【電力系統(tǒng)自動裝置】論文

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1、 大學課程論文 學院：大學 專業(yè)：電氣工程及其自動化 課程名稱：電力系統(tǒng)自動裝置 ： 學號： 成績： 《電力系統(tǒng)自動裝置》論文 論文題目：輸電線路的自動重合閘裝置 ——闡述自動重合閘裝置的基本概念和各種類型的自動重合閘方式 摘要：介紹輸電線路的自動重合閘裝置的基本概念和分類，以及對各種類型重合閘方式的工作原理分析和與繼電保護裝置配合工作的方式。 關鍵詞：自動重合閘裝置 雙側電源線路三相自動重合閘 特殊重合閘方式 綜合重合閘 重合閘前后加速保護 電力系統(tǒng)運行經驗表明，在電力系統(tǒng)的各種故障中，輸電線路(架空線路）是發(fā)生故障

2、幾率最多的元件，約占電力系統(tǒng)總故障的90%。大多數故障是瞬時性故障，故障幾率占輸電線路故障的90%左右，而永久性故障確不到10%，最嚴重時也不到20%。 自動重合閘是一種廣泛應用于輸電和供電線路上的有效反事故措施。即當線路出現(xiàn)故障，繼電保護使斷路器跳閘后，自動重合閘裝置經短時間間隔后使斷路器重新合上。所以，在瞬時性故障發(fā)生跳閘的情況下，自動將斷路器重合，不僅提高了供電的安全性，減少了停電損失，而且還提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，增大了高壓線路的送電容量。所以架空線路要采用自動重合閘裝置。 1.自動重合閘裝置（簡寫為ARD裝置） 定義：當輸電線路因故障跳閘，或輸電線路故障由

3、繼電保護裝置動作使開關跳閘切除故障點后，將斷路器按需要自動合閘投入，從而恢復線路送電的一種安全自動裝置。 2.自動重合閘的作用及重合于永久性故障的不利影響 2.1作用： （1）、提高供電的可靠性，減小線路停電次數； （2）、提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性； （3）、彌補輸電線路耐雷水平降低的影響； （4）、糾正因斷路器本身由于機構不良或保護誤動引起的誤跳閘。 2.2不利影響： （1）、使電力系統(tǒng)再一次受到故障的沖擊； （2）、使斷路器的工作條件變得更加惡劣。 3．自動重合閘裝置的分類 按照自動重合閘裝置作用于斷路器的方式可分為以下三種類型。 3.1三相自動重合閘

4、三相自動重合閘是指不論線路上發(fā)生的是單相短路還是相間短路，繼電保護裝置動作后均使斷路器三相同時斷開，然后重合閘再將斷路器三相同時投入的方式。 3.2單相自動重合閘 在發(fā)生單相接地故障時，只把故障相斷開，然后再進行單相自動重合，而未發(fā)生故障的兩相仍然繼續(xù)運行，如果是永久性故障，單相重合不成功，且系統(tǒng)又不允許非全相長期運行，則重合后，保護動作使三相斷路器跳閘不再進行重合，這種重合閘方式稱為單相自動重合閘。 3.3綜合自動重合閘 綜合自動重合閘是將單相重合閘和三相重合閘綜合到一起。當發(fā)生單相接地故障時，采用單相自動重合閘方式工作；當發(fā)生相間短路時，采用三相自動重合閘方式工作。 4．對輸電線

5、路自動重合閘裝置的基本要求 （1）在正常跳閘時，應將自動重合閘裝置閉鎖。 （2）動作的時間盡可能短些。 （3）動作次數應符合預先的規(guī)定。 （4）應與繼電保護配合。 （5）動作后應自動復歸。 （6）當斷路器處于不正常狀態(tài)而不允許實現(xiàn)重合閘時，應將自動重合閘裝置閉鎖。 5．重合閘的啟動方式 在斷路器事故跳閘時，重合閘應能啟動；正常跳閘時，重合閘應閉鎖。為了區(qū)別正常跳閘與事故跳閘，一般有兩種啟動方式。 5.1不對應啟動方式： 就是指控制開關在“合后”位置，而斷路器在“跳后”位置，兩個位置不對應，表明斷路器因繼電保護動作或誤動作而跳閘，重合閘裝置啟動。 5.2保護啟動方式： 利

