德試電氣培訓(xùn)課之重合閘基本原理講義

一、介紹

在電力系統(tǒng)中，輸電線路是發(fā)生故障最多的元件，因此，如何提高輸電線路工作的可靠性，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重大意義。

輸電線路故障的性質(zhì)，大多數(shù)屬瞬時(shí)性故障，約占總故障次數(shù)的80%~90%以上，這些瞬時(shí)性故障多數(shù)由雷電引起的絕緣子表面閃絡(luò)、線路對(duì)樹(shù)枝放電、大風(fēng)引起的碰線、鳥(niǎo)害和樹(shù)枝等物掉落在導(dǎo)線上以及絕緣子表面污染等原因引起，這些故障被繼電保護(hù)動(dòng)作斷開(kāi)斷路器后，故障點(diǎn)去游離，電弧熄滅，絕緣強(qiáng)度恢復(fù)，故障自行消除。此時(shí)，如把輸電線路的斷路器合上，就能恢復(fù)供電，從而減少停電時(shí)間，提高供電可靠性。當(dāng)然，輸電線路也有少數(shù)由線路倒桿、短線、絕緣子擊穿或損壞等原因引起的永久性故障，在線路被斷開(kāi)之后，這些故障仍然存在。此時(shí)，如把線路斷路器合上，線路還要被繼電保護(hù)動(dòng)作斷路器再次斷開(kāi)。

由輸電線路故障的性質(zhì)可以看出，線路被斷開(kāi)之后再進(jìn)行一次重合，其成功的可能性是相當(dāng)大的，這種合閘固然可以由我們手動(dòng)進(jìn)行，但由于停電時(shí)間長(zhǎng)，效果并不十分顯著。為此，采用自動(dòng)重合閘裝置將被切除的線路重新投入運(yùn)行，來(lái)代替我們的手動(dòng)合閘。

線路上裝設(shè)重合閘后，重合閘本身不能判斷故障是否屬瞬時(shí)性，因此，如果故障是瞬時(shí)性的，則重合閘能成功；如果故障是永久性的，則重合后由繼電保護(hù)再次動(dòng)作斷路器跳閘，重合不成功。運(yùn)行實(shí)踐表明，線路重合閘的動(dòng)作成功率約在60%~90%之間?？梢?jiàn)，采用自動(dòng)重合閘的效益很可觀。

在輸電線路上采用自動(dòng)重合閘后，不僅提高了供電可靠性，而且可提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性和線路輸送容量，還可以糾正斷路器本身機(jī)構(gòu)不良、繼電保護(hù)誤動(dòng)以及誤碰引起的誤跳閘。由于自動(dòng)重合閘本身費(fèi)用低，工作可靠，作用大，故在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。但是，采用自動(dòng)重合閘后，對(duì)電力系統(tǒng)也帶來(lái)某些不利影響，如重合于永久性故障時(shí)，系統(tǒng)將再次受到短路電流的沖擊可能引起系統(tǒng)振蕩；同時(shí)使斷路器工作條件惡化。

輸電線路的重合閘，?？梢苑譃閱蜗嘀睾祥l、三相重合閘及綜合重合閘；或者分為一次動(dòng)作的重合閘和兩次動(dòng)作的重合閘；還可以分為單側(cè)電源重合閘和雙側(cè)電源重合閘。此外，還可以分機(jī)械式、電氣式和晶體管式重合閘。

自動(dòng)重合閘裝置應(yīng)符合下列基本要求：

1、自動(dòng)重合閘可按控制開(kāi)關(guān)位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)的原理起動(dòng)。

2、用控制開(kāi)關(guān)或通過(guò)遙控裝置將斷路器斷開(kāi)，或?qū)嗦菲魍队诠收暇€路上而隨即由保護(hù)裝置將其斷開(kāi)時(shí)，自動(dòng)重合閘均不應(yīng)動(dòng)作。

3、在任何情況下，自動(dòng)重合閘的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定。

4、自動(dòng)重合閘動(dòng)作后應(yīng)自動(dòng)復(fù)歸。

5、自動(dòng)重合閘應(yīng)能在重合閘后加速繼電保護(hù)的動(dòng)作。必要時(shí)，還應(yīng)能在重合閘前加速其動(dòng)作。當(dāng)用控制開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，應(yīng)采用加速繼電保護(hù)動(dòng)作的措施。

