电源侧保护动作使解列点断路器QF3跳闸,而不跳线路断路器QＦ２、

　　　解列后,小电源的容量基本与所带重要负荷平衡,如此就保证对地区重要负荷的连续供电、断路器QF1、QF3断开后,系统侧检定线路无压而重合,假如重合成功,则由系统恢复对小电源的不重要负荷的供电,而后在解列点进行同步并列,恢复同步运行。

如重合不成功,则系统侧保护再次动作跳闸,中断地区不重要负荷的供电、

7、4、3自动同步重合闸

　　如图所示,为水电站向系统送电的单回线路上采纳自同步重合闸示意图、正常运行时,水电站向系统输送功率,假如线路发生故障,则系统侧线路断路器QＦ1跳闸,水电站侧线路断路器ＱＦ3不跳闸,而跳开发电机断路器QF2并进行灭磁。

然后,系统侧检定线路无电压而重合,假如重合成功,则水电站侧发电机以自同步方式与系统并列,恢复正常运行。

假如重合不成功,则系统侧保护再次动作跳闸,水电站则停机。

8、自动重合闸与继电保护的配合

在电力系统中,自动重合闸与继电保护配合能够加快切除故障、提高供电的可靠性,在某些情况下可简化继电保护,对保证系统安全可靠运行有着重要作用、

8、１重合闸前加速保护

8、１、1概念:

当线路上发生故障时,靠近电源侧的保护首先无选择地瞬时动作跳闸,而后借助自动重合闸来纠正这种无选择性动作。

8、1、２特点:

近电源侧只有一套ARD装置与无选择性的电流速断保护。

（全线保护）

8、1、3工作原理:

工作过程中组成元件:

过电流保护、自动重合闸装置、无选择性电流速断保护（全线保护）、断路器

瞬时性故障:

1动作－ＱF1跳闸－ＡＲD动作-ＱF１闭合成功　

永久性故障:

1动作—QＦ1跳闸－ＡRD动作-带时限的电流保护动作,跳相应的断路器、

8、1、4重合闸前加速保护的优点:

（1）快速地切除瞬时性故障。

（2）使瞬时性故障不至于发展成永久性故障,从而提高重合闸的成功率。

（3）使用设备少,只需装设一套重合闸装置,简单、经济。

8、1、5重合闸前加速保护的缺点:

（１）断路器QＦ1的工作条件恶劣,动作次数增多,假如重合闸装置或断路器ＱF1拒绝合闸,则将扩大停电范围。

（２）关于永久性故障,故障切除时间估计较长、

8、１、6应用:

前加速保护主要用于3５ＫV一下的发电厂或变电所引出的直配线上,以便快速切除故障、

8、2重合闸后加速保护

8、２、1概念:

当线路上发生故障时,保护首先有选择性地动作跳闸,后重合闸动作合上断路器。

若重合于永久性故障,则加速保护动作,瞬时切除故障。

8、2、2特点:

需在每条线路上都装有选择性的保护与AＲD装置。

8、2、３工作原理:

瞬时性故障:

有选择性动作－QF１跳闸—ARD动作－QF1闭合成功

永久性故障:

有选择性动作-QＦ１跳闸-ARD动作—不带时限无选择性电流保护动作,断开断路器。

８、2、4重合闸后加速保护的优点:

（1）第一次有选择性地切除故障,可不能扩大停电范围。

（2）重合于永久性故障,仍能快速、有选择性地将故障切除、

（3）与前加速保护相比,使用中不受网络结构与负荷条件的限制、

8、2、5重合闸后加速保护的缺点:

（1）每条线路上都需装设一套重合闸,与前加速保护相比较为复杂。

（２）第一次切除故障估计带有时限。

8、2、６应用:

在３5KV以上的网络中,通常都装有性能较好的保护,第一次有选择性的跳闸时限可不能特不长,因此后加速保护在3５KＶ以上电网中被广泛采纳。

9、综合重合闸

运行经验表明,在2２0ｋV～５00ｋＶ的架空线路上,由于相间距离大,其绝大部分短路故障都是单相接地短路,在这种情况下,假如只断开故障的一相,而未发生故障的两相仍然接着运行,然后再进行单相重合,就能大大提高供电的可靠性与系统并列运行的稳定性,当线路发生相间故障时,仍应跳开三相,而且应依照系统的具体情况,或进行三相重合,或不再重合、

９、1对选相原件的基本要求:

单相接地时,选相元件应可靠选出故障相;选相元件的灵敏度与速动性应比保护的好;选相元件一般不要求区分内外故障,不要求方向性、

9、2工作原理:

图中KZ1,KＺ2,KＺ3为三个反应A,Ｂ,C单相接地短路的阻抗选相元件,KAZ为判不是否发生接地短路的零序电流元件（即判不元件）。

假定动作为“1”,不动作为“０”,当线路发生相间短路时,故障相上有零序电流,KＡZ动作,闭锁与门8,不能直截了当跳三相断路器。

假如是单相接地短路,则仅一个选相元件动作,与门1~与门3中之一开放,跳单相;假如两个选相元件动作,则讲明发生了两相接地短路,与门4~与门6中之一开放,保护将跳三相断路器。

9、3考虑潜供电流的影响

需考虑潜供电流的影响。

当发生单相接地故障时,线路故障相自两侧断开后,断开相与非故障相之间还存在电与磁（通过相间电容与相间互感）的联系,即故障相与大地之间仍有对地电容,如图,这时尽管短路电流已被切断,但在故障点的弧光通道中,仍有以下电流:

（1）、非故障相A通过相间电容CAC供给电流

　（２）、非故障相B通过相间电容CBＣ供给电流

　　　（３）、接着运行的两相中,由于流过负荷电流会在断开的C相中产生互感电动势EM,此电动势通过故障点与该项对地电容Ｃ0而产生电流、

上述这些电流的总与称为潜供电流。

9、4重合闸的运行方式。

为使综合重合闸装置具有多种性能,同时使用灵活方便,装置通过人工切换应能实现综合自动重合闸,单相自动重合闸,三相自动重合闸与停用重合闸四种运行方式。

9、5重合闸的起动方式。

综合重合闸采纳断路器与控制开关位置的不对应启动方式,有利于纠正断路器误跳闸。

但考虑到在单相重合闸过程中对某些保护实现闭锁,以及对故障相实现分相固定,也采纳保护启动方式。

因此,在综合重合闸中同时采纳这两种起动方式

参考文献:

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