第五章

自動重合閘

1一、引言瞬時性故障：開關跳開后，經(jīng)過一段時間延時，故障消失。永久性故障：開關跳開后，故障依然存在。如：絕緣子表面閃絡(雷電、污閃)，短時碰線

(大風)，鳥類或樹枝放電。(約占60－90％)如：倒桿、斷線、絕緣子擊穿，碳束炸彈等。

（約占10％）自動重合閘應用的前提：統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大部分的線路故障屬于瞬時性故障！2自動重合閘成功率：

用重合成功的次數(shù)與總動作次數(shù)之比來表示重合閘的成功率，成功率一般在60％～90％之間，主要取決于瞬時性故障占總故障的比例。衡量重合閘工作正確性的指標是正確動作率，即正確動作次數(shù)與總動作次數(shù)之比。根據(jù)2001年220kV電網(wǎng)運行資料的統(tǒng)計，正確動作率為99.57％。3自動重合閘（下面簡寫為ARC）裝置：

將因故障或人為誤碰而跳開的斷路器再進行自動合閘的一種自動裝置。工作過程：1）線路發(fā)生短路故障，由繼電保護設備控制斷路器跳閘。

2）經(jīng)一定延時后，自動重合閘控制斷路器再合閘。

3）瞬時性故障——>恢復供電；永久性故障——>保護再跳閘。4二、自動重合閘的作用利：弊：1、瞬時性故障可迅速恢復供電，提高供電的可靠性；2、提高并列運行穩(wěn)定性，提高線路輸送容量；3、糾正斷路器偷跳、保護誤動、人為誤碰等引起的誤跳閘。在重合到永久性故障后，導致：1）系統(tǒng)再次遭受故障電流的沖擊；2）斷路器工作情況更加惡劣（短時間內兩次切斷故障電流）。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：線路重合閘的利大于弊。目前的重合閘功能還無法區(qū)分瞬時性、永久性故障。5應用場合：≥1kV的架空線路或混合線路，只要裝設了斷路器，就可以配置重合閘。混合線路瞬時性故障居多，可合永久性故障居多，不宜合但是，有一定的限制。6三、對自動重合閘的基本要求必須在故障點切除之后，才允許重合閘！

1）通常利用沒有電流的特點(包括保護動作)；

2）同時，還必須考慮對側切除的時間。沒有全線速動的保護時，一側為I段動作，另一側為II段動作（有延時）。72、不允許任意多次重合，即動作次數(shù)應符合預先的規(guī)定。（考慮：斷路器性能，并防止永久性故障）3、應能和繼電保護配合，在重合閘前或后，應能加速保護動作。（考慮：重合后，如果保護很快動作，那么，幾乎為永久性故障）三、對自動重合閘的基本要求1、動作迅速，

(一般0.5s～1.5s)。斷路器傳動、消弧、準備故障點去游離84、雙側電源重合閘應考慮電源同步問題。（考慮：防沖擊）5、動作后應能自動復歸，準備好再次動作。6、手動跳閘時不應重合(手動操作或遙控操作)。（考慮：手動跳閘于故障線路時，基本上屬于永久性故障，如帶地線合閘）7、斷路器不正常狀態(tài)時不重合。（考慮：操動機構中液壓、氣壓降低）三、對自動重合閘的基本要求9四、自動重合閘的分類1、按接通和斷開的電力元件，分為：線路重合閘變壓器重合閘母線重合閘2、按重合閘控制斷路器的相數(shù)不同，分為：三相重合閘單相重合閘綜合重合閘

(基本上不采用，幾乎是永久性）)(幾乎不使用！一般情況下，母線保護動作還要閉鎖線路的重合閘)(很少采用了,“規(guī)范”已經(jīng)不考慮)103重合閘方式選擇（1）一般沒有特殊要求的單電源線路，宜采用一般的三相重合閘。（不存在同步問題）（2）凡是選用簡單的三相重合閘能滿足要求的線路，都應當選用三相重合閘。（3）當發(fā)生單相接地短路時，如果使用三相重合閘不能滿足穩(wěn)定要求，會出現(xiàn)大面積停電或重要用戶停電，應當選用單相或綜合重合閘。11五、輸電線路的三相一次自動重合閘1、單側電源線路的三相一次自動重合閘工作過程：線路上故障=>跳開三相

=>重合閘起動=>延時后合三相。121）在單側電源的線路上，不需要考慮電源間的同步合閘問題；2）三相同時跳開與合上不需要考慮區(qū)分故障類別和選擇故障相；3）只需要滿足在希望重合時、斷路器允許重合的條件下、經(jīng)預定的延時，發(fā)出一次合閘脈沖。單側電源線路的三相一次自動重合閘，實現(xiàn)簡單：13重合閘起動合閘與一次合閘脈沖元件信號手跳閉鎖