6、當(dāng)斷路器處于不允許實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘的不正常狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將自動(dòng)重合閘閉鎖。

二、自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合

自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合相當(dāng)密切，兩者配合工作，在很多情況下可以加快切除故障，提高供電的可靠性。其配合的主要方式是重合閘前加速保護(hù)和重合閘后加速保護(hù)兩種。我廠采用的方式是重合閘后加速保護(hù)。當(dāng)被保護(hù)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置有選擇的將故障線路切除，與此同時(shí)重合閘動(dòng)作，重合一次。若重合于永久性故障時(shí)，保護(hù)裝置立即以不帶時(shí)限，無(wú)選擇的動(dòng)作再次斷開(kāi)斷路器。這種保護(hù)裝置叫做重合閘后加速，一般用一塊中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。原理如下：

由原理圖可知：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，因重合閘還未動(dòng)作，JSJ繼電器失電，此時(shí)經(jīng)2SJ延時(shí)觸點(diǎn)(保護(hù)時(shí)間繼電器)起動(dòng)出口中間繼電器CKJ將斷路器跳閘，保證有選擇性的切除故障;斷路器跳閘后,起動(dòng)重合閘時(shí)，SHJ動(dòng)作，JSJ動(dòng)作,若重合于永久性故障，則2LJ0觸點(diǎn)閉合，通過(guò)JSJ觸點(diǎn)起動(dòng)CKJ，瞬時(shí)切除故障，實(shí)現(xiàn)重合閘后加速保護(hù)的要求。為可靠切除故障,JSJ的觸點(diǎn)在重合后約經(jīng)0.4S延時(shí)斷開(kāi)。

采用重合閘后加速保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：因故障的切除保證了選擇性，所以不會(huì)擴(kuò)大停電范圍；重合于永久故障時(shí)，仍能快速有選擇性的切除。

三、重合閘的四種方式

（1）停用方式：線路上發(fā)生任何形式的故障時(shí)，均斷開(kāi)三相不進(jìn)行重合。

（2）單相重合閘方式：線路上發(fā)生單相故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)單相自動(dòng)重合閘，當(dāng)重合到永久性單相故障時(shí)，斷開(kāi)三相并不再進(jìn)行重合。線路上發(fā)生相間故障時(shí)，斷開(kāi)三相不進(jìn)行自動(dòng)重合。

（3）三相重合閘方式：線路上發(fā)生任何形式的故障時(shí)，均實(shí)現(xiàn)三相自動(dòng)重合閘。當(dāng)重合到永久性故障時(shí)，斷開(kāi)三相并不再進(jìn)行重合。

（4）綜合重合閘方式：線路上發(fā)生單相故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)單相自動(dòng)重合閘，當(dāng)重合到永久性單相故障時(shí)，如不允許長(zhǎng)期非全相運(yùn)行，則應(yīng)斷開(kāi)三相并不再進(jìn)行自動(dòng)重合。線路上發(fā)生相間故障時(shí)，實(shí)行三相自動(dòng)重合閘，當(dāng)重合到永久性相間故障時(shí)，斷開(kāi)三相并不再進(jìn)行自動(dòng)重合。

四、保護(hù)接入回路：

各種保護(hù)均應(yīng)經(jīng)過(guò)重合閘裝置后才能使斷路器跳閘，按保護(hù)性能的不同分別將保護(hù)出口端子與重合閘裝置上的N、M、P、Q或R相連。

（1）N端子：非全相運(yùn)行不誤動(dòng)保護(hù)的接入端子，接在此端子上的保護(hù)在單相重合閘出現(xiàn)的非全相運(yùn)行期間不退出運(yùn)行，對(duì)健全相的故障仍有保護(hù)作用。接在N端子上的保護(hù)有：高頻相差保護(hù)、零序方向電流不靈敏I段、距離I段、距離II段。

