基于plc的输电线路自动重合闸系统设计

1、青岛理工大学琴岛学院本科毕业设计说明书（论文）摘 要随着可编程序控制器(PLC)技术的发展，由于其高可靠性、高性价比、广泛的工业现场适应性和方便的工艺扩展性能，PLC在电力系统的控制过程中得到了越来越广泛的应用。目前，可编程逻辑控制器（PLC）的应用，解决了存在的诸多问题。PLC功能强大，以它为自动控制的核心，能够将逻辑控制、过程控制和运动控制这三控集于一体，可方便、灵活地组合成不同规模和需求的控制系统，以实现现代多功能自动控制。现代电力系统日趋复杂,电压等级的升高,系统出现问题的可能性比以往有所增加,因此,必须有足够的措施保障系统的安全,将电力系统出现故障时所造成的损失减到最低,继电保护技术

2、是各种安全措施保护功能中最为重要的一种。高压输电线路自动重合闸功能作为电力系统继电保护装置保护功能的重要组成部分。它在保证系统安全、稳定和经济运行等方面起着非常重要的作用。针对输电线路常出现暂时性的故障，为提高供电的可靠性，在线路上须装设自动重合闸装置。为保证触头开断过程的电弧总能量最小，要求实行定相合闸，通过芯片KJ008在获取电压的过零信号后产生触发脉冲，选用FX2N-32MR型PLC为控制模块，编写PLC程序，控制断路器的合闸时刻。关键词：自动重合闸；可编程逻辑控制器；电力系统；KJ008IAbstractWith the development of technology of pro

3、grammable logic controller, and because of its high reliability, high ratio of performance to price, PLC has found more and more broad adaptability in industry spot and convenient technique expansibility, so PLC become more and more abroad in the automation process control in high-voltage breaker. A

4、t present, the programmable logical controller (PLC) application has solved existence many problems. Programmable Logic Controller (hereafter abbreviated as PLC), has powerful functions. As a core of automation of power system, it combines logic control, process control and motion control, and can b

5、e easily and flexibly organized into a control system on different scales to meet various requirements. So, the control system is multi-functional and modern.With the modern electric system becoming more complicated and voltage grade keeping elevated，the probability that system comes forth some prob

6、lems is increasing. Therefore, it is necessary for us to take adequate measures to ensure the security of the system and minimize the loss when the system fails to function. Relay protection technique is the most important one among diversified safety precautions. As the important part of relay prot

7、ection devices, the high-voltage transmission line auto-reclosing function acts as the crucial role in system safety, stability and economical running.For transmission lines often appeared a temporary failure, to improve power supply reliability, on-line on the installation of automatic reclosing de

8、vices. To ensure that the process of breaking contact arc total energy minimum, called for the zeros closing phase, through the chip KJ008 in obtaining the zero voltage signal after the trigger pulse, optional FX2N-32MR-PLC for the control module, prepared by the PLC program, the closing moments is

9、set.Keyword: automatic reclosing device;programmable logic controller electric power system kj008I目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1 课题的提出及研究的意义11.2 自动重合闸的发展状况21.3 PLC控制技术的应用22自动重合闸装置的方案选择42.1 国内外自动重合闸的发展历史42.2 自动重合闸装置的工作原理42.3 自动重合闸的作用72.4 自动重合闸的类型72.5 高压线路自动重合闸启动方式82.6 对自动重合闸装置的基本要求92.7 单重、三重及综重特点与区别102.8 什

10、么叫重合闸前、后加速192.9 自动重合闸的配置原则223自动重合闸装置的硬件设计243.1 PLC的发展历史243.2 PLC的组成253.3 SIMATIC S7-200的工作原理263.4 PLC编程语言313.5 可编程序控制器控制系统的设计和调试步骤333.6 硬件框图343.7 主要组成部分的说明363.8 硬件接线图414自动重合闸装置的软件设计434.1 控制过程分析434.2 自动重合闸PLC的控制程序设计444.3梯形图仿真结果484.4结论49结束语51参考文献52谢 辞531绪论1.1 课题的提出及研究的意义随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对电力

11、的需求愈来愈大，这促使电力事业迅速发展。电力法的公布和执行，更要求电力供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。随着社会经济的飞速发展，对电力系统的可靠性、稳定性和安全性的要求也越来越高，对继电保护的性能的要求也越来越苛刻。对继电保护而言，分析电力系统故障的目的在于根据故障后电流、电压、阻抗等电气量的变化特点确定故障是否发生、故障是否发生在被保护范围之内、故障的性质以及故障发生的准确位置，进而决定继电保护是否动作。用于线路方面的继电保护装置作为电力系统的重要组成部分在保证系统安全、稳定和经济运行方面起着重要的作用，当线路发生短路故障时可及时切除故障线路，能够保障系统其它部分的正常运行。在电力