三相一次重合閘邏輯框圖后加速時間元件手合后加速保護主要由重合閘起動回路、重合閘時間元件、一次合閘脈沖元件、手動跳閘閉鎖、手動合閘于故障時保護加速跳閘回路等組成。14

當斷路器由繼電保護動作跳閘或其它非手動原因而跳閘后，重合閘均應起動。一般使用斷路器的輔助常開觸點或者用合閘位置繼電器的觸點構成，當斷路器由合閘位置變?yōu)樘l位置時，馬上發(fā)出起動指令。重合閘起動：15

起動元件發(fā)出起動指令后，時間元件開始記時，達到預定的延時后，發(fā)出一個短暫的合閘脈沖命令。這個延時就是重合閘時間，它是可以整定的。（需要考慮斷路器的絕緣恢復和故障點的絕緣恢復等）重合閘時間：16一次合閘脈沖：

當延時時間到后，它馬上發(fā)出一個可以合閘脈沖命令，并且開始記時，準備重合閘的整組復歸，復歸時間一般為15－25秒。在這個時間內，即使再有重合閘時間元件發(fā)出的命令，它也不再發(fā)出可以合閘的第二個命令。此元件的作用是保證在一次跳閘后有足夠的時間合上（對瞬時故障）和再次跳開（對永久故障）斷路器，而不會出現(xiàn)多次重合。17手動跳閘閉鎖重合閘：

當手動跳開斷路器時，也會起動重合閘回路，為消除這種情況造成的不必要合閘，設置閉鎖環(huán)節(jié)，使之不能形成合閘命令。18重合閘后加速保護跳閘回路：

對于永久性故障，在保證選擇性的前提下，盡可能的加快故障的再次切除，需要保護與重合閘配合，當手動合閘到帶故障的線路上時，保護跳閘，故障一般是因為檢修時的保安接地線沒拆除、缺陷未修復等永久故障，不僅不需要重合，而且要加速保護的再次跳閘。19兩側斷路器都跳后，才能重合；判斷：重合時，兩側系統(tǒng)是否同步？（防止沖擊太大）或經(jīng)過計算，是否允許非同步合閘？（1）特點2.雙側電源線路的三相一次自動重合閘MN20快速重合閘（0.5～0.6s）非同期重合閘檢同期重合閘（2）方式2.雙側電源線路的三相一次自動重合閘MN條件——全線速動、斷路器快、沖擊電流小于限值——沖擊電流小于限值——同步檢定和無電壓檢定（雙回線時，不檢同步，可檢另一回線有電流）需要驗算（1）線路兩側都裝有可以進行快速重合的斷路器，如快速氣體斷路器等。（2）線路兩側都裝有全線速動的保護，如縱聯(lián)保護等。（3）重合瞬間，輸電元件中出現(xiàn)的沖擊電流對電力元件、電力系統(tǒng)的沖擊均在允許范圍內。

當快速重合閘的重合時間不夠快，或者系統(tǒng)的功角擺開比較快，兩側斷路器合閘時系統(tǒng)已經(jīng)失步，合閘后期待系統(tǒng)自動拉入同步，此時系統(tǒng)中各電力元件都將受到?jīng)_擊電流的影響，當沖擊電流不超過規(guī)定值時，可以采用非同期重合閘方式，否則不允許采用非同期重合方式。21檢查同步的自動重合閘：

當必須滿足同期條件才能合閘時，需要使用檢同期重合閘。因為檢同期實現(xiàn)比較復雜，根據(jù)發(fā)電廠送出線或輸電斷面上的輸電線電流間相互關系，有時采用簡單的檢測系統(tǒng)是否同步的方法。檢同步重合有以下幾種方法：22A系統(tǒng)的結構保證線路兩側不會失步：

電力系統(tǒng)之間，在電氣上有緊密的聯(lián)系時（例如具有三個以上聯(lián)系的線路或三個緊密聯(lián)系的線路），由于同時斷開所有聯(lián)系的可能性幾乎不存在的，因此，當任一條線路斷開之后又進行重合閘時，都不會出現(xiàn)非同步合閘的問題，可以直接使用不檢同步重合閘。23B在雙回線路上檢查另一線路有電流的重合方式：在沒有其它旁路聯(lián)系的雙回線路上，當不能采用非同步重合閘時，可采用檢定另一回線路上有電流的重合閘。因為當另一回線路上有電流時，即表示兩側電源仍保持聯(lián)系，一般是同步的，因此可以重合。采用這種重合閘方式的優(yōu)點是因為電流檢定比同步檢定簡單。