6、用線路保護動作于斷路器跳閘的同時，使自動重合閘裝置啟動。 6.單側電源線路三相一次自動重合閘 單側電源線路是指單電源供電的輻射狀線路、平行線路和環(huán)狀線路。 三相一次自動重合閘就是在輸電線路上發(fā)生任何故障，繼電保護裝置將三相斷路器斷開時，自動重合閘起動，經一定的延時，發(fā)生重合閘脈沖，將三相斷路器一起合上。若為瞬時性故障，則重合成功，線路繼續(xù)運行；若為永久性故障，則繼電保護再次動作將三相斷路器斷開，不再重合。 6.1三相一次自動重合閘的原理接線 如圖所示為DCH型電氣式三相一次自動重合閘裝置的原理接線圖。裝置主要由DCH型重合閘繼電器KR、防跳繼電器KCF、加速繼電器KAC、信號繼電器K

7、S、合閘接觸器、切換片XB1等元件組成。 圖中虛線方框為DCH型重合閘繼電器的部結構和接線，它由時間繼電器KT1，中間繼電器KM，充電電阻R4，放電電阻R6，降壓電阻R5，17R，儲能電容器C及信號指示燈HL等組合而成。中間繼電器KA有兩個線圈，即電壓線圈（啟動線圈）及電流線圈（自保持線圈）?？刂崎_關SA具有留個位置，七個觸頭盒的萬能轉換開關. （1）正常運行時： SA處于“合閘后”位置，觸頭21—23接通，觸頭2—4斷開，斷路器QF1處于合閘狀態(tài)，輔助觸頭QF1斷開，QF2閉合。跳閘位置繼電器KTP失電，其常開觸電KTP1斷開。ARD中的C經充電電阻R4被充電（回路為+WC→S

8、A21-23→R4→C→3→-WC)。C充足電需要15-20S。同時信號指示燈HL亮，儲能電容C充電完成，自動重合閘裝置投入運行。 （2）當線路發(fā)生瞬時性（或其他原因）故障時： 當線路發(fā)生瞬時性故障時，繼電保護動作將斷路器跳開后，斷路器的常閉觸點QF1閉合，跳閘位置繼電器KTP得電，常開觸點KTP1閉合，啟動時間繼電器KT，時間繼電器KT經一定延時，其常開觸點KT1閉合，電容C經KT1、中間繼電器KM的電壓線圈放電，KM起動后，其常開觸點KM1、KM2、KM3閉合，接通合閘接觸器的回路（+WC→SA21-23→KM1→KM2→KM電流線圈→KS→XB1→KCF2→QF1→KMC→-WC),

9、合閘接觸器KMC動作，合上斷路器。重合閘動作時，因KT1閉合，信號燈HL失電熄滅。 KM電流線圈起自保持作用。只要KM被電壓線圈短時起動一下，便可通過電流自保持線圈使KM在合閘過程中一直處于動作狀態(tài)，以保證斷路器可靠合閘。 斷路器重合后，其常閉輔助觸點QF1斷開，KM失電返回，KTP也復歸，KTP1斷開，使KT返回，KT1斷開，電容C開始重新充電，經15~25s電容C充滿電，準備好下次的動作。 當斷路器由于某種原因誤跳閘時，重合閘的動作過程與上述過程相同。 （3）當線路發(fā)生永久性（或持續(xù)性）故障時： 當線路發(fā)生永久性故障時，重合閘裝置的動作過程與（2）所述相同。由于是永久性故障，保護