12、系统的各组成元件中，线路作为覆盖面积最大且工作条件最恶劣的元件，受各种各样自然条件的影响，其故障发生率是各个电力设备中最高的。输电线路故障可分为瞬时性故障和永久性故障两种：永久性故障是指出于线路倒塔、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在线路断开后，故障点的绝缘不能恢复；瞬时性故障是指大风引起的碰线、线路通过线下树木对地放电或异物落在导线上引起的短路等，这类故障在线路跳开后，电弧可自行熄灭，故障点的绝缘基本恢复到正常水平，这时合上电源，就能够恢复正常供电，故称此类故障为瞬时性故障。电力系统的运行经验表明，输电线路发生的故障大都是瞬时性的。当断路器跳闸后，若由运行人员手动进行重合，由于停电时间过

13、长，用户电动机多数已经停转，重合闸的效果不显著。因此，目前电力系统广泛采用自动重合闸。电力系统的运行资料统计表明，自动重合闸的动作成功率相当高，一般在60%-90%之间。由此可见，自动重合闸对于提高瞬时性故障时供电的连续性、双侧电源线路系统并列运行时的稳定性，以及纠正由于断路器或继电保护误动作引起的误跳闸，都发挥了巨大的作用1。由于流经重合器的电压信号是交变的，断路器在不同相位下合闸，其合闸过程的动态特性也不同，即触头间的碰撞和弹跳持续时间、衔铁运动速度的变化规律和碰撞能量不同，接通电路出现的电流最大值也不同，触头间由于产生电弧而引起的触头电腐蚀量亦可能有所不同。所以断路器最好是在电压过零时合

14、闸，因而要解决电压选相的问题。随着PLC的发展，由于PLC能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决1 方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。PLC在电力系统中得到了广泛的应用。研究自动重合闸的PLC控制系统对于保证供电的可靠性、稳定性，改善供电质量，切实提高企业的经济效益和工作效率具有重要意义。1.2 自动重合闸的发展状况随着科学技术的进步，电器产品逐渐向机电一体化方向发展，采用了电子、计算机

15、改革和创新研制的新型开关电器交流高压真空自动重合器就是一个典型的项目。老的变电站改造，新建的全户外小型化变电站以及配电架空线、住宅区、开发区等都将广泛使用重合器。它能保证电网的新建与改造。它有三个突出的优点是其他开关目前尚未具备的：第一，它简化了传统变电站的接线方式，取代了传统的控制室、高压配电室、继电盘等设备，省去了大量的投资，占地面积省去13，整个施工建设周期大为缩短。第二，该产品具有智能功能，使电网大部分瞬时性故障重回成功，永久性故障自动隔离闭锁，不仅具有断路器控制和保护功能，而且能自动检测10KV输电线路运行状态和识别记忆故障相类型及次数，具有反时限It特性及多组TCC曲线，按预先整定

16、的程序可以与分段器、重合器、断路器等开关设备配合实施各种功能和“三遥”操作，大大缩短电网故障寻址时间，迅速切除故障区段，提高供电质量和可靠性。第三，整定值按预定的调试程序自动复位，具备远方操作和分合闸功能，具备运行操作电源。1.3 PLC控制技术的应用在今后的发展中，电器的发展趋向自动化、智能化，PLC的运用将更为广泛，PLC在电力系统中的应用，也将有更好的应用。因为PLC控制系统有更为优越的特点它的功能强大，性能价格比高，一台小型的可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。可编程序控制器产品已经标准化，

17、它的硬件配套齐全，使用方便，易于控制。PLC控制系统无触点配线，可靠性高，抗干扰能力强。以它为自动控制的核心，能够将逻辑控制、过程控制和运动控制这三控集于一体，可方便、灵活地组合成不同规模和需求的控制系统，以实现现代多功能自动控制。2基于PLC控制的系统在运行中体现了许多优点，例如：（1）PLC工作性能可靠，免去了对原设备继电器的校验与清扫工作。（2）PLC操作简单，PLC人机接口简单方便，逻辑控制回路完全由软件实现，可按运行人员要求改变控制流程，满足现场运行需要。（3）控制系统检修维护方便，大大降低了检修工作量，节约了大量的检修费用。（4）报警系统的完善，保护范围全面。（5）工作环境的改善，

18、PLC控制柜布局紧凑，结构合理，盘面美观大方，运行显示一目了然，控制操作方便。（6）远方监控方便，PLC可随时建立与上位机的通讯，将采集的开关量数据及模拟量数据上传远方ALP工作站，便于远方监测。上位机还可下传控制指令，实现试验系统的远方控制。系统采用先进的PLC控制，设计合理，使整个系统性能优于常规控制系统，这一点在仿真试验及实际运行中得到了证实与考验，将为安全生产发挥实际作用，对其它设备的独立改造也具有一定的参考价值。PLC作为一种自动化程度高、配置灵活的工业生产过程控制装置，因为其本身的高可靠性、允许在较为恶劣的环境下工作而在自动控制领域中得到广泛应用。控制设备性能稳定，维护方便，既降低