ZCHZCHII++

雙回線路上采用檢查另一回線路有電流的重合閘示意圖k24C必須檢定兩側電源確實同步之后，才能進行重合：

為此可在線路的一側采用檢查線路無電壓先重合，因另一側斷路器是斷開的，不會造成非同期合閘。待一側重合成功后，而在另一側采用檢定同步的重合閘。25ZCHZCHU<U-UABCYJTJJ++

具有同步和無電壓檢定的重合閘接線示意圖U-U--同步檢定繼電器；U<--無電壓檢定繼電器；ZCH--自動重合閘裝置檢定無壓重合檢定同步重合常閉觸點常閉觸點k26++ZCHU<U-UZCHU<U-U++無壓同步

采用同步檢定和無電壓檢定重合閘的配置關系同步無壓每側既有檢定無壓也有檢定同步裝置，一側投入檢定無壓裝置，另一側投入檢定同步裝置，定期切換。通常都是在檢定無電壓的一側也同時投入同步檢定繼電器，兩者的觸點并聯(lián)工作。切換片27電磁型同步檢定繼電器的內部接線圖

繼電器有兩組線圈，分別從母線側和線路側的電壓互感器上接入同名相的電壓。兩組線圈在鐵心中所產生的磁通方向相反，因此鐵心中的總磁通反應兩個電壓所產生的磁通之差，亦即反應于兩個電壓之差，而的數(shù)值則與兩側電壓和之間的相位差有關。

0d同步檢定繼電器上電壓相量圖母線電壓線路電壓28六、重合閘時間的整定原則（1）單側電源線路重合閘故障點電弧熄滅及周圍介質絕緣強度的恢復時間tu；斷路器（觸頭恢復絕緣強度及滅弧室充滿油）及操作機構復原準備好再次動作的時間。若由保護起動重合閘，還應加上保護動作時間。29六、重合閘時間的整定原則（2）雙側電源線路重合閘按最不利情況考慮：本側保護先跳閘，對側保護延時跳閘。30六、重合閘時間的整定原則（2）雙側電源線路重合閘按最不利情況考慮：本側保護先跳閘，對側保護延時跳閘。31七、自動重合閘與繼電保護的配合

為了能盡量利用重合閘所提供的條件以加速切除故障，繼電保護與之配合時，一般采用重合閘前加速保護和重合閘后加速保護兩種方式，根據(jù)不同的線路及其保護配置方式選用。321.重合閘前加速保護

假定在每條線路上均裝設過電流保護，其動作時限按階梯型原則來配合。因而，在靠近電源端保護3處的動作時限就很長。~ABC321為了加速故障的切除，可在保護3處采用前加速的方式，即當任何一條線路上發(fā)生故障時，第一次都由保護3瞬時無選擇性動作予以切除，重合閘以后保護第二次動作切除故障是有選擇性的。333k2k1ABCARD1231t2t3thbtl重合閘前加速保護的網(wǎng)絡接線圖例如故障是在線路A-B以外（如k1點），則保護3的第一次動作是無選擇性的，但斷路器3跳閘后，如果此時的故障是瞬時性的，則在重合閘以后就恢復了供電。如果故障是永久性的，則保護3第二次就按有選擇性的時限動作。為了使無選擇性的動作范圍不擴展的太長，一般規(guī)定當變壓器低壓側k2短路時，保護3不應動作。因此，其起動電流還應按照躲開相鄰變壓器低壓側的短路（k2點）來整定。

34效果：1）若重合于瞬時故障，則迅速恢復供電，重合閘糾正了無選擇性。

2）若重合于永久故障，第二次按保護的配合進行選擇性跳閘。重合閘前加速保護效果：如圖，任何一段線路發(fā)生故障時，第一次都由保護3無時限切除故障(重合閘之前加速保護跳閘)。35采用前加速的優(yōu)點是：（1)能夠快速地切除瞬時性故障；（2)可能使瞬時性故障來不及發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率；（3)能保證發(fā)電廠和重要變電所的母線電壓在0.6-0.7倍額定電壓以上，從而保證廠用電和重要用戶的電能質量；（4)使用設備少，只需裝設一套重合閘裝置，簡單，經(jīng)濟。36前加速的缺點是：前加速保護主要用于35kV以下由發(fā)電廠或重要變電所引出的直配線路上，以便快速切除故障，保證母線電壓。

