第九章自动重合闸

第一节自动重合闸的作用及对它的基本要求一、自动重合闸的作用

1。暂时性故障：运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的短路故障大多是暂时性的，称为暂时性故障。这些故障在断路器跳闸后，多数能很快地自行消除。例如雷击闪络或鸟兽造成的线路短路故障，往往在雷闪过后或鸟兽电死以后，线路大多能恢复正常运行。因此，如果采用自动重合闸装置。使断路器在自动跳闸后又重新合闸，大多能恢复供电，从而大大提高了供电可靠性，避免因停电而给国民经济带来巨大的损失。2。永久性故障：此外，输电线路上也可能发生由于倒杆、断线、绝缘子击穿等引起的永久性故障，这类故障被继电保护切除后，如重新合上断路器，由于故障依然存在，线路还要被继电保护装置切除，因而就不能恢复正常的供电。3。自动重合闸装置：当断路器跳闸后，它能自动将断路器重新合闸的装置1电力系统继电保护4。在输电线路上采用自动重合闸概括起来有以下几方面的作用：(1)在输电线路发生暂时性故障时，能迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。(2)对于双侧电源的输电线路，可以提高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，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。(4)可以纠正由于断路器本身机构的问题或继电保护误动作引起的误跳闸。5。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的混合线路上，只要装设断路器、一般都应装设自动重合闸装置。在用高压熔断器保护的线路上，可采用自动重合熔断器。

6。重合闸于永久性故障上时，也将带来一些不利的影响:(1)使电力系统再一次受到故障的冲击，对超高压系统还可能降低并列运行的稳定性。(2)使断路器的工作条件变得更加恶劣，因为它要在很短的时间内，连续切断再次短路电流。这种情况对于断路器必须加以考虑，因为在第一次合闸时，由于电弧的作用，已使绝缘介质的绝缘强度降低，在重合后的第二次跳闸时，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）。2电力系统继电保护二、自动重合闸的分类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：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：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。如故障是暂时性的，则重合成功，如果是水久性故障，而系统又不允许非全相长期远行，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。3电力系统继电保护三、对自动重合闸装置的基本要求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。因为从断路器断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。重台闸动作的时间，一般采用0.5—1s。2．在下列情况下，自动重合闸装置不应动作:(1)手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操作或遥控操作使断路甜跳闸时，不应自动重合。(2)手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，不应重合.因为在手动合闸的，线路上没有电压，如合闸到已存在有故障线路上，则线路故障多属于永久性故障。3.不允许多次重合:自动重合闸的动作次数应符合预先规定的次数。如一次重合闸应保证只合一次，当重合到永久性故障时再次跳闸后就应不再重合，因为在永久性故障时，多次重合将使系统多次遭受冲击，还可能会使断路器损坏，扩大事故。4．动作后自动复归:自动重合闸装置动作后应能自动复归，准备好下次再动作的线路，如无人值班时也可采用手动复归方式。5．用不对应原则启动:白动重合闸，宜采用不对应原则和保护同时启动。4电力系统继电保护6．与继电保护相配合:自动重合同能与继电保护相配合，在重合闸前或重合闸后加速继电保护动作,以便更好地与继电保护装置相配合，加速故障切除时间，提高供电的可靠性。

四、自动重合闸的配置原则《技术规程》规定自动重合闸的配置原则是：①1KV及以上架空线路及电缆与架空混合线路,在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投人时，应装设自动重合闸装置；②旁路断路器和兼作旁路母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；③低压侧不带电源的降压变压器．可装设自动重合闸装置；④必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。根据自动重合闸运行的经验可知，线路自动重合闸的配置和选择应根据不同系统结构、实际运行条件和规程要求具体确定。一般选择自动重合闸类型可按下述条件进行:(1)110kv及以下电压的系统单侧电源线路一般采用三相重合闸装置。(2)220、110KV及以下双电源线路用合适方式的三相重合闸能满足系统稳定和运行要求时，可采用三相自动重合闸装置。（3）220KV线路采用各种方式的三相自动重合闸不能满足系统稳定和运行要求时，可采用综合重合闸装置。(4)330~500kv线路，一般情况下应装设综合重合闸装置。

5电力系统继电保护(5)在带有分支的线路上使用单相重合闸时，分支线侧是否采用单相重合闸，应根据有无分支电源，以及电源大小和负荷大小确定。(6)双电源２２０KV及以上电压等级的单回路联络线，适合采用单相重合闸；主要的１１０KV双电源单回路联络线，采用单相重合闸对电网安全运行效果显著时，可采用单相重合闸．6电力系统继电保护7电力系统继电保护第二节单侧电源线路的三相一次自动重合闸一、电磁型三相一次自动重合闸