19、了维护人员的劳动强度，又保证了生产的稳定畅行，能收到很好的经济效益和社会效益。 2自动重合闸装置的方案选择自动重合闸（Automotive Reclosing Devices，缩写为ARD）是指当断路器跳闸后，能够自动将断路器重新合闸的装置。自动重合闸作为保证电力系统安全供电的有效措施之一，能够有效的减少不必要的停电事故，在输、配电线路中，已经得到极其广泛的应用。2.1 国内外自动重合闸的发展历史随着上个世纪五、六十年代电子技术的发展，出现了最早的第一代重合闸装置，即晶体管型的重合闸。我国在单相自动重合闸方面的研究和实际应用起步都较早，1960年，东北电网在220kV阜锦线上第一次采用了单相重

20、合闸。由于它是连接阜新市和锦州市两个地区的唯一主电源，每次跳闸都造成了较大影响和损失。随着阜锦线的单相自动重合闸投入后，每年不止发生一次单相接地故障，单相重合闸 100%成功。1963年，东北电网进行了阜（新）鞍（山）营（口）220kV 环网的继电保护与重合闸改造工程，在设计过程中，推广采用了单相重合闸，还设计采用了非故障线电流突变量元件作为单相重合闸过程中的后加速元件。阜（新）鞍（山）营（口）220kV环网的继电保护与重合闸的成功改造，取得了预期的运行效果。自此，单相重合闸得到了迅速的推广。上个世纪90年代中期至今，伴随着计算机技术的飞速发展，高压微机线路保护装置在我国的电网中得到了应用和推

21、广，第二代重合闸装置，即微机型重合闸装置也随之在高压输电线路中得到了广泛的应用。随着高压微机线路保护的不断成熟与完善，微机型重合闸装置也在不断的改进与完善。在欧洲，单相重合闸很早就开始得到了广泛应用。西欧及北欧电网的联网电压为420kV及245kV，其特点是变电所密集，420kV线路的平均长度为80km，245kV线路的平均长度是40km，最多发生的故障是单相接地故障。因此，极为期望保持线路在运行中，同时尽力降低网络传送容量不可用率。故此，在早期，当断路器与继电保护装置提供了条件时，就选择了单相重合闸。自上世纪50年代到60年代中期，在各自系统内部已形成了150kV与220kV 联网，随后顺利

22、的在420kV线路上采用了单相重合闸。在北美,最普遍采用的各级电压线路自动重合闸方式是快速三相重合闸。2.2 自动重合闸装置的工作原理三相一次自动重合闸装置通由启动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件4部分组成。 启动元件的作用是当断路器跳闸之后，使重合闸的延时元件启动； 延时元件是为了保证断路器跳闸之后，在故障点有足够的去游离时间和断路器及传动机构能准备再次动作的时间； 一次合闸脉冲元件用于保证重合闸装置只能重合一次； 执行元件则是将重合闸动作信号送至合闸电路和信号回路，使断路器重新合闸，让值班人员知道重合闸已动作。（1）正常情况下 线路处在正常工作情况下，断路器处在合闸状态，其辅助常

23、开接点DL2闭合，常闭接点DL1打开，控制开关KK的接点21、23接通，重合闸继电器中的电容器C经1R而充满电，电容器两端的电压等于电源电压。用于监视中间继电器ZJ接点是否完好灯光监视回路6接通，XD亮。图2-1 自动重合闸原理图图表 1图表 2-2表2.1 KK接点的通断情况操作状态手动合闸时合闸后手动跳闸时跳闸后接点通断情况2-4通通通断5-8断通通通6-7通通断通21-23断断通通25-28断通通通（2）线路短路保护动作时 当线路发生短路，保护动作时BH1闭合，2SJ启动。经预定延时后，送出跳闸信号，使防跳继电器TBJ（1）启动（回路12) ，断路器跳开后，接点DL2打开，DL1闭合，T

24、BJ（1）因断电失磁而恢复原来状态。 当断路器跳开，DL1闭合后，跳闸位置继电器TWJ被启动（回路11)，其接点TWJ1闭合。于是，时间继电器1SJ启动（回路1和2) ，经重合闸的整定时间（0.51.55）后，延时接点1SJ1闭合，电容器C即通过1SJ1对中间继电器ZJ放电（回路3和4)，使ZJ动作。其常闭接点ZJ4 打开，灯光熄；其常开接点ZJ3闭合，直流电源经回路7和10使合闸接触器HC励磁，使断路器合闸。由于ZJ电流自保持线圈的作用，只要电压线圈被短时启动，便可保证使ZJ于合闸过程中一直处于动作状态，从而使断路器可靠合闸。 如果线路上的故障是暂时性的，则断路器合闸后DL1打开，TWJ失磁

25、，TWJ1打开，1SJ返回ZJ也因DL1打开而返回。ISJ返回后，1SJ1断开，电容C开始经1R充电，大约经1015s后，C两端充满电压，这一电路就自动复归，准备好再次动作。 如果线路上的故障是永久性的，则在断路器合闸后，继电保护将再次动作，而使断路器重新跳开，这时1SJ将再次启动，1SJ1又闭合，电容C向ZJ放电，因电容C充电的时间短，其两端电压较低不足以使ZJ启动，故断路器不能再次重合。ZJ也就永远不能再次动作，从而保证了重合闸只动作一次。（3）手动操作跳闸时 当手动操作跳闸时，KK的接点6、7接通，回路12通，断路器跳开。断路器跳开后，KK的接点21、23断开，接点2、4 接通，使重合闸