（2）M端子：本線路非全相運(yùn)行會(huì)誤動(dòng)、相鄰線路非全相運(yùn)行不誤動(dòng)保護(hù)的接入端子。接在此端子上的保護(hù)在本線路單相跳閘后被解除，當(dāng)線路恢復(fù)全相運(yùn)行時(shí)被重新投入。接在M端子上的保護(hù)有：零序方向電流靈敏I段、零序或負(fù)序構(gòu)成的方向高頻保護(hù)。

（3）P端子：相鄰線路非全相運(yùn)行時(shí)會(huì)誤動(dòng)保護(hù)的接入端子，接在此端子上的保護(hù)在相鄰線路非全相運(yùn)行被解除，，但本線路發(fā)生單相接地故障時(shí)能夠發(fā)揮作用。接在P端子上的保護(hù)有：零序方向電流II段。

（4）Q端子：任何故障三相跳閘后進(jìn)行三相重合閘保護(hù)的接入端子，接在此端子上的保護(hù)動(dòng)作時(shí)，直接起動(dòng)三相跳閘回路，然后進(jìn)行三相重合閘。接在Q端子上的保護(hù)有：零序方向電流Ⅲ段、使用母線重合閘的母線保護(hù)。

（5）R端子：三相跳閘后不進(jìn)行重合閘保護(hù)的接入端子（設(shè)在操作箱內(nèi)）。

五、電容式的自動(dòng)重合閘為什么只能重合一次

電容式重合閘是利用電容器的瞬時(shí)放電和長(zhǎng)時(shí)充電來(lái)實(shí)現(xiàn)一次重合的。如果開(kāi)關(guān)是由于永久性短路而保護(hù)動(dòng)作所跳開(kāi)的,則在自動(dòng)重合閘一次重合后開(kāi)關(guān)作第二次跳閘,此時(shí)跳閘位置繼電器重新啟動(dòng),但由于重合閘整組復(fù)歸前使時(shí)間繼電器觸點(diǎn)長(zhǎng)期閉合,電容器則被中間繼電器的線圈所分接不能繼續(xù)充電,中間繼電器不可能再啟動(dòng),整組復(fù)歸后電容器還需20～25s的充電時(shí)間,這樣保證重合閘只能發(fā)出一次合閘脈沖。

六、重合閘起動(dòng)回路：

重合閘起動(dòng)原理如下：

   重合閘起動(dòng)指的是重合閘時(shí)間元件開(kāi)始計(jì)時(shí)。由原理圖可知：保護(hù)動(dòng)作時(shí)，由分相跳閘繼電器觸點(diǎn)（1TJ-3TJ）起動(dòng)重合閘繼電器ZQJ并進(jìn)行自保持，ZQJ勵(lì)磁后通過(guò)其觸點(diǎn)起動(dòng)重合閘時(shí)間繼電器4SJ，實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作起動(dòng)重合閘；斷路器跳閘時(shí)（包括誤跳），跳閘位置繼電器觸點(diǎn)閉合（TWJA、TWJB、TWJC）也起動(dòng)4SJ，實(shí)現(xiàn)斷路器與控制開(kāi)關(guān)KK位置不對(duì)應(yīng)起動(dòng)重合閘。不對(duì)應(yīng)起動(dòng)方式是所有重合閘的基本起動(dòng)方式，保護(hù)起動(dòng)方式是綜合重合閘功能的需要，以及對(duì)不對(duì)應(yīng)起動(dòng)方式的補(bǔ)充。

七、重合閘回路：

由原理圖可知：利用充好電的電容器對(duì)重合閘繼電器電壓線圈放電來(lái)獲得重合閘脈沖的方法，具有可靠防止多次重合，停用重合閘可靠等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)重合閘時(shí)間繼電器4SJ起動(dòng)時(shí)，其觸點(diǎn)斷開(kāi)電容C的充電回路，避免多次重合的可能性。如果是多相故障，則三相跳閘固定繼電器勵(lì)磁使GJ閉合，于是，4SJ1滑動(dòng)觸點(diǎn)接通時(shí)，電容C對(duì)重合閘合閘繼電器ZHJ放電，進(jìn)行三相重合；如果是單相故障，則電容C通過(guò)4SJ2滑動(dòng)觸點(diǎn)對(duì)重合閘合閘繼電器ZHJ放電，進(jìn)行單相重合；ZHJ常開(kāi)觸點(diǎn)引入的目的是使ZHJ可靠動(dòng)作。顯然，LP處于位置1時(shí)，不論故障形式如何，均以4SJ1時(shí)限進(jìn)行重合；LP處于位置2時(shí)，以4SJ1時(shí)限進(jìn)行三相重合，以4SJ2時(shí)限進(jìn)行單相重合；LP處于位置3時(shí)，不論故障形式如何均以4SJ2時(shí)限進(jìn)行重合。對(duì)4SJ1與4SJ2時(shí)限的不同整定，可以實(shí)現(xiàn)重合閘裝置的快重和慢重，我站對(duì)4SJ1與4SJ2時(shí)限的整定均為1秒，故重合閘時(shí)限切換連片投、切與否對(duì)重合閘無(wú)影響。