8电力系统继电保护9电力系统继电保护10电力系统继电保护图5.1三相一次重合闸工作原理框图11电力系统继电保护

1.主要有电容器C、电阻R、时间继电器KT、中间继电器KM组成。12电力系统继电保护(一)AAR装置的工作原理(1)在正常运行时．断路器处于合闸状态，控制开关SA在合闸后位置，SA21-23触点闭合，转换开关1SA接通，则电容C经R4充电，充电电压为220V(或110V)的直流操作电源电压。充电到电源电压的时间为15—25s.(2)断路器固继电保护动作或其他原因跳闸时，断路器辅助触点QF3闭合，这时控制开关位置在合闸后位置，断路器在跳闸位置，二者位置不对应，绿灯HG闪光表示自动跳闸,同时跳闸位置继电器KCT启动，动合触点闭合启动AAR装置的时间继电器KT(延时调整到重合闸动作时限tAAR＝0.5—5s．经tAAR后、KT延时触点闭合．电容器C对中间继电器KM的电压绕组放电,使KM动作、接通合间接触器KO绕组(正控制电源+WC—SA21一23一1SA—DH-3的端子17一21KM的两个动合触点一KM的电流绕组一信号继电器的绕组一连接片XB--防跳继电器的动断触点KFJ2一断路器的辅助常闭触点QF1一合闸接触器绕组KO一负控制电源一WC)，将断路器自动重合闸一次.由于KM电流绕组自保持作用，即使KM13电力系统继电保护电压绕组电压消失也能使KM可靠动作，直到断路器可靠合闸，其常闭触点QF1断开为止。如果线路是暂时性故障，则自动重合闸成功。这时控制开关位置和断路器位置是对应的，绿灯HG闪光与事故音响信号随之自行解除，红灯HR发平光。由于QF1触点断开,跳闸位置继电器KCT绕组失电返回，时间继电器KT也失电释放返回。电容C又经R4充电，约15—25s后，C两端电压充到电源电压，准备下次再动作，实现了AAR装置的自动复归。在断路器重合闸时，信号继电器KS绕组得电，其触点接通预告信号装置的光字牌，将光字牌闪灯点亮，指示出“重合闸AAR动作”，表明自动重台闸装置已经动作。14电力系统继电保护(3)线路上存在永久性故障时，断路器在AAR动作合闸后被继电保护装置动作再次跳闸、此时虽然继电器KCT和KT又重复启动，但中间继电器KM不能动作，因为电容C两端电压尚未充电到KM的动作值，此时即使持续时间再久，C两端电压也不会充到KM动作值，因为当KT延时触点闭合后，电阻R4和KM电压绕组串联分压后加到电容C两端电压只能达到几伏(R4约34MΩ，而KM电压绕组的电阻约2．1kΩ)．这样保证了AAR只能动作一次。(4)用控制开关SA手动跳闸，将SA由合闸后位置转向预跳位置，SA2一4触点闭合，电容C经过电阻R6迅速放电，使电容两端电压迅速下降，同时，SA21一23触点断开，切断AAR的正电源，同时SA⑥一⑦触点闭合接通断路器的跳闸绕组YR，使断路器跳闸。当松开SA手柄后，它自动复位到跳闸后位置，SA2一4触点仍闭合，将电容器C彻底放电．此时虽然KCT启动，KT启动，但由于KM电压绕组两端电压很低达不到动作电压，同时由于SA21一23触点断开使AAR失去正电源，故AAR不能动作。15电力系统继电保护