10、將再次動作使斷路器第二次跳閘，自動重合閘再次啟動。KT再次啟動，KT1又閉合，電容C向KM電壓線圈放電，但由于C充電時間短，其兩端電壓低，不足以使KM啟動，故斷路器不會再次重合，這就保證了ARD只動作一次。 （4）手動跳閘時： 控制開關SA手動跳閘時，其觸點SA6-7通，接通斷路器的跳閘回路；SA21-23觸頭打開，斷開了ARD的啟動回路，故重合閘裝置不可能啟動。跳閘后 SA的2-4觸點閉合，接通了電容C對放電電阻R6放電回路，由于R6阻值很小，電容C放電后的電壓接近于零，從而保證下次手動合閘于故障線路時裝置不會動作。 （5）手動合閘于故障線路時： 手動合閘時，觸點SA5-8通，合閘接

11、觸器KMC啟動合閘；SA21-23通，SA2-4斷，電容C開始充電。同時SA25-28通，使后加速繼電器KAC動作。當合閘于故障線路時，保護動作，經加速繼電器KAC的延時返回常開觸點使斷路器瞬時跳閘。此時因電容C充電時間短，電壓低，電容C放電不足于起動KM，從而保證ARD裝置可靠不動作。 （6）閉鎖重合閘裝置動作時： 在某種情況下，斷路器跳閘后不允許自動重合閘。 例如，按頻率自動減負荷裝置AFL或母線差動保護BB、橋式接線的變壓器差動保護動作時，應將ARD裝置閉鎖，使之退出工作。實現(xiàn)的方法就是利用AFL裝置或BB的出口觸點與SA2-4并聯(lián)，當AFL裝置或BB動作時，其出口觸點閉合，電容C經

12、R6電阻放電，ARD裝置無法動作，以達到閉鎖ARD裝置的目的。 （7）防止斷路器多次重合于永久性故障的措施： 如果線路發(fā)生永久性故障，且重合閘第一次動作時就出現(xiàn)了KM1、KM2觸點粘牢或卡住現(xiàn)象，由于是永久性故障，保護將再次動作跳閘，因KM1、KM2觸點接通，若沒有防跳繼電器KCF，則合閘接觸器KMC通電而使斷路器第二次重合。如此反復，斷路器將發(fā)生多次重合的嚴重后果，形成“跳躍現(xiàn)象”，這是不允許的。為此裝設了防跳繼電器KCF，當斷路器第二次跳閘時，KCF電流線圈通電而使KCF動作，（+WC→SA21-23→KM1→KM2→KM電流線圈→KS→XB1→KCF1→KCF電壓線圈→-WC），KC

13、F自保持，其觸點KCF2斷開，切斷重合閘的合閘回路，使斷路器不會多次重合。 同樣，當手動合閘于故障線路時，如果控制開關SA5-8粘牢，在保護動作使斷路器跳閘后，KCF啟動，并經SA5-8、KCF1接通KCF電壓自保護回路，使SA5-8斷開之前KCF不能返回，并借助KCF2切斷合閘回路，使斷路器不能重合。 7．雙側電源線路三相自動重合閘 7.1三相快速自動重合閘 三相快速自動重合閘是在線路發(fā)生故障時，兩側保護瞬時將故障切除后，不管兩側電源是否同步，就可進行重合，經0.5~1S延時后，兩側斷路器都重新合上。在合閘瞬間，兩側電源很可能不同步，但因重合時間短，重合后系統(tǒng)也會很快拉入同步。 7