八、重合閘閉鎖回路（放電回路）：

注：QK2接通時(shí)重合閘停用，這是按預(yù)先規(guī)定進(jìn)行的重合閘閉鎖；QK3接通時(shí)為單相重合閘方式下出現(xiàn)三相跳閘時(shí)的重合閘閉鎖；STJ3為手合于故障線路時(shí)由跳閘繼電器將重合閘閉鎖；SHJ為手合斷路器時(shí)重合閘閉鎖；斷路器位置閉鎖。我廠重合閘放電回路原理圖如下：

九、重合閘重合于永久性故障上對(duì)電力系統(tǒng)的不利影響   當(dāng)重合閘重合于永久性故障時(shí)，主要有以下兩個(gè)方面的不利影響：
(1)使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊；
(2)使斷路器的工作條件變得更加嚴(yán)重，因?yàn)樵诤芏虝r(shí)間內(nèi)，斷路器要連續(xù)兩次切斷電弧。

十、選用重合閘方式的一般原則
(1)重合閘方式必須根據(jù)具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件，經(jīng)過(guò)分析后選定。
(2)凡是選用簡(jiǎn)單的三相重合閘方式能滿足具體系實(shí)際需要的，線路都應(yīng)當(dāng)選用三相重合閘方式。持別對(duì)于那些處于集中供電地區(qū)的密集環(huán)網(wǎng)中，線路跳閘后不進(jìn)行重合閘也能穩(wěn)定運(yùn)行的線路，更宜采用整定時(shí)間適當(dāng)?shù)娜嘀睾祥l。對(duì)于這樣的環(huán)網(wǎng)線路，快速切除故障是第一位重要的問(wèn)題。
(3)當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，如果使用三相重合閘不能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，或者地區(qū)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)大面積停電，或者影響重要負(fù)荷停電的線路上，應(yīng)當(dāng)選用單相或綜合重合閘方式。

十一、重合閘跳閘回路

注：5YJ01與4ZQJ兩個(gè)串聯(lián)的常閉接點(diǎn)組成相間與接地故障的判別回路，其中，5YJ01是零序電壓元件常閉觸點(diǎn)。串入4ZQJ觸點(diǎn)，在重合閘起動(dòng)時(shí)就解除了該回路工作。

注：針對(duì)原理圖掌握單相故障跳閘回路、兩相故障循環(huán)跳閘回路及溝通外部三相跳閘回路、短路故障直接外部三跳回路及重合閘“停用”方式下如何進(jìn)行三跳基本原理問(wèn)題。

十二、分相動(dòng)作固定回路：

由于重合閘邏輯回路的需要，需要將分相跳閘的動(dòng)作狀態(tài)記憶下來(lái)（即固定），該記憶回路即稱為分相動(dòng)作固定回路。

1~3GJ為分相跳閘固定繼電器，當(dāng)分相跳閘繼電器TJA、TJB、TJC動(dòng)作時(shí)，其相應(yīng)的固定繼電器動(dòng)作，且通過(guò)自身的觸點(diǎn)自保持，實(shí)現(xiàn)分相動(dòng)作固定，由于自保持回路由重合閘啟動(dòng)繼電器4ZQJ8觸點(diǎn)控制，所以分相動(dòng)作固定繼電器動(dòng)作后，一直到重合閘起動(dòng)回路返回時(shí)才能返回。原理圖如下：

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