26、回路失去正电源，不可能再动作于合闸。而2、4接通后，使电容C经2R放电，C上的电压迅速降低。 （4）手动操作合闸时 当手动操作合闸时，KK接点5、8接通，经回路10启动合闸接触器HC，断路器合闸，同时，KK的接点21, 23, 25,28接通，接点2、4断开，重合闸回路获得正电源，正电源经1R向C充电，但需经1015s 才能充到操作电源电压。接点25、28接通后，使加速继电器JSJ动作，JSJ接点闭合。如线路上有故障，则断路器合闸后，继电保护随即动作，经JSJ接点使断路器无延时跳开。这时，电容器C两端电压还比较低，不足以使ZJ启动，故重合闸不可能动作。 （5）防止断路器多次重合于永久性故障的措

27、施 在原理接线图中，若ZJ动作后，它的常开接点ZJ1、ZJ2、ZJ3被粘住时，线路发生永久性故障，则当第一次重合闸后，保护再次动作，使断路器断开，断路器跳开后，由于DL1又处于闭合状态，若无防跳继电器TBJ，则ZJ被粘住的接点又会立即启动HC，发出合闸脉冲，形成多次重合。为此，在原理图中装设了防跳继电器TBJ。（6）重合闸的闭锁回路 在某些情况下，例如在母线L发生故障，母线差动保护动作，使线路断路器跳闸时，不允许实现自动重合闸。在这种情况下，应将重合闸闭锁，使之退出工作，为此，可将母线差动保护的出口继电器常开接点BH2与KK的接点2、4并联，当母线差动保护动作后，BH2闭合，电容C即经2R放电

28、，就不能再使ZJ动作，从而达到了闭锁重合闸的目的。2.3 自动重合闸的作用自动重合闸的作用可归纳为如下几点:(1)在线路上发生暂时性故障时,迅速恢复供电,从而提高了供电的可靠性。(2)对于有双侧电源的高压输电线路,可提高系统并列运行的稳定性。(3)在电力网设计过程中,装设自动重合闸的,可暂缓架设双回线路以节约投资。(4)对于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,自动重合闸能起到纠正作用。由于自动重合闸本身的投资低,工作可靠,采用自动重合闸后可避免因暂时性故障停电所造成的损失,因此,规程规定,在1KV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上,只要装设断路器,一般都应装设

29、自动重合闸装置。在用高压熔断器保护的线路上,可采用自动重合熔断器.但是,采用自动重合闸后,当重合到永久性故障时,系统再次受到短路电流的冲击,可能引起电力系统振荡。同时断路器在短时间内连续两次切断短路电流,这就恶化了断路器的工作条件。对于油断路器,其实际切断容量将比额定切断容量有所降低。2.4 自动重合闸的类型自动重合闸装置按其功能可分为以下三种类型。1. 三相重合闸所谓三相重合闸是指不论在输、配电线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸再同时重新合三相断路器的方式。若暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳开三相断路器。这时，是否再重合闸要视

30、情况而定。目前，一般只允许重合闸动作一次，称为三相一次自动重合闸装置。在特殊情况下，如无人值班的变电所的无遥控单回线，无备用电源的单回线重要负荷供电线，断路器遮断容量允许时，可采用三相二次重合闸装置。2单相重合闸在110KV及以上的大接地电流系统中，由于架空线路的线间距离较大，故相间故障机会很少，而单相接地短路的机会却比较多，占总故障的90%左右。因此，在输电线路上，当不允许用快速非同期三相重合闸，而采用检查同期重合闸，在因恢复供电时间太长，满足不了系统稳定运行要求时，可以采用单相重合闸方式工作。单相重合闸，是指线路发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如故障是暂

31、时性的，则重合成功，如果是永久性故障，而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。当采用单相重合闸时，如果发生相间短路，则一般都跳三相断路器，且并不进行三相重合；如果因任何其他原因断开三相断路器，则也不再进行重合。3. 综合重合闸综合重合闸是将单相重合闸和三相重合闸综合在一起，当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；当发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重合闸装置。综合重合装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和直跳（线路上发生任何类型的故障时，保护可通过重合闸装置的出口，断开三相

32、，不再重合闸）等四种运行方式。在110KV及以上的高压电力系统中，综合重合闸已得到广泛应用3。2.5 高压线路自动重合闸启动方式高压线路自动重合闸有两种启动方式：不对应启动方式和保护启动方式。不对应启动方式的优点：简单可靠，还可以纠正断路器误碰或偷跳，可提高供电可靠性和系统的稳定性，在各级电网中具有良好运行效果，是所有重合闸的基本启动方式。不对应启动方式对于传统的非综自厂、站，是利用控制开关位置与断路器位置不相符合的原则启动自动重合闸。对于综自型厂、站，已经不再需要传统的控制屏，断路器合闸也不一定要通过控制开关，所以利用控制开关位置与断路器位置不相符合的原则启动自动重合闸已经不再适用于新型综自

