第五章-(全)输电线路自动重合闸

第五章输电线路的自动重合闸

掌握自动重合闸的作用及对重合闸的基本要求掌握自动重合闸装置的基本组成元件及工作原理,熟练掌握各种工作状况了解两侧电源的线路上自动重合闸的配置方式掌握自动重合闸与继电保护的配合方式及其特点本章基本要求第一节自动重合闸的作用及要求

(FunctionandBasicRequirementstoAutoreclosure)一、自动重合闸在电力系统中的作用

架空线路故障大都是“暂时性”的故障，在线路被继电保护迅速动作控制断路器断开后，故障点的绝缘水平可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。

定义：当断路器跳闸以后，能够自动的将断路器重新合闸的自动重合闸装置。暂时性故障：该类故障断电即逝；重合后可继续供电。

如雷击过电压引起的绝缘子表面闪络，树枝落在导线上引起的短路，大风时的短时碰线，通过鸟类的身体放电等

）此外，也有“永久性故障”。永久性故障：在线路被断开之后，该类故障仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。如线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏引起的故障，断路器跳闸后故障依然存在，即使再合上电源，断路器也会再次跳闸。如此，则对电力系统的运行造成一定的不利影响。因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。当输电线路发生故障时，自动重合闸装置本身并不能判断故障是暂时性的还是永久性的，因此，在重合之后，可能成功(恢复供电)，也可能不成功。重合成功的次数与总动作次数之比称为重合闸的成功率。根据运行资料统计，输电线路自动重合闸的成功率，在60%～90%。在微机保护中重合闸装置应用自适应原理可在重合之前先判断是瞬时性故障还是永久性故障，然后再决定是否重合，这样可大大提高重合闸的成功率。在电力系统输电线路上，采用自动重合闸的作用可归纳如下：1、可大大提高供电的可靠性，在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，减少线路停电的次数，这对单侧电源的单回线路尤为显著；2、在有双侧电源的高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性；

3、在电网的设计与建设过程中，有些情况下由于考虑重合闸的作用，即可以暂缓架设双回线路，以节约投资；

4、自动重合闸可以纠正因断路器本身机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸。采用自动重合闸后，当重合于永久性故障时，也将带来一些不利影响，例如：

(1)电力系统将再次受到短路电流的冲击，对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性，可能引起系统振荡。(2)使断路器的工作条件更加恶劣，因在短时间内连续两次切断短路电流。这种情况对于油断路器必须予以考虑，因为第一次跳闸时，由于电弧的作用，已使绝缘介质的绝缘强度降低，在重合后第二次跳闸时，是在绝缘强度已经降低的不利条件下进行的。因此，油断路器在采用了重合闸以后，其遮断容量也要不同程度的降低(一般降低到80%左右)。

采用重合闸的目的有两点：一、是保证并列运行系统的稳定性；二、是尽快恢复瞬时故障元件的供电，从而自动恢复整个系统的正常运行。按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。二、自动重合闸的类型

1.三相重合闸三相重合闸是指不论线路上发生的是单相短路还是相间短路，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。当前一般只允许重合闸动作一次，故称为三相一次自动重合闸装置。2.单相重合闸在110

kV及以上电力系统中，由于架空线路的线间距离大，相间故障的机会很少，而绝大多数是单相接地故障。因此在发生单相接地故障时，只把故障相断开，然后再进行单相重合，而未发生故障的两相仍然继续运行，这样就能够大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性，这种重合闸方式称为单相重合闸。如果是永久性故障，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。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到一起，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。根据重合闸控制断路器连续合闸次数的不同，可将重合闸分为多次重合闸和一次重合闸。多次重合闸一般使用在配电网中与分段器配合，自动隔离故障区段，是配电自动化的重要组成部分。而一次重合闸主要用于输电线路，以提高系统的稳定性。对一个具体的线路，究竟使用何种重合闸方式，要结合系统的稳定性分析，选取对系统稳定最有利的重合方式。一般遵循下列原则：

