继电保护之自动重合闸详细讲解

继电保护之自动重合闸详细讲解

1自动重合闸的作用及其基本要求

1.1在输电线路上，采用自动重合闸（简称ZCH）的作用：

（1）在线路上发生暂时性故障时，迅速恢复供电，从而可提高供电的可靠

性。

（2）对于有双侧电源的高压输电线路，可以提高系统并列运行的稳定性，

从而提高线路的输送容量。

（3）可以纠正由于断路器机构不良或继电保护误动作引起的误跳闸。

1.2对输电线路的自动重合闸装置提出的基本要求：

1.2.1动作迅速

（1）在满足故障点去游离（即介质恢复绝缘能力）所需的时间以及断路器

消弧室和断路器的传动机构准备好再次动作所而的时间的条件下，ZCH装置的动

作时间应尽可能短。沟于重合闸动作的时间，一般采用0.5〜1.55s。

（2）不允许任意多次重合

ZCH动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应重合一次。当重合于永

久性故障而断路器再次跳闸时，就不应再重合。在任何情况下，都不应把断路器

错误地多次重合到永久性故障上去。

（3）动作后应能自动复归：ZCH成功动作一次后，应能自动复归，准备好

再次动作。

（4）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器断开时，装置不应自动重合。

（5）手动合闸于故障线路不重合

当手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，装置不应重合。

2单侧电源线路的三相一次自动重合闸

2.1三相一次自动重合闸的概念

所谓三相一次自动重合闸方式，就是不论在输电线路上发生单相接地短

路还是相间短路，继电保护装置均将线路三相断路器一起断开，然后重合闸装置

启动，将三相断路器一起合上。若故障为暂时性的，则重合成功，若故障为永久

性的，则继电保护将现再次将断路器三相一起断开，而不再重合。

2.2三相一次自动重合闸的的组成及其作用

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,

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绰电保护部分

电磁式三相一次自动重合闸原理接线图

3三相一次自动重合闸的工作情况

3.1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农

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。

对应于图6.1KK接点的通断情况

操作状态__r动「削时介MhiF动心M时跳闸兀

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R12~4X

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X

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3.2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，TBJ（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（0.5〜

1.55）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，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10〜15s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。

3.3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。

3.4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IR向C充电，但需经10〜15s才能充到操作电源电压。接

点25、28接通后，使加速继电器⑸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。

3.5防止断路器多次重合于永久性故障的措施

在原理接线图中，若ZJ动作后，它的常开接点ZJl、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，新路

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。

3.6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，就不能再使ZJ动

作，从而达到了闭锁重合闸的目的。

4双侧电源线路的三相一次自动重合闸

4.1两端均有电源的输电线路采用自动重合闸装置

(1)时间的配合

由于线路两侧的继电保护，在输电线路上发生故障时，可能以不同的时限圻开

两侧断路器。

(2)同期问题

在某些情况下，当线路断路器断开之后，线路两侧电源之间的电势角摆开,

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，应考虑是否同步

的问题，以及是否允许非同步合闸的问题。

4.2我国的电力系统方式

(1)快速自动重合闸方式

所谓快速重合闸，就是当输电线路上发生故障时，继电保护很快使线路两侧

的断路器断开并接着进行重合。

快速重合闸方式的最大特点是快速。

采用快速自动重合闸方式必须具有下列一些条件：

①线路两侧的断路器都装有能瞬时动作的保护整条线路的继电保护装置，

如高频闭锁距离保护等；

②线路两端必须采用可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气断路器；

③在两侧断路器重新合闸的瞬间，输电线路上所出现的冲击电流对电力系

统各元件的冲击均未超过其允许值。

输电线路的冲击电流，可根据两侧电势可能摆开的最大角度5来计算。当两

侧电源电势绝对值相等时，则有：

sin—(5.1)

Zz2

式中：ZL——系烧的总阻抗；

6——考虑最严重情况时6=180。；

E——发电机电势，对所有同步电机的电势，E取

1.05UNo

按规定，由式(5.1)计算得出的冲击电流不应超过下列规定数值:

按规定，由式（5.1）计算得出的冲击电流不应超过下

列规定数值：

a.对于汽轮发电机

b.对于有纵横阻尼回路的水轮发电机

c.对无阻尼回路或阻尼网路不全的水轮发电机

d.对同步调相机

e.对电力变压器

式中：I一一通过发电机、变器的最大冲击电流的周期分玳：

lx一一各元件的额定电流：

X；——发电机的纵轴次物态电抗标么值：

局一一发电机纵轴的态电抗标么值：

2%一—电力变压器短路电乐的百分值

（2）非同期重合同方式

非同期重合就是采取不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式。当线

路断路器断开后，即使两侧电源已失去同步，也自动重新合上断路器并期待由系

统自动拉入同步。

在电力系统中，当没有快速动作的继电保护和快速动作的断路器时，可以考

虑采用非同期重合闸方式。

采用非同期重合闸方式时，系统中的元件都将受到冲击电流的考验。

（3）检查另一回路电流的重合闸和自动解列重合闸方式

运用时机：在没有其他旁路联系的双回线上，当不能采用非同期重合闸时,

可采用检查另一回路上有电流的重合闸；在两侧巨源的单回线上，当不能采用非

同期重合闸时，一般可采用解列重合闸方式。

（4）检查同期重合闸方式

运用时机：当在两侧电源的线路上既没有条件实现快速重合闸，又不可能

采用非同期重合闸时，应该采用检查同期重合闸。

检查同期重合闸的特点：当线路短路，两侧断路器跳开后，先让一侧的断路

器合上，另一侧断路器在重合时，应进行同步条件的检查，只有在断路器两侧电

源满足同步条件时，才允许进行重合。这种重合闸方式不会产生很大的冲击电流,

合闸后也能很快拉入同步。

这种检查同期的重合闸方式，是在单端供电线路重合闸接线的基础上增加附

加条件来实现的。

缺点：重合闸装詈不能纠正这种情况下的误跳闸，这是一个很大的缺陷C

检查同期重币闸的启动回路

5检查同步继电器

5.1检查同步继电器的作用

检查同步继电器是实现检查同期重合闸方式的一个很重要的元件。

检查两侧电源满足同步条件，实质上就是要求两侧电源的电压差，频率差和

相位差都在一定的允许范围内才允许重合闸。当其中一个条件不满足时，则不允

许重合闸。这个任务是由检查同步继电器来完成的。

5.2检查同步继电器的结构接线

检查同步继电器可用一种有两个电压线圈的电磁型电压继电器来实现，其内

部接线如图6.6所示。它的两组线圈分别经电压互感器接入母线电压UB和线路

电压UL,两组线圈在铁芯中所产生的磁通（DB、（DL也方向相反。因此，铁芯中

的总磁通①£为两电压所产生的磁通之差，也就是反映两侧电源的电压差4U

校QH山那电ni川的内孤楼”图

(1)自动重合闸与继电保护的配合

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自动重合闸前加速保护动作(简称为“前加速”)

原理说明：

下图中每一条线路上均装有过流保护，当其动作时限按阶梯形选择时，断

路器1DL处的继电保护时限最长。为了加速切除故障，在IDL处可采用自动重合

闸前加速保护动作方式。即在1DL处不仅有过流保护，还装设有能保护到L3的

电流速断保护和自动重合闸装置ZCH。这时，不论是在线路LI、L2或L3发生故

障，1DL处的电流速断保护都无延时地断开断路器1DL,然后自动重合闸装置将

断路器重合一次。如果是暂时性故障，则重合成功，恢复正常供电；如果是永久

性故障，则在1DL重合之后，过流保护将按时限有选择地将相应的断路器跳开。

即当凡点故障时，由3DL的保护跳开3DL,若3DL保护拒动，则由ZDL保护跳开

断路器ZDLo

日合同前加速保护的动作的接点电路

采用“前加速”方式的优缺点

优点:能快速地切除故障，使暂时性故障来不及发展成为永久性故障，而且

设备少，只须一套ZCH装置。

缺点:重合于永久性故障时，再次切除故障的时间可能很长，装有重合闸装

置的断路器的动作次数很多，若此断路器或重合闸拒动，则停电的范围将扩大,

甚至在最末一级线路上故障，也可能造成全部停电。因此，实际上“前加速”方

式主要用于35kV以下的网络

（2）重合闸后加速保护动作（简称为“后加速”）

原理说明：

这种方式就是第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸。如果重

合于永久胜故障，则加速保护动作，瞬时切除故障采用“后加速”方式时，必须

在每条线路上都装设有选择梃保护和自动重合闸装置，与任一线路上发生故障

时，首先由故障线的选择性保护动作将故障切除，然后由故障线路的ZCH进行

重合，同时将选择性保护的延时部分退