33、厂、站，而是利用跳闸位置继电器触点启动重合闸。保护起动方式，是不对应启动方式的补充。由保护装置动作来启动。它的特点是：仅在保护装置动作情况下才启动自动重合闸装置。因此，它不能自动恢复“误碰”使断路器掉闸后的供电1。2.6 对自动重合闸装置的基本要求自动重合闸的基本要求如下：1、动作迅速自动重合闸装置在满足故障点去游离（介质强度恢复）所需的时间和断路器消弧室及断路器的传动机构准备好再次动作所需时间条件下，自动重合闸装置的动作时间应尽可能短。因为从断路器开到自动重合闸发出合闸脉冲时间越短，用户的停电时间也可以相应缩短，从而可减轻故障对用户和系统带来的不良影响。重合闸动作的时间，一般采用0.51s。

34、2、在下列情况下，自动重合闸应可靠地步动作（1）运行人员发出跳闸命令时重合闸不应动作。由值班人员手动操作控制开关或通过遥控装置使断路器跳闸时，属于正常的控制运行，自动重合闸装置不应动作。（2）手动合闸时，由于线路上存在故障，继电保护动作跳闸后，重合闸不应动作。这种情况下，故障多为永久性故障，它可能是由于检修质量不合格，隐患未消除或者保安的接地线没有拆除等原因引起的，因此即使再次重合也不会成功。3、自动重合闸装置应具有接收外来闭锁信号的功能。例如，当断路器处于不正常状态时（如操作机构气压或液压低等），不能实现自动重合闸，或某些保护（如线路保护永跳等）动作不允许自动重合时，应将自动重合闸装置闭锁。

35、4、当断路器由继电保护动作或机构误动作等原因引起的跳闸，重合闸均应动作，使断路器重新重合。5、自动重合闸装置可由保护启动或控制开关与断路器位置不对应的原理启动。6、在任何情况下，自动重合闸装置动作次数符合预先的规定。自动重合闸如果多次重合于永久性故障，将使系统遭受多次冲击，导致严重后果，同时还可能损坏断路器等电气设备，从而扩大事故。如果一次重合闸应该只动作一次，当重合于永久性故障而再次跳闸后，不应该再动作。二次重合闸应该能够动作二次，当第二次重合于永久性故障而跳闸以后，不应该再动作。7、自动重合闸装置动作后应自动复归，准备好再次动作。自动重合闸在动作以后，应能自动复归，准备好下一次再动作。对于

36、故障频率较高的线路（如受雷击机会较多的线路），为了发挥自动重合闸的作用，这一要求更是非常必要的。8、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。9、双侧电源供电的线路在进行自动重合闸时，应考虑合闸时两侧的同步问题等。2.7 单重、三重及综重特点与区别重合闸方式必须根据具体的系统结构及运行条件，经过分析后选定。凡是选用三相重合闸方式能满足具体系统实际需要的，线路都应当选用三相重合闸方式。特别对于那些处于集中供电地区的密集环网中，线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路，更宜采用整定时间适当的三相重合闸。对于这样

37、的环网线路，快速切除故障是第一位重要的问题。当发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统稳定，或者地区系统会出现大面积停电，或者影响重要负荷停电的线路上，应当选用单相或综合重合闸方式。2.7.1单相自动重合闸的特点 (l）需要装设故障判别元件和故障选相元件 采用一般三相重合闸装置时，线路的故障直接由继电保护作用于断路器的跳闸机构使三相断路器跳开。然后，重合闸装置进行三相重合，其任务比较单一。而采用综合重合闸时，要求单相接地短路只跳开故障相断路器，并进行单相重合；相间故障时，应跳开三相断路器，并进行三相重合。这样，在线路故障时，除了首先要求判断是区内还是区外故障外，还必须判别应跳三相还是

38、跳单相，当确定应跳单相后，还要进一步判别应该跳哪一相。因此，综合重合闸的任务是较为复杂的。通常继电保护装置只判断故障的范围，决定该不该跳闸，而决定跳三相还是跳单相，以及确定应跳哪一相断路器，是由重合闸装置内的故障判别元件（简称判别元件）和故障选相的元件（简称选相元件）来完成的。 由于某些线路保护（例如相差高频保护）在单相接地故障时也动作跳三相，如果综合重合闸内不装判别元件，就会出现单相短路跳三相的后果。 图2-2 选相元件和判别元件的逻辑图故障判别元件的构成及工作原理 我国采用的故障判别元件一般是由零序电流继电器或零序电压继电器构成。线路内部相间短路时，零序继电器不动作，继电保护直接跳三相断路