(1)一般没有特殊要求的单电源线路，宜采用一般的三相重合闸。

(2)凡是选用简单的三相重合闸能满足要求的线路，都应选用三相重合闸。

(3)当发生单相接地短路时，如果使用三相重合闸不能满足稳定性要求而出现大面积停电或重要用户停电者，应当选用单相重合闸或综合重合闸。根据生产的需要和运行经验，对线路的自动重合闸装置，提出了如下基本要求。1、手动跳闸时不应重合2、手动合闸于故障线路时自动重合闸不重合3、用不对应原则启动

4、

动作迅速

5．不允许任意多次重合

6．动作后应能自动复归

7．能与继电保护动作配合

四、自动重合闸的配置原则第二节三相自动重合闸

三相重合闸：不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时断开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。若故障为暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳三相断路器。这时，重合闸是否再重合要视情况而定。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。特殊情况下，可采用三相二次自动重合闸装置。

三相重合闸结构相对比较简单，保护出口可直接动作控制断路器，保护之间互为后备的性能较好。

一、单侧电源线路的三相一次重合闸：当线路上故障（单相接地短路、相间短路）——>保护动作跳开三相——>重合闸起动——>合三相：故障是瞬时性的，重合成功；故障是永久性的，保护再次跳开三相，不再重合。断路器由合闸位置变为跳闸位置时，启动。预定的延时保证不出现多次重合闭锁永久性故障：加快故障的再次切除组成：起动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分。重合闸起动KT一次合闸脉冲元件与控制开关KK执行元件1、起动元件：当QF跳闸之后，使延时元件起动。起动方式：

（1）控制开关KK位置与QF位置不对应（优先采用）；（2）保护装置起动。2、延时元件：tu——故障点去游离时间；tz——断路器消弧室及传动机构准备好再次动作时间。3、一次合闸脉冲元件：保证重合闸装置只重合一次。

4、执行元件：启动合闸回路和信号回路，还可与保护配合，实现重合闸后加速保护。2、自动重合闸的动作时间整定单侧电源线路的三相重合闸要带有时限，因为在断路器跳闸后，要使故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度是需要一定时间的，必须在这个时间以后进行合闸才有可能成功；在断路器动作跳闸后，其触头周围绝缘强度的恢复以及消弧室重新充满油需要一定的时间。

tact=tt+tre+trel-tntact——重合闸动作时间，约1s左右；tt——断路器固有跳闸时间；tre——消弧及去游离时间；trel——裕度时间，0.1~0.15stn——断路器合闸时间

原则上越短越好，但应力争重合成功，保证：

故障点电弧熄灭、绝缘恢复；断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸在双侧电源的送电线路上实现重合闸时，与单电源线路上的三相自动重合闸相比还必须考虑如下的特点：（1）时间的配合。

（2）同期问题。当线路上发生故障跳闸以后，线路两侧电源之间的电势角会摆开，有可能失去同步。这时，后合闸一侧的断路器在进行重合闸时，应考虑两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。二双侧电源线路的三相一次重合闸1、

双侧电源线路重合闸的特殊问题

（1）当线路上发生故障时，两侧的保护装置可能以不同的时限动作于跳闸，例如一侧为第I段动作，而另一侧为第II段动作，此时为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复，以使重合闸有可能成功，线路两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸以后，再进行重合；——时间配合

tactt=t’act，max+t’t+tre+trel-tntact——近故障侧重合闸动作时间；t’act，max——远故障侧保护动作时间最大值；t’t——远故障侧断路器跳闸时间；tn——近故障侧断路器合闸时间；tre——消弧及去游离时间；trel——裕度时间，0.1~0.15s

（2）当线路上发生故障跳闸以后，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。——同期配合（1）三相快速自动重合方式：

当线路上发生故障时，继电保护瞬时动作于QF跳闸，而后进行自动重合闸的方式。其特点是速度快。2、双侧电源线路三相一次重合闸方式：快速重合闸须具备的条件：a、线路两侧均装有全线瞬时动作的保护；b、有快速动作的QF，如快速空气断路器；c、冲击电流<允许值。（2）非同期重合闸方式：当线路两侧断路器跳闸后，冲击电流均未超过系统中各元件的允许值时，即不管线路两侧电源是否同步，都将自动合上两侧断路器，并等待系统自动拉入同步。