（1）斷路器工作條件惡劣，動作次數(shù)較多；（2）重合于永久性故障上時，故障切除的時間可能較長；（3）如果重合閘裝置或斷路器3拒絕合閘則將擴大停電范圍。甚至在最末一級線路上故障時，都會使連接在這條線路上的所有用戶停電。

372.重合閘后加速保護

重合閘后加速保護一般又簡稱為“后加速”。所謂后加速就是當線路第一次故障時，保護有選擇性動作，然后進行重合。如果重合于永久性故障上，則在斷路器合閘后，再加速保護動作瞬時切除故障，而與第一次動作是否帶有時限無關。38后加速保護的優(yōu)點是：（1）第一次是有選擇性的切除故障，不會擴大停電范圍，特別是在重要的高壓電網(wǎng)中，一般不允許保護無選擇性的動作而后以重合閘來糾正（即前加速的方式）；（2）保證了永久性故障能瞬時切除，并仍然是有選擇性的；（3）和前加速相比，使用中不受網(wǎng)絡結構和負荷條件的限制，一般說來是有利而無害的。39后加速的缺點是：

（1）每個斷路器上都需要裝設一套重合閘，與前加速相比較為復雜；（2）第一次切除故障可能帶有延時。40+LPZJSJLJSJ2SJ1JSJ重合閘后加速過電流保護的原理接線圖-圖中LJ為過電流繼電器的觸點，當線路發(fā)生故障時，它起動時間繼電器SJ，然后經(jīng)整定的時限后SJ2觸點閉合，起動出口繼電器ZJ而跳閘。當重合閘起動以后，JSJ的觸點將閉合1s的時間。SJ時間繼電器SJ1SJ2Ι

電流繼電器電流互感器重合閘起動后JSJ的觸點才閉合常開觸點瞬時常開觸點①當線路發(fā)生故障時，過電流繼電器動作觸點閉合，給時間繼電器SJ繞組加電。②當達到動作時限t1后SJ1觸點短時閉合，但加速繼電器JSJ觸點是斷開的，所以不能起動出口繼電器ZJ跳閘?！立郛斶_到保護的動作時限t2后SJ2觸點閉合，SJ1觸點斷開起動出口繼電器ZJ而跳閘。保護是有選擇性動作?！?1+LPZJSJLJSJ2SJ1JSJ重合閘后加速過電流保護的原理接線圖-如果重合于永久性故障上，則LJ再次動作，此時即可由時間繼電器的瞬時常開觸點SJ1，壓板LP和JSJ的觸點串聯(lián)而立即起動動作于跳閘，從而實現(xiàn)了重合閘以后過電流保護加速的要求。重合閘起動后JSJ的觸點才閉合④當跳閘后，故障切除，過電流繼電器返回，觸點斷開。時間繼電器返回，SJ1、SJ2觸點斷開。⑤重合閘起動后，JSJ的觸點閉合，若是瞬時性故障，則重合成功，保護不會動作，LJ觸點不會閉合，SJ1、SJ2觸點也不會閉合，不會加速跳閘。⑥若是永久性故障，則重合不成功，保護會再次動作，從而使LJ觸點閉合，當達到動作時限t1后SJ1觸點短時閉合，而這時JSJ觸點也是閉合的，從而可加速保護動作跳閘。42每條線路上均裝有選擇性的保護和ARC。1）第一次故障時，保護按有選擇性的方式動作跳閘；2）若是永久性故障，重合后則加速保護動作，切除故障。重合閘后加速保護效果：

后加速——將保護的延時縮短（甚至為0）。435.3高壓輸電線路的單相自動重合閘

220kV-500kV架空線路上，由于線間距離大，運行經(jīng)驗表明，其中絕大部分故障都是單相接地短路，2001年全國高壓輸電線路單相接地短路占所有短路故障的比例：220kV為92.05%，330kV為98%，500kV為98.87%。441.單相自動重合閘與保護的配合關系框圖

或與A相選相元件A相跳閘重合閘三跳及合閘回路C相選相元件B相選相元件與與與C相跳閘B相跳閘保護裝置、選相元件與重合閘回路的配合非全相運行期間不會誤動的保護接入端非全相運行期間可能誤動的保護接入端重合閘起動閉鎖保護跳閘保護動作信號相間短路保護動作信號保護動作信號保護動作信號452.單相自動重合閘的特點對選相元件的基本要求如下：1）應保證選擇性，即選相元件與繼電保護相配合只跳開發(fā)生故障的一相，而接于另外兩相上的選相元件不應動作；2）在故障相末端發(fā)生單相接地短路時，接于該相上的選相元件應保證足夠的靈敏性。46常用的選相元件有如下幾種：電流選相元件：在每相上裝設一個過電流繼電器，其起動電流按照大于最大負荷電流的原則進行整定，以保證動作的選擇性。這種選相元件適于裝設在電源端，且短路電流比較大的情況，它是根據(jù)故障相短路電流增大的原理而動作的。47低電壓選相元件：用三個低電壓繼電器分別接于三相的相電壓上。它的起動電壓應小于正常運行時以及非全相運行時可能出現(xiàn)的最低電壓。這種選相元件一般適于裝設在小電源側或單側電源線路的受電側，因為在這一側如用電流選相元件，則往往不能滿足選擇性和靈敏性的要求。