(5)用控制开关手动合闸。将SA由跳闸后位置转向预合时，SA②一④断开，切断电容器C放电回路。SA⑨一⑩触点闭合，绿灯HG闪光，表示操作有效，合闸回路完好，SA21一22触点闭合，启动加速继电器KAC，其延时释放的常开触点瞬时闭合，为加速跳闸作准备。然后将控制开关转向合闸位置，SA⑤—⑧触点闭合，启动加速继电器KAC，其延时释放的常开触点瞬时闭合，为加速跳闸作准备。然后将控制开关SA转向合闸位置，SA⑤一⑧触点闭合，接通合闸接触器(+WC-----SA⑤一⑧---KFJ2一QF1一KO绕组一-WC)，使断路器合闸。如合闸到永久性故障线路上，则和重合闸合到永久性故障情况一样，这时重合闸装置不动作，由于已经启动了加速继电器KAC，故能使断路器快速跳闸o16电力系统继电保护(6)防止多次重合与重合闸装置闭锁。断路器控制回路中采用了防跳继电器KFJ，即使DH—3的中间继电器KM的触点粘住，也不会发生多次重合闸．因为在断路器跳闸的同时、启动了防跳继电器则的电流绕组，常闭触点KFJ2断开，常开触点KFJ1闭合。并通过粘住的KM触点使KFJ电压绕组自保持，KFJ的常闭触点KFJ2一直处于断开状态，切断了合闸问路，从而防止了多次重合闸。有些情况不允许重合闸，应将AAR装置闭锁。如母线发生短路，母线保护装置动作，或自动按频率减负荷装置动作，线路断路器跳闸后，此时不允许再重合闸而应将ARD装置闭锁。通常利用保护或自动减负荷装置的出口闭锁继电器Kl触点接通电容器的放电回路、放掉所储存的电能，使断路器跳闸后，无法灾重合闸。(7)利用按钮SB进行接地检查。在小接地电流系统中，为丁找接地点，可采用选线操作，逐—切断各条馈电线路，观察三相电压平衡关系。切断线路时，可按下按钮SB，使其断路器跳闸，然后再通过AAR装置将断路器重合，以便迅速恢复供电。17电力系统继电保护18电力系统继电保护(二)AAR装置与继电保护的配合

在电力系统中，继电保护和自动装置配合使用可以简化保护装置，加速切除故障，提高供电的可靠性.AAR装置与继电保护装置配合方式有两种：自动重合闸前加速和自动重合闸后加速。1．自动重合闸前加速重合闸前加速简称“前加速“多用于单侧电源供电的干线式线路中。“前加速“是指当线路发生短路时，第一次由无选择性电流速断保护瞬时切除故障，然后再重合闸，如果是暂时性故障，则重合闸后恢复了供电，如果是永久性故障v第二次保护动作按有选择性方式切除故障。19电力系统继电保护2．自动重合闸后加速

自动电合闸后加速，简称“后加速‘。

“后加速”是指线路发生故障时，继电保护先有选择性地切除故障，然后重合闸，瞬时性故障合闸成功，永久性故障，第二次保护无选择性地切除故障。20电力系统继电保护

三、单端电源线路自动重合闸的整定计算1．AAR装置的动作时限

从减少停电时间和减轻电动机自启动要求考虑下面两个条件：(1)AAR的动作时限必须大于故障点去游离的时间，以使故障点绝缘强度能可靠地恢复。(2)AAR的动作时限必须大于断路器及其操作机构准备好重合闸的时间。这时间包括断路器触头周围介质绝缘强度恢复及灭弧室充满油的时间，以及操作机构恢复原位做好重合闸准备的时间。对于不对应启动方式

对于继电保护启动方式2。AAR装置的返回时限(1)重合到永久性故障线路上时，即使继电保护装置以最大动作时限(后备保护的时限)再次跳闸，也不至于引起断路器多次重台。

21电力系统继电保护(2)考虑到断路器切断能力的恢复，必须保证在重合闸成功之后，AAR的返同时限大于断路器能够进行一个“跳一合”间的间隔时间。一般的间隔时间约8一10s3．加速继电器KAC的复归时限

用于重合闸后加速保护的加速继电器的复归时间一般采用0.3~0.4s.22电力系统继电保护二、双侧电源线路的三相一次自动重合闸

1.双侧电源送电线路重合闸的特点在两端均有电源的输电线路采用自动重合闸装置时，除应满足在上节中提出的各项要求外，还应考虑下述因素：时间的配合：

当线路上发生故障时，两侧的继电保护可能以不同的时限动作于跳闸例如，在靠近线路一侧发生短路时，本侧继电保护属于第Ⅰ段动作范围，保护会无延时跳闸；而另一侧则属于第Ⅱ段动作范围，保护会带延时跳闸，为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复，以使重合闸成功，线路两侧的重合闸必须保证两侧的断路器确已断开后，才能将本侧断路器进行重合。