采用非同期合闸的条件：（1）在两侧断路器非同期重新合闸瞬间，输电线路上出现的冲击电流，不能超过电力系各元件的冲击电流的允许值。（2）采用非同期合闸后，在两侧电源由非同步拉入同步的过程中，系统处于振荡状态，在振荡过程中对重要负荷的影响小，但是对继电保护可能导致其误动作，故需采取一些相应的措施。（3）检查同期重合闸。线路故障且两侧QF跳闸后，一侧的ARD先动作将本侧QF合闸，另一侧QF在两侧电源同步后才动作于QF合闸。1）工作过程：a、M侧QF如重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，所以工作条件比N侧恶劣，为此，通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器，利用连结片定期切换其工作方式，以使两侧工作条件接近相同。b、在正常工作情况下，由于某种原因（保护误动、误碰跳闸机构等）使检无压侧（M侧）误跳闸时，因线路上仍有电压，无法进行重合（缺陷），为此，在检定无压侧也同时投入同步检定继电器，使两者的触点并联工作。这样，在上述情况下，同步检定继电器工作，可将误跳闸的DL重新合闸。2）在使用同步检定的一侧，绝对不允许同时投入无压检定继电器。（5）自动解列重合闸方式：（4）检查双回线另一回线电流的重合闸方式；

第三节单相自动重合闸

所谓单相重合闸,就是指线路上发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，而未发生故障的其余两项仍可继续运行，然后进行单相重合。若故障为暂时性的，则重合闸后，便可恢复三相供电；如果故障是永久性的，而系统又不允许长期非全相运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不再进行重合。一、单相自动重合闸的特点

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，且不进行三相重合；如果因任何其它原因断开三相断路器，则也不再进行重合。对于单相接地时，只跳开故障相，因此要对故障相进行判断，从而决定跳开哪一相，完成之一任务的原件称之为选相原件。二.对选相元件的基本要求为1.单相接地时，选相元件应可靠选出故相；2.选相元件的灵敏度和速动性应比保护好；3.选相元件一般不要求区分内外部故障，不要求有方向性。

常用的选相元件有以下几种：1.相电流选相元件2.相电压选相元件

3.阻抗选相元件

4.反映二相电流差的突变量选相元件。这种选相元件是利用短路时，电气量发生突变这一特点构成的。近年来，在超高压网络中被推荐作为综合重合闸装置的选相元件。微机型成套线路保护装置中均采用具有此类原理的选相元件。这种选相元件要求在线路的三相上各装设一个反映电流突变量的电流继电器。

1.

保护装置、选相元件与重合闸的配合关系≥1单相重合闸过程中，纵向不对称出现负序和零序分量，使得本线路或其它元件的保护可能误动，应在单相重合闸动作时予以闭锁或整定动作时限躲开单相重合闸的周期。2.故障相选相元件要求：（1）选择性：直跳故障相；（2）末端短路时的灵敏性。选相元件：（1）电流选相：电源端、短路电流比较大一侧；（2）低电压选相：小电源侧，单侧电源受电端；（3）阻抗选相：更高的选择性和灵敏性，复杂网络。（4）相电流差突变量选相。在单相接地短路时，反应非故障相电流突变量的继电器不动作；其它故障时，三个继电器都动作。由于单相重合闸具有以上特点，并在实践中证明了它的优越性，因此，已在220kV～500kV的线路上获得了广泛的应用。对于110kV的电力网，一般不推荐这种重合闸方式，只在由单侧电源向重要负荷供电的某些线路，以及根据系统运行需要装设单相重合闸的某些重要线路上才考虑使用。第四节综合自动重合闸在线路上设计自动重合闸装置时，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。综合重合闸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，综合重合闸已得到了广泛应用。