48阻抗選相元件：

用三個低阻抗繼電器分別接于三個相電壓和經(jīng)過零序補償?shù)南嚯娏魃希员ＷC繼電器的測量阻抗與短路點到保護安裝地點之間的正序阻抗成正比。阻抗選相元件比以上兩種選相元件具有更高的選擇性和靈敏性。49相電流差突變量選相元件：利用每兩相的相電流之差構成三個選相元件，它們是利用故障時電氣量發(fā)生突變的原理構成的。三個反應電流突變量的繼電器所反應的電流分別為在單相接地故障時，反應非故障相電流差突變量的繼電器不動作，而在其他故障情況下，所有三個繼電器都動作。

例如A相接地時，動作，而不動作。503.動作時限的選擇

當采用單相重合閘時，其動作時限的選擇除應滿足三相重合閘時所提出要求以外，還應考慮下列問題。1）不論是單側電源還是雙側電源，均應考慮兩側選相元件與繼電保護以不同時限切除故障的可能性。2）潛供電流對滅弧所產生的影響。非故障相與斷開相之間存在有靜電（通過電容）和電磁（通過互感）的聯(lián)系。51

C相單相接地時，潛供電流的示意圖ABCacCbcC0C（1）非故障相A通過A－C相間的電容供給的電流；（3）繼續(xù)運行的兩相中，由于流過負荷電流和而在C相中產生互感電勢，此電勢通過故障點和該相對地電容而產生的電流。

這些電流的總和就稱為潛供電流（2）非故障相B通過B－C相間的電容供給電流；52采用單相重合閘優(yōu)點（1）能在絕大多數(shù)的故障情況下保證對用戶的連續(xù)供電，從而提高供電的可靠性。（2）在雙側電源的聯(lián)絡線上采用單相重合閘，就可以在故障時大大加強兩個系統(tǒng)之間的聯(lián)系，從而提高系統(tǒng)并列運行的動態(tài)穩(wěn)定。53采用單相重合閘的缺點

（1）需要有按相操作的斷路器；（2）需要專門的選相元件與繼電器保護相配合，使重合閘回路的接線比較復雜。

（3）在單相重合閘過程中，由于非全相運行能引起本線路和電網(wǎng)中其他線路的保護誤動作，因此，就需要根據(jù)實際情況采取措施予以防止。這將使保護的接線，整定計算和調試工作復雜化。545.3.3輸電線路自適應單相重合閘的概念

其一是使電力設備在短時間內遭受兩次故障電流的沖擊，加速了設備的損壞；其二是現(xiàn)場的重合閘多數(shù)沒有按照最佳時間重合而降低了輸電能力，甚至造成穩(wěn)定性的破壞。重合閘重合于永久故障上時如何避免這種情況發(fā)生？55如果在單相故障被單相切除后，能夠判別故障是永久性還是瞬時性的，且在永久性故障時閉鎖重合閘，就可以避免重合于永久故障時的不利影響。這種能自動識別故障的性質，在永久性故障時不重合的重合閘稱為自適應重合閘。

解決問題：56對于永久性故障，其接地點長期存在，斷開相兩端電壓持續(xù)較低；單相故障被單相切除后，斷開相由于運行的兩相電容耦合和電磁感應的作用，仍然有一定的電壓，其電壓的大小除與電容大小、感應強弱等有關外，還與斷開相是否繼續(xù)存在接地點直接相關。對于瞬時性故障，當電弧熄滅后，其接地點消失，斷開相兩端電壓持續(xù)較高；如何區(qū)分永久性故障和瞬時性故障？571單相重合閘期間斷開相工頻電壓分布ABC耦合電路圖

單相故障單相切除后的三相線路間仍有相間耦合電容和相地耦合電容，以及相間互感。

58根據(jù)電路基本理論，可以求得單位長度上電容耦合電壓為：

式中、單位長度線路的相間、相對地的電容單位長度上非故障相的電感感應電壓為：式中單位長度線路的相間