第六章 自 动 重 合 闸 第一节 自动重合闸的作用及要求 一、自动重合闸在电力系统中的作用 架空线路故障大都是“瞬时性”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。 此外，也有“永久性故障”，“永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存 在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。 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。 二、重合闸在电力系统中的作用 ? 大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。 ? 在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。 ? 在架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。 ? 对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠 正的作用。 但是，当重合于永久性故障上时，它也将带来一些不利的影响，如： （1）使电力系统又一次受到故障的冲击； （2）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条 件变得更加恶劣。 三、对自动重合闸装置的基本要求 ? 正常运行时，当断路器由继电保护动作或其它原因而跳闸后，自动重合闸 装置均应动作 。 ? 由运行人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时，自动重合闸不应起 动。 ? 继电保护动作切除故障后，自动重合闸装置应尽快发出重合闸脉冲。 ? 自动重合闸装置动作次数应符合预先的规定。 ? 自动重合闸装置应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护的动 作 ，以便加速故障的切除 。 ? 在双侧电源的线路上实现重合闸时，重合闸应满足同期合闸条件。 ? 当断路器处于不正常状态而不允许实现重合闸时，应将自动重合闸装置闭 锁。 第二节 单侧电源线路的三相一次自动重合闸 三相一次自动重合闸就是在输电线路上发生任何故障，继电保护装置将三相 断路器断开时，自动重合闸起动，经 0．5～1s 的延时，发出重合脉冲，将三相 断路器一起合上。若为瞬时性故障，则重合成功，线路继续运行；若为永久性故 障，则继电保护再次动作将三相断路器断开，不再重合。 一、电磁式三相一次自动重合闸的工作原理和构成 正常情况 断路器处于合闸状态，QF1 断开→2KM 失电→2KM1 断开。而 SA 处在合后位置， 其触点 SA21-23 接通，触点 SA2-4 断开→重合闸投入，指示灯 HL 亮。重合闸继 电器的电容 C 经 4R 充电，经 10～ 15s 后，电容器 C 两端电压等于电源电压， 此电压可使中间继电器 KM 起动。 线路发生故障时： 断路器跳开后，QF1 闭合→2KM 得电→2KM1 闭合→起动 KT→KT 经过约 0.5～ 1s 的延时→KT1 闭合→电容器 C 放电→KM 起动→闭合其常开触点 KM1、KM2、KM3。 →发出合闸脉冲。 若为瞬时性故障 断路器合闸后，KM 因电流自保持线圈失去电流而返回。同时，2KM 失电→2KM1 断开→KT 失电，触点 KT1 断开→电容器 C 经 4R 重新充电，经 10～15s 又使电容 C 两端建立电压。整个回路复归，准备再次动作。 若为永久性故障 断路器合闸后，继电保护动作再次将断路器断开→QF1 闭合→2KM 得电→2KM1 闭合，KT 起动→KT1 经过约 0.5～1s 的延时闭合→电容器 C 放电。 思考：KM 会不会起动？ 手动跳闸 SA 发出预跳命令→其触点 SA2-4 接通→将 C 上的电荷瞬时放掉。SA 发出跳 闸命令→其触点 SA6-7 接通→断路器跳闸→ 2KM1 闭合→KT 起动，经过约 0.5～1s 的延时→KT1 闭合。这时，储能电容器 C 两端早已没有电压，KM 不能起动→ 重 合闸不能重合。 手动合闸 SA 发出跳闸命令→ SA5-8 触点闭合，接通合闸回路，QF 合闸。SA25-28 触点闭 合，起动加速继电器 3KM。当合于故障线KM 的常开触点使 QF 加速跳闸。 C 尚未充满电，不能使 KM 起动，所以断路器不能自动重合。 说明：防跳继电器 1KPJL 的功用： 在手动合闸及自动重合闸过程中防止断路器跳跃。如：当 KM1、KM2、KM3 接 点卡住或粘住时，可以由 1KM 来防止将断路器多次重合到永久性故障上。 二、单侧电源线路晶体管型三相一次自动重合闸的工作原理 去 后 记 忆 信号 元 件 合闸 当线路正常运行时 断路器在合闸位置，QF1 接点接通，三极管 VT1 截止，电容器 C3 两端经 R5 和 R6 充满至电源电压，1 点电位为+E，2 点电位为 0V，充满此电压所需的时间为 15～ 25s。由于 2 点电位为 0V，因此，稳压管 VS2（其击穿电压选为 10V）截止，VT2 由 R7 供给基流而导通，VT2 的导通使 VT3 截止，因此信号继电器 KS 和重合闸执行 继电器 1KM 均不动作。 