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。23电力系统继电保护2.双侧电源送电线路重合闸的主要方式1)快速自动重合闸在现代高压输电线路上，采用快速重合闸是提高系统并列运行稳定性和供电可靠性的有效措施。所谓快速重合闸，是指保护断开两侧断路器后在0.5～0.6s内使之再次重合，在这样短的时间内，两侧电动势摆开不大，系统不可能失去同步，即使两侧电动势角摆大了，冲击电流对电力元件、电力系统的冲击均在可以耐受范围内，线路重合后很快会拉入同步。使用快速重合闸需要满足一定的条件：a)线路两侧都装有可以进行快速重合的断路器，如快速气体断路器等。b)线路两侧都装有全线速动的保护，如纵联保护等。c)重合瞬间输电线路中出现的冲击电流对电力设备、电力系统的冲击均在允许范围内。输电线中出现的冲击电流周期分量可用下式估算：24电力系统继电保护2)非同期重合闸当快速重合闸的重合时间不够快，或者系统的功角摆开比较快，两侧断路器合闸时系统已经失步，合闸后期待系统自动接入同步，此时系统中各电力元件都将受到冲击电流的影响，当冲击电流不超过规定值时，可以采用非同期重合闸方式，否则不允许采用非同期重合方式。3)检同期的自动重合闸当必须满足同期条件才能合闸时，需要使用检同期重合闸。因为实现检同其比较复杂，根据发电厂送出线或输电断面上的输电线电流间相互关系，有时采用简单的检测系统是否同步的方法。检同步重合有以下几种方法：a)系统的结构保证线路两侧不会失步

b)在双回路止检查另一线有电流的重合方式

c)必须检定两侧电源确实同步之后，才能进行重合25电力系统继电保护3.具有同步检定和无电压检定的重合闸具有同步检定和无电压检定的重合闸的工作示意图如5.3所示，除在线路两侧均装设重合闸装置以外，在线路的一侧还装设有检定线路无电压的继电器KU1，当线路无电压时允许重合闸重合；而在另一侧则装设检定同步的继电器KU2，检测母线电压与线路电压间满足同期条件时允许重合闸重合。这样当线路有电压或是不同步时，重合闸就不能重合。当线路发生故障，两侧断路器跳闸以后，检定线路无电压一侧的重合闸首先动作，使断路器投入。如果重合不成功，则断路器再次跳闸。此时，由于线路另一侧没有电压，同步检定继电器不动作，因此，该侧重合闸根本不启动。如果重合成功，则另一侧在检定同步之后，再投入断路器，线路即恢复正常工作。26电力系统继电保护图5.3具有同步和无电压检定的重合闸接线示意图27电力系统继电保护

在使用检查线路无电压方式的重合闸一侧，当其断路器在正常运行情况下，由于某种原因(如误碰跳闸机构、保护误动等)而跳闸时，由于对侧并未动作，线路上有电压，因而就不能实现重合，这是一个很大的缺陷，为了解决这个问题，通常都是在检定无电压的一侧也同时投入同步检定继电器，两者的触点并联工作。此时如遇有上述情况，则同步检定继电器就能够起作用，当符合同步条件时，即可将误跳闸的断路器重新合上。但是，在使用同步检定的另一侧，其无电压检定是绝对不允许同时投入的。实际上，这种重合闸方式的配置原则如图5.4所示，一侧投入无电压检定和同步检定（两者并联工作），而另一侧只投入同步检定。两侧的投入方式可以利用其中的切换片定期轮换。这样可使两侧断路器切断故障的次数大致相同。在重合闸中所用的无电压检定继电器，就是一般的低电压继电器，其整定值的选择应保证只当对侧断路器确实跳闸之后，才允许重合闸动作，根据经验，通常教师整定电为0.5倍额定电压。28电力系统继电保护图5.4采用同步检定和无电压检定重合闸的配置关系29电力系统继电保护

同步检定继电器采用电磁感应原理很简单就可以实现，内部接线图如图5.5所示。继电器有两组线圈，分别从母线侧和线路侧的电压互感器接入同名相的电压。两组线圈在铁芯中所产生的磁通方向相反，因此铁芯中的总磁通反应两个电压所产生的磁通之差，亦即反应于两个电压之差，如图5.6中的,而的数值与两侧电压和之间的相位差有关。当＝时，同步检定继电器的电压相量图如图5.6所示。由图可得