39、器。接地短路时，零序继电器动作，继电保护经选相元件再次判别是单相接地还是两相接地后，再决定是跳单相或跳三相。 原理如图2-2所示。图中1ZKJ3ZKJ是三只反映接地短路的选相元件。Y0J是判别是否发生接地短路的零序电压元件。相间短路时，Y0J 不动作，保护直跳三相。接地短路时，Y0J 动作闭锁三相跳闸回路。如果只一个选相元件动作，则说明发生单相接地短路，保护动作只将该故障相跳开；如果有两个选相元件动作，则说明是两相接地短路，保护应将三相断路器跳开。 2.7.1.1选相元件的任务及基本要求： 选相元件是实现单相重合闸的重要元件，其任务是在发生单相接地时选出故障相。 对选相元件的基本要求是： 线路

40、单相接地故障时，故障相的选相元件应可靠动作，非故障相的选相元件应可靠不动作，即保证选择性和可靠性。 选相元件不应影响主保护的性能，即对故障相末端发生的接地短路时，接于该相的选相元件应比该线保护更灵敏。选相元件的动作速度也要比保护更迅速，即保证足够的灵敏度和速动性。 多相短路（包括两相接地短路）时，应可靠跳三相。 选相元件拒动时，应经延时跳三相。(2）应考虑潜供电流的影响 当线路故障相的两侧断开后，由于非故障相与断开相之间存在着通过电容和互感的联系，虽然短路电流已被切断，但故障点弧光通道中仍会有一定数值的电流流过，此电流即称为潜供电流。 图2-3 潜供电流说明图由于潜供电流的存在，将维持故障点K

41、 点处的电弧，使之不易熄灭。当潜供电流熄灭瞬间，断开相的电压立即上升。此电压也由两部分组成：一是A、B相电压通过电容藕合过来，另一是A、B相负荷电流通过互感产生的互感电势。由于这两部分电压的存在，故障相短路点的对地电压可能升得较高，并使弧光复燃，因而再次出现弧光接地。此电压为持续弧光的电压，简称恢复电压。 由于潜供电流和恢复电压的影响，短路处的电弧不能很快熄灭。弧光通道的去游离受到严重的阻碍。自动重合闸只有在故障点电弧熄灭，绝缘强度恢复以后才有可能成功。因此，单相重合闸的动作时间必须充分考虑它们的影响，否则，将造成单相重合闸的失败。潜供电流的大小与线路的参数有关。一般线路电压越高，负荷电流越大

42、，则潜供电流愈大，单相重合闸受到的影响也越大，单相重合闸的动作时间也就随之增长。为了保证单相重合闸有良好的效果，正确选择单相重合闸的动作时间是很重要的。此时间一般都应比三相重合闸的时间长。(3）应考虑非全相运行状态的各种影响 l）负序电流的影响 由于负序电流将在发电机转子中产生二倍频率的交流分量，引起转子的附加发热；而转子中的偶次谐波也将在定子线圈中感应出偶次谐波，谐波分量与基波分量叠加，就有可能产生危险的过电压。 2）零序电流的影响 非全相运行时，会出现零序电流，对附近的通信线路直接产生干扰，并可能造成通信设备的过电压。对铁路闭锁信号也会产生影响。 3）非全相运行状态对继电保护的影响 非全相

43、运行将使继电保护的性能变坏，甚至使继电保护不能正确工作。因此，在非全相运行期间，必须对保护采取必要的措施。另外，在非全相运行状态下，由于一些保护装置必须退出工作；如再发生故障（即发生断线加短路的复杂故障）时，未退出工作的继电保护还能否正确动作，这也是采用单相重合闸后应考虑的问题。 2.7.2综合自动重合闸装置的构成原则及其要求 （1）重合闸启动的方式问题 目前重合闸启动主要采用保护和控制开关与断路器位置不对应共同作用的启动方式，即当控制开关在合闸位置而断路器在实际断开位置时，由保护启动重合闸的方式。 （2）与各种保护互相配合的问题 在非全相运行时，距离保护、段和零序电流保护、段可能误动。因此，

44、当不采用其他措施时，应将它闭锁，这就要求在重合闸装置中设有将这些保护闭锁的接线端子M，对在非全相运行中不会误动的保护（如相差高频保护等）须另设接线端子N。当差动保护动作时，应使其跳三相断路器，然后进行三相重合。为此，应设接线端子Q，而对一些只要求跳三相断路器，而不再进行重合的保护，应设接线端子R。将各类保护接在相应的端子上。 （3）单相接地故障时只跳故障相断路器 单相接地故障时应跳故障相断路器，然后进行单相重合，重合不成功时，跳三相，不再进行重合。 （4）相间故障时跳三相断路器 相间故障时，跳三相断路器，并进行三相重合，重合不成功，跳三相，不再进行重合。 （5）选相元件可能拒动的问题 在重合闸