以上分别讨论了三相重合闸和单相重合闸的基本原理及实现中需要考虑的一些问题。对有些线路，在采用单相重合闸以后，如果发生各种相间故障时仍然需要切除三相，然后再进行三相重合闸，如重合不成功则再次断开三相而不再进行重合。因此，实际上在实现单相重合闸时，也总是把实现三相重合闸的问题结合在一起考虑，故称为“综合重合闸”。在综合重合闸的接线中，应考虑能实现综合重合闸、只进行单相重合闸或三相重合闸以及停用重合闸的各种可能性。5.４综合重合闸简介综合重合闸单相重合闸和三相重合闸综合在一起－综合重合闸。K(1)－>跳单相－>合单相。（单重方式）相间K－>跳三相－>合三相。（三重方式）运行方式：单重、三重、综重。实现综合重合闸回路接线时，应考虑的一些基本原则如下：(1)单相接地短路时跳开单相，然后进行单相重合，如重合不成功，则跳开三相而不再进行重合。(2)各种相间短路时跳开三相，然后进行三相重合。如重合不成功，仍跳开三相，而不再进行重合(3)当选相元件拒绝动作时，应能跳开三相并进行三相重合。(4)对于非全相运行中可能误动作的保护，应进行可靠的闭锁，对于在单相接地时可能误动作的相间保护(如距离保护)，应有防止单相接地误跳三相的措施。(5)当一相跳开后重合闸拒绝动作时，为防止线路长期出现非全相运行，应将其他两相自动断开。(6)任两相的分相跳闸继电器动作后，应联跳第三相，使三相断路器均跳闸。(7)无论单相或三相重合闸，在重合不成功之后，均应考虑能加速切除三相，即实现重合闸后加速。(8)在非全相运行过程中，如又发生另一相或两相的故障，保护应能有选择性地予以切除，上述故障如发生在单相重合闸的脉冲发出以前，则在故障切除后能进行三相重合。如发生在重合闸脉冲发出以后，则切除三相不再进行重合。(9)对用气压或液压传动的断路器，当气压或液压低至不允许实行重合闸时，应将重合闸回路自动闭锁，但如果在重合闸过程中下降到低于允许值时，则应保证重合闸动作的完成。1.综合自动重合闸的运行方式2.综合自动重合闸与继电保护的配合3.单相接地短路跳开单行断路器4.相见故障时跳开三相断路器5.选项原件拒动6.一相跳闸后单相自动重合闸拒动7.两相先后接地短路8.高压断路器的气压或液压不足750kV及以上的特高压交流输电线是我国未来电力系统的骨干线路，是国家的经济命脉。750kV及以上特高压输电线上重合闸的应用由于其输送容量大，输电距离长，为保证其可靠连续运行，自动重合闸是必不可少的。但是和500kV及以下的超高压输电线不同，由于其分布电容大，在拉、合闸操作及故障和重合闸时都将引起严重的过电压。因此，对于这种线路，设计、应用、整定自动重合闸首先要研究解决重合闸引起的过电压问题。第五节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的方式有两种，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。

一、自动重合闸前加速保护动作方式重合闸前加速保护动作的原理图过流保护，按阶梯型原则整定动作时限。前加速的优点是，能快速切除瞬时性故障，使瞬时性故障来不及发展成为永久性故障，而且使用的设备少，只需一套ARD自动重合闸装置；其缺点是，重合于永久性故障时，再次切除故障的时间会延长，装有重合闸线路的断路器的动作次数较多，而且若此断路器的重合闸拒动，就会扩大停电范围，甚至在最后一级线路上发生故障，也可能造成全网络停电。前加速保护主要用于35kv以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保护母线电压。

一、自动重合闸后加速保护动作方式自动重合闸后加速保护动作方式简称“后加速”。所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性地动作，然后进行重合。如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作，瞬间切除故障，而且与第一次动作是否带有时限无关。

重合闸后加速保护动作的原理图后加速保护的优点是：第一次是有选择性地切除故障，不会扩大停电范围，特别是在重要的高压电网中，一般不允许保护无选择性的动作而后以重合闸来纠正（即前加速的方式）；保证了永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的；和前加速保护相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制，一般说来是有利无害的。后加速的缺点是：每个断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相比较为复杂；第一次切除故障可能带有延时。

第六节重合器与分段器一、线路自动重合器的功能和特点自动重合器是一种具有保护、检测、控制功能的自动化设备，具有不同时限的安秒曲线和多次重合闸功能，是一种集断路器、继电保护、操动机构为一体的机电一体化新型电器。它可自动检测通过重合器主回路的电流，当确认是故障电流后，持续一定时间按反时限保护自动开断故障电流，并根据要求多次自动地重合，向线路恢复供电。如果故障是瞬时性的，重合器重合后线路恢复正常供电；如果故