当大到一定数值后，电磁吸力吸动舌片，即把继电器的常闭触点打开，将重合闸闭锁，使之不能动作。继电器的定值调节范围一般为。

30电力系统继电保护三、重合闸时限的整定原则

现在电力系统广泛使用的重合闸都不区分故障是瞬时性的还是永久性的。对于瞬时性故障，必须等待故障点的故障消除、绝缘强度恢复后才有可能重合成功，而这个时间与湿度、风速等气候条件有关。对于废性故障，除考虑上述时间外，还要考虑重合到永久故障后，断路器内部的油压、气压的恢复以及绝缘介质绝缘强度的恢复等，保证断路器能够再次切断短路电流。按以上原则确定的最小时间，称为最小重合闸时间，实际使用的重合闸时间必须大于这个时间，根据重合闸在系统中所起的主要作用，计算确定。1)单侧电源线路的三相重合闸为了尽可能缩短电源中断的时间，重合闸的动作时限原则上应越短越好。因为电源中断后，电动机的转速急剧下降，电动机被其负荷转矩所制动，当重合闸成功恢复供电后，很多电动机要自起动，由于自起动的电流很大，往往又会引起电网内部电压的降低，因而造成自启动的困难或延长了恢复正常工作的时间。电源中断时间越长，则影响就越严重。

31电力系统继电保护一般重合闸的最小时间按下述原则确定：(1)在断路器跳闸后负荷电动机向故障点反馈电流的时间；故障点的电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘强度所需要的时间。(2)在断路器跳闸熄弧后，其触头周围绝缘强度的恢复以及灭弧室重新充满油、气需要的时间，同时其操动机构恢复原状准备好再次动作需要的时间。(3)如果重合闸是利用继电保护跳闸出口启动，其动作时限还应加上断路器的跳闸时间。根据我国一些电力系统的运行经验，上述时间整定为0.3s～0.5s似嫌太小，其重合成功率较低，因而采用1s左右较为适宜。2)双侧电源线路三相重合闸的最小时间其时限除满足以上要求外，还应考虑线路两侧继电保护以不同时限切除故障的可能性。从最不利的情况出发，每一侧的重合闸都应该以本侧先跳闸而对侧后的跳闸来作为考虑整定时间的依据。如图5.7所示，设本侧保护（保护1）的动作时间为,断路器动作时间为，对侧保护（保护2）的动作时间为，断路器动作时间为,则在本侧跳闸以后，对侧还需要经过32电力系统继电保护的时间才能跳闸。再考虑故障点灭弧和周围介质去游离的时间，则先跳闸一侧重合闸装置ARD的动作时限应整定为（5.8）图5.7双侧电源线路重合闸动作时限配合的示意图

33电力系统继电保护3)双侧电源线路三相重合闸的最佳重合时间的概念

重合闸对系统稳定性的影响主要取决于重合闸方式（故障跳开与重合的相数，如单相重合、三相重合、综合重合、与分相重合等）和重合时间。前者根据系统条件在配置重合闸时确定，后者在速写重合闸时间时计算确定。

对于联系薄弱依靠重合闸成功才能维持首摆稳定的系统（一般在个别电厂投产初期或联网初期，线路尚未完全建成时），瞬时故障切除后重合时间越短，两侧功角摆开越小，重合成功后增大的减速面积越大，越能阻止系统的失步。如果两侧功角摆开到一定程度，即使重合成功也不能阻止系统的失步。这种结构的系统，一般重合于永久性故障后是不稳定的，重合闸时间整定为最小时间，这个最小时间就是最佳时间。从理论和实际的计算都可以证明，重合闸操作存在最佳时刻。最佳重合时刻的条件是：最后一次操作完成后，对应最终网络拓扑下稳定平衡点的系统暂态能量值最小的时刻。最佳重合时刻是周期性出现的，并且最佳时刻的附近是次最佳，它使“最佳时刻”具有了实际的可捕捉的应用意义。

34电力系统继电保护

最佳重合时刻受故障前运行方式、状态和故障类型的影响，略有变化，但影响最大的是整个系统的等值惯性。最佳重合时刻可以由附加在重合闸元件中专门的环节捕捉，但算法较复杂；也可以用专门的计算软件在给定运行方式、故障情况、重合闸方式后自动计算。但现场应用的重合闸时间元件是简单的计时元件，只能整定一个固定的时间，因此不能随故障情况实现最佳时刻重合。现在一般只能按照对稳定性影响最严重的故障条件计算并整定最佳重合时刻，保证重合于严重永久故障时对系统的再次冲击最小，在其他故障形态下重合时尽管不是最佳，但可能是次佳，不会是最坏。35电力系统继电保护四、自动重合闸与保护的配合

在电力系统中，重合闸与继电保护的关系极为密切。为了尽可能利用自动重合闸所提供的条件以加速切除故障，继电保护与之配合时，一般采