45、中采用了选相元件之后，不论这种元件是用什么原理实现的，都不应排除拒动的可能性。 （6）高压断路器的性能问题 重合闸与高压断路器关系十分密切，它必须适应高压断路器性能的要求。 （7）对不允许长期非全相运行的系统的问题 对于不允许长期非全相运行的系统，若一相断开后，重合闸拒动，则可能使系统长时间非全相运行，这时应考虑跳其余两相。2.7.2.1综合自动重合闸的动作情况介绍综合重合装置装置包括两部分即：交流回路和直流回路。 装置直流回路的讨论： 直流回路由4 部分组成：即分相跳闸回路、三相跳闸回路、重合闸回路和信号回路。图2-4 综合重合闸装置原理方框图图2-5 跳闸回路方框图(l）分相跳闸回路 分相

46、跳闸回路由分相跳闸继电器1TJ3TJ、阻抗选相元件lZKJ 3ZKJ和相电流继电器1LJ3LJ组成，其原理方框图见图2-5。图中M、N为继电保护的引入端子。在非全相运行状态下会误动的保护由M端引入，不会误动作的保护由N端引入。 A相接地短路时，继电保护动作，M、N端有信号输入，同时，重合闸阻抗选相元件1ZKJ和相电流继电器1LJ也动作（其他两相ZKJ不动）。于是，“与l”、“与4”开放，经“或1”启动分相跳闸继电器lTJ，发出跳闸脉冲，使A相断路器断开。与此同时，还启动重合闸继电器ZQJ，使A相断路器跳开后，能进行一次重合。对于B、C相的单相接地短路，工作过程相似。 (2）三相跳闸回路 三相跳

47、闸回路包括：分相跳闸回路、零序电压继电器YJ0、三相跳闸继电器TJ和三相跳闸后备时间元件SJ等部分，其原理方框图见图2-5。图中Q、R为继电保护的引入端子。保护动作后必须跳三相断路器，并进行三相重合的保护由Q端引入，不须重合的保护，从R端引入。其工作过程可以分为K（2、0）跳三相、K（2）跳三相、选相元件拒动跳三相和手动合闸于故障线路跳三相等四条回路来说明。 l）两相接地短路跳三相回路 A、B二相短路接地时，两故障相选相元件1ZKJ、2ZKJ和电流元件1LJ、2LJ的动作信号使“与l”、“与2”开放，当有M、N端送来的继电保护动作信号时，“与4 ”、“与5 ”开放。于是，相应的分相跳闸继电器1

48、TJ、2TJ 启动，使“与10”开放；三相跳闸继电器TJ启动，使三相跳闸。与此同时，“与10”的输出信号也使分相跳闸继电器1TJ3TJ启动，保证三相可靠跳闸。1TJ 3TJ动作后，启动重合闸回路，实现三相一次重合闸。 2）两相短路跳三相回路 A、B二相短路时，M、N有保护动作信号输入；但因阻抗选相元件不能正确反映相间短路的测量阻抗，故选相元件可能不动。由于这时YJ0不会动作，故“否1”开放。一方面经TJ跳二相，另一方面启动1TJ3TJ，接通经“与9 ” ,“与10”、“与11”的三相跳闸回路，同时启动ZQJ,实现三相一次重合。 3）发生接地故障且选相元件拒动回路 当发生接地故障且选相元件拒动时

49、，由M、N端引入的保护动作启动后备时间继电器SJ。延时0.25后启动TJ，使三相断路器跳闸，同时，ITJ3TJ启动，接通重复跳三相回路，并启动ZQJ，实现三相一次重合闸。 4）手动合闸于故障线路回路 手动合闸时，继电器SHJ有信号至“与8” ，手动合闸于故障线路，则M、N端有继电保护的动作信号输入，“与8”开放，使三相跳开，不再重合。(3）重合闸回路 重合闸回路由重合闸启动继电器ZQJ、重合闸后加速继电器JSJ、分相后加速继电器FJJ、重合闸时间继电器ZSJ、重合闸出口继电器ZHJ和分相跳闸固定继电器1GJ3GJ 等构成，其原理方框图如图2-6 所示。当接于M、N、Q端子的继电保护动作（如图2

50、-5 所示），分相跳闸继电1TJ 3TJ启动使断路器第一次跳开时，重合闸启动继电器ZQJ和分相跳闸固定继电器1GJ 3GJ即被启动并自保持。ZQJ启动后，应当首先接通本身的自保持回路，使ZQJ在整组复归时才能返回；为启动重合闸时间继电器ZSJ 做好准备；然后延时0.3s后，输出信号闭锁M端保护，并准备好三相跳闸回路。 重合闸时间继电器ZSJ可以采用控制开关与断路器位置不对应的原则来启动，也可以采用保护启动的方法图2-6 重合闸回路方框图综合重合闸装置中的一次合闸脉冲元件的原理与三相一次重合闸相同。在正常时，一次合闸脉冲元件处于准备动作状态。当ZSJ2有信号送至“与16”时，“与16”立即开放，