当线路发生故障时 断路器跳闸，QF1 接点打开→ C1 经 R1 充电，经预定的延时后，C1 两端充电电 压达稳压管 W1 的击穿电压→VT1 经 R1 和 VS1 供给基流而导通，故 VDl 也正向导通→ 1 点电位突变为 0V，2 点电位被迫变为-E →VS2 被击穿，使负电压加于 VT2 的基 极→ VT2 截止，随之 VT3 导通，1KM 和 KS 动作，向断路器发出合闸脉冲，同时给 出重合闸动作的信号。 若线路发生的是永久性故障时 则在重合闸以后，继电保护将再次动作跳闸→此时 QF1 接点又将打开→”重 合闸起动与时间元件”动作同前→使 VT1 导通，但是由于 C3 尚来得及充满电压→ VT2 并不截止，“一次合闸脉冲元件”就不会再发出宽度为 0.1 秒的脉冲，这就保 证了只进行一次重合。 控制开关手动跳闸时 当控制开关在预跳位置， SA2 接点接通→一方面接通了 C3 经 R4 和 D2 的放电 回路，使 C3 放电→另一方面又使 VT2 的集电极输出经 VD4 接通 0V，实现手动闭锁 就保证了手动跳闸以后不致重合。在手动跳闸以后。QF1 接点打开，则 C3 一直处 于放电状态。 用控制开关手动合闸时 合闸后 QF1 接点接通→VT1 截止，C3 开始充电→经 15～25s 时间后，C3 充满电 压。如果线路上存在故障→继电保护动作跳闸后→ C3 两端的充电电压尚不足以 使 V2 截止→不会发生断路器自动重合。 第三节 双侧电源线路的三相一次重合闸 一、 双侧电源线）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； （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。 二、快速自动重合闸方式 采用快速重合闸的条件如下： ? 必须装设全线速动保护，如高频保护。 ? 线路两侧装设可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气断路器。 ? 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。 如对于变压器 I ? 1 XB Ie 三、具有同步检定和无电压检定的重合闸 线路发生故障: 两侧断路器跳闸以后，检定线路无电压的 M 侧重合闸首先动 作，使断路器投入。 若重合不成功：断路器再次跳闸。N 侧同步检定继电器不动作，该侧重合闸 不起动。 若重合成功：N 侧在检定同步之后，再投入断路器，线路即恢复正常工作。 思考：在检定线路无电压一侧的断路器，如重合不成功，就要连续两次切断 短路电流，因此，该断路器的工作条件就要比同步检定一侧断路器的工作条件恶 劣。如何解决这个问题呢？ 解决方法：通常在每一侧都装设无电压检定和同步检定的继电器，利用联接 片进行切换，使两侧断路器轮换使用每种检定方式的重合闸，因而使两侧断路器 工作的条件接近相同。 思考：在使用检查线路无电压方式的重合闸的 M 侧，当其断路器在正常运行 情况下由于某种原因而跳闸时，由于对侧并未动作，因此，线路上有电压，因而 就不能实现重合。如何解决这个问题呢？ 解决方法：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投入。 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，通常都是整定为 0.5 倍额定电压。 电磁型同步检定继电器内部接线： 由铁芯、两个电压线圈、反作用弹簧及 触点等构成。两个电压线圈，分别从母线侧和线路侧的电压互感器上接入同名相 的电压 UM 和 UN，两组线圈在铁心中所产生的磁通方向是相反的， φL φM φΣ 铁芯中的总磁通 ?? 反应于两个电压所产生的磁通之差，即反应于两个电压 之差，如左图中的 ?U，而 ?U 的数值则与两侧电压 UM 和 UN 之间的相位差有关。 当 UM=UN 时， ? ?U ? 2U M sin 2 结论： ?U 的大小与断路器两侧电压的幅值和相位差 ? 有关，如 ?=0?时，?U=0，??=0， ? 增加，?? 也增大，则作用于活动舌片上的电磁力矩增大。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。 当 UM=UN 时、??20?时，同步检定继电器 KVV 常闭触点闭合，起动重合闸继电器， 重合闸继电器经 0.5～1s 后，发出合闸脉冲。 U UM δ 2 O UL δ 第四节 自动重合闸与继电保护的配合 一、自动重合闸前加速 当线路发生故障时，继电保护加速电流保护的第 III 段，造成无选择性瞬时 切除故障，然后重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路就恢复了供 电。若重合于永久性故障，则保护带时限有选择性地切除故障。 系统的每条线QF 处装设自动重合闸装置，变电站 B 和 C 没有装自动重合闸装置。当 d1 点或 d2 点短路时，1QF 的过电流保护动作， 通过加速继电器 3KM 的常闭触点瞬时跳闸。1QF 跳开后，起动重合闸继电器进行 重新合闸，与此同时，起动加速继电器 3KM，加速继电器 3KM 的常闭触点断开。 若重合不成功，过电流保护再次动作，这时通过 KT 的延时接点有选择性地切除 故障。 应用 :用于 35kV 以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路上。 采用前加速保护的优点： （1） 能快速地切除瞬时性故障。 （2）使瞬时性故障不至于发展成永久性故障．从而提高重合闸的成功率。 （3）使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。 采用前加速保护的缺点： （1） 断路器 1QF 的工作条件恶劣，动作次数增多。 （2）对永久性故障，故障切除时间可能很长。 （3）如果重合闸或断路器 1QF 拒绝合闸，将扩大停电范围。 二、自动重合闸后加速 就是当线路发生故障时，首先保护有选择性动作切除故障，重合闸进行一次 重合。若重合于瞬时性故障，则线路恢复供电：如果重合于永久性故障上，则保 护装置加速动作，瞬时切除故障。 当输电线路上发生故障时，KA 动作?KT 得电? KT 触点延时闭合? 起动 KOM， 即继电保护有选择性地动作。 重合闸进行重新合闸，与此同时，将加速继电器 3KM 起动?其常开触点瞬时 闭合而延时返回。若发生的是永久性故障，则过电流保护再次起动，这时通过 3KM 的常开触点瞬时起动 KOM，切除故障。 应用：应用于 35KV 以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。 后加速保护的的优点： （1）第一次有选择性的切除故障，不会扩大停电范围。 （2）保证永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的。 （3）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。 后加速保护的的缺点： （1）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。 （2）第一次切除故障可能带有延时。 第五节 重合器与分段器 一、线路自动重合器的功能与特点 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，向线路恢复送 电。如果故障是瞬时性的，重合器重合后线路恢复正常供电；如果故障是永久性 故障，重合器将完成预先整定的重合闸次数（通常为三次）后，确认线路故障为 永久性故障，则自动闭锁，不再对故障线路送电，直至人为排除故障后，重新将 重合器合闸闭锁解除，恢复正常状态。 重合器的功能与特点： （1）重合器在开断性能上具有开断短路电流、多次重合闸操作、保护特性 操作的顺序、保护系统的复位功能。 （2）重合器的结构由灭弧室、操动机构、控制系统合闸线）重合器是本体控制设备，在保护控制特性方面，具有自身故障检测、 判断电流性质、执行开合功能，并能恢复初始状态，记忆动作次数，完成合闸闭 锁等操作顺序选择。用于线路上的重合器，无附加操作装置。 （4）重合器适用于户外柱上各种安装方式。 （5）不同类型重合器的闭锁操作次数、分闸快慢动作特性、重合间隔等特 性一般都不同，其典型的四次分断三次重合的操作顺序为: ， 其中 t1、t2 可调，且随不同产品而异，它可以根据运行中的需要调整重合次数 及重合闸间隔时间。 （6）重合器的相间故障开断都采用反时限特性，以便与熔断器的安—秒特 性相配合。重合器有快慢两种安—秒特性曲线。通常它的第一次开断都整定在快 速曲线 s 内即可切断额定短路开断电流，以后各次开断， 可根据保护配合的需要，选择不同的安—秒曲线。 二、线路自动分段器的功能与特点 分段器是配电系统中用来隔离故障线路区段的自动保护装置，通常与自动重 合器或断路器配合使用。分段器不能开断故障电流。当分段线路发生故障时，分 段器的后备保护重合器或断路器动作，分段器的计数功能开始累计重合器的跳闸 次数。当分段器达到预定的记录次数后，在后备装置跳开的瞬间自动跳闸分断故 障线路段。重合器再次重合，恢复其它线路供电。若重合器跳闸次数未达到分段 器预定的记录次数已消除了故障，分段器的累计计数在经过一段时间后自动消 失，恢复初始状态。 自动分段器的功能与特点 ： （1）分段器具有自动对上一级保护装置跳闸次数的计数功能。 （2）分段器不能切除故障电流，但是与重合器配合可分断线路永久性故障。 可作为手动操作的负荷开关使用。 （3）分段器可进行自动和手动跳闸，但合闸必须是手动的。分段器跳闸后 呈闭锁状态，只能通过手动合闸恢复供电。 （4）分段器有串接于主电路的跳闸线圈，更换线圈即可改变最小动作电流。 （5）分段器与重合器之间无机械和电气的联系，其安装地点不受限制。 （6）分段器没有安一秒特性，故在使用上有特殊的优点。从而弥补了在多级 保护系统中有时增加步骤也无法实现配合的缺点。 三、重合器与分段器的配合 自动重合器和自动分段设备的配合动作可实现排除瞬时故障，隔离永久性故 障区域，保证非故障线段的正常供电。由于重合器与分段器的功能不同，首先应 根据系统运行条件合理确定线路的分段布局，以提高配电线路自动化程度和供电 可靠性。 重合器、分段器配合的原则： （1）分段器必须与重合器串联，并装在重合器的负荷侧。 （2）后备重合器必须能检测到并能动作于分段器保护范围内的最小故障电 流。 （3）分段器的启动电流必须小于其保护范围内的最小故障电流。 （4）分段器的热稳定额定值和动稳定额定值必须满足要求。 （5）分段器的启动电流必须小于 8O％后备保护的最小分闸电流，大于预期 最大负荷电流的峰值。 （6）分段器的记录次数必须比后备保护闭锁前的分闸次数少一次以上。 （7）分段器的记忆时间必须大于后备保护的累积故障开断时间。