51、使重合闸出口继电器启动。一方面发出合闸脉冲，使断路器重新合闸；另一方面使后加速继电器JSJ启动，将信号送至“与17”和“与18”，为断路器重合于永久性故障提供后加速动作的条件。 当断路器重合于故障线路时，由相电流元件1LJ3LJ和分相跳闸固定继电器1GJ3GJ启动的重合闸分相后加速继电器FJJ将动作，经0.1s后，将信号送至“与18”和“与17”去加速相间保护段和开放三相跳闸回路。在三相合闸后，开放接于M端的继电保护。FJJ所以要经0.1s才送出信号，是考虑到当三相重合于非故障线路时，由于三相断路器的主触头不同时闭合，可能使YJ，瞬时启动，造成后加速误动作。因此，检查线路有电流后，由FJJ 延

52、时0.1s送后加速信号，就可避免后加速误动作。 重合闸启动继电器ZQJ启动后经延时0.3s闭锁M端保护，是为了保证接M端的保护不致在断路器第一次跳开之前就退出工作。2.7.3 线路单重、三重及综重的条件单相重合闸是指线路上发生单相接地故障时，保护动作只跳开故障相的断路器并单相重合；当单相重合不成功或多相故障时，保护动作跳开三相断路器，不再进行重合。由其它任何原因跳开三相断路器时，也不再进行重合。综合重合闸是指，当发生单相接地故障时采用单相重合闸方式，而发生相间短路时采用三相重合闸方式。在下列情况下，需要考虑采用单相重合闸或综合重合闸方式。1、220kV及以上电压单回联络线、两侧电源之间相互联系

53、薄弱的线路；特别是大型气轮发电机组的高压配出线路。2、当电网发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统稳定的线路。3、允许使用三相重合闸的线路，但使用单相重合闸对系统或恢复供电有较好效果时，可采用综合重合闸方式。例如，两侧电源间联系较紧密的双回线路或并列运行环网线路，根据稳定计算，重合于三相永久故障不致引起稳定破坏时，可采用综合重合闸方式。一般在单侧电源线路上，通常使用简单的三相一次自动重合闸。如由几段串联线路构成的电力网，为了补救其电流速断等瞬动保护的无选择性动作，三相重合闸采用带前加速或顺序重合闸方式，此时断开的几段线路自电源侧顺序重合。但对供电给重要负荷的单回线路，为提高其供电可

54、靠性，也可以采用综合重合闸。对于两端均有电源的线路采用自动重合闸时，应保证在线路两侧断路器均已跳闸，故障点电弧熄灭和绝缘强度已恢复的条件下进行。同时还必须考虑如下问题：1、线路两侧保护装置以不同时限切除故障时，两侧重合闸时间必须要有配合。2、当重合于永久性故障时，系统是否会失去稳定。3、两侧电源线路联系较强，且不会失去稳定时。2.7.4 单重与三重的优点、缺点比较采用单相重合闸时，要求保护只跳开故障相，然后重合闸只自动重合单相。因此，与三相重合闸相比，它有如下几个显著的优点：1、能在绝大多数的故障情况下保证对用户的连续供电，从而提高供电的可靠性。当由单侧电源单回线路向重要负荷供电时，对保证不间

55、断地供电更有显著的优越性。2、在双侧电源的联络线上采用单相重合闸，就可以在故障时大大加强两个系统间的联系，从而提高系统并列运行的动态稳定。对于联系较弱的系统，当三相切除并继之以三相重合闸而很难恢复同步时，采用单相重合闸就能避免两系统的解列。3、与三相重合闸比较，单相故障使用单相重合闸，一般不会产生操作过电压在采用单相重合闸时，也需要考虑到它的一些缺点：1、需要专门的选相元件与继电保护相配合，在考虑一些特殊的要求后，使重合闸回路的接线比较复杂。2、需要有按相操作的断路器。3、使用单相重合闸时会出现非全相运行，除纵联保护需要考虑一些特殊问题外，对零序电流保护的整定和配合产生了很大影响，也使中、短线

56、路的零序电流保护不能充分发挥作用。例如，一般环网三相重合闸线路的零序电流一段都纵续动作，即在线路一侧出口单相接地而三相跳闸后，另一侧零序电流立即增大并使其一段动作。以前利用这一特点，即使线路纵联保护停用，配合三相快速重合闸，仍然保持着较高的成功率。但当使用单相重合闸时，这个特点不存在了，而且为了考虑非全相运行，往往需要抬高零序电流一段的起动值，零序电流二段的灵敏度也相应降低，动作时间也可能增大。采用三相重合闸最大的优点就是简单。使用三相重合闸时，各种保护的出口回路可以直接动作于断路器。但在高压及超高压系统中往往不能满足系统动态稳定的要求，如果重合于三相短路故障，对电网及发电机将产生巨大的冲击1。2.8 什么叫重合闸前、后加速自动重合闸与继电保护配合的方式主要有两种：即自动重合闸前加速保护动作和自动重合闸后加速保护动作。两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速切出故障。（1）重合闸前加速保护一般简称“前加速”。前加速一般用于单侧电源辐射形电网中，重合闸仅装在靠近线路的电源一侧，当线路上发生故障时，靠近电源侧的线路保护首先动作，瞬时切除故障；然后断路器进行重合，如果重合失败