14、.1.1采用三相快速自動重合閘應具備的條件： （1）.必須裝設全線速動保護，如高頻保護。 （2）.線路兩側裝有可以進行快速重合閘的斷路器，如快速空氣斷路器。 （3）.在兩側斷路器非同步重新合閘的瞬間，輸電線路上出現(xiàn)的沖擊電流不能超過電力系統(tǒng)各元件的沖擊電流的允許值。 7.2非同步重合閘 當不具備快速切除全線路故障和快速動作的斷路器條件時，可以考慮采用非同步自動重合閘。非同步自動重合閘就是輸電線路兩側斷路器跳閘后，不考慮系統(tǒng)是否同步而進行自動重合。顯然，重合時電氣設備可能要受到較大電流的沖擊，系統(tǒng)也可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，因而采用非同步自動重合閘具有一定的條件。 7.2.1線路的非同步自動

15、重合閘投入方式： （1）.不按順序投入線路兩側兩側斷路器的方式 兩側均采用單電源線路重合閘接線。 （2）.按順序投入線路兩側斷路器的方式 預先規(guī)定兩側斷路器的合閘順序，先重合側采用單電源線路重合閘接線，后合閘側檢定線路有電壓后才重合。 7.3無電壓檢定和同步檢定的三相自動重合閘 這種重合閘方式是指當線路兩側斷路器跳開后，其中一側（稱為無壓側）先檢定線路無電壓而重合，后重合側（稱為同步側）檢定線路兩側電源滿足同步條件后再進行重合。線路MN兩側各裝一套帶同步檢定繼電器KSY和低電壓繼電器KV的ARD裝置。無壓側（M側）的無壓，同步連接片投入，同步側（N側）僅投入同步

16、連接片，其工作原理如下。 線路發(fā)生瞬時性故障時。保護動作將兩側斷路器跳閘，線路無電壓，兩側的檢定同步繼電器KSY不工作，常閉觸點打開。M側低電壓繼電器KV檢定線路無電壓動作，觸點閉合，經連接片啟動ARD裝置，經預定時間，QFM合閘。QFM合后，N側線路有電壓，N側KSY開始工作，待兩側電壓滿足同步條件時，KSY常閉觸點閉合時間足夠長，啟動ARD裝置，使N側斷路器QFN合閘，線路恢復正常供電。 線路發(fā)生永久性故障時。M側重合閘后，由無壓側后加速保護裝置動作跳閘。在這過程中，同步側斷路器始終不能重合。 正常運行情況下，因誤碰或保護誤動作造成斷路器無跳閘時。如果同步側斷路器發(fā)生誤跳，則可通過該

17、側KSY檢定同步后使N側斷路器重新合上；若無壓側斷路器誤跳，因線路有電壓，無壓側不能由KV觸點去啟動ARD裝置，從原理上講，因無壓側同步連接片投入，由同步檢查繼電器KSY檢查同步后，便可將M側斷路器重新合上。 7.4在一些特定條件下采用不經同步檢定的特殊重合閘方式 7.4.1檢定另一回線路有電流的自動重合閘 如圖所示，在沒有其他旁路聯(lián)系的雙電源平行雙回線路上，如果一回線路因故障斷開后，只要另一回線路不斷開，兩側電源一般不會失去同步。此時，只要檢定另一回線路有電流就相當于檢定了兩側電源同步，從而可進行重合閘。 7.4.2解列自動重合閘 如圖所示，在雙側電源的單回線路上，當不能采

18、用非同步重合閘時，有時可采用解列自動重合閘。正常運行時，由系統(tǒng)向小電源側輸送功率。當線路發(fā)生故障時，系統(tǒng)側保護動作，跳開斷路器QF1；小電源側保護動作使解列點斷路器QF3跳閘，而不跳線路斷路器QF2。 解列后，小電源的容量基本與所帶重要負荷平衡，這樣就保證對地區(qū)重要負荷的連續(xù)供電。斷路器QF1、QF3斷開后，系統(tǒng)側檢定線路無壓而重合，如果重合成功，則由系統(tǒng)恢復對小電源的不重要負荷的供電，而后在解列點進行同步并列，恢復同步運行。如重合不成功，則系統(tǒng)側保護再次動作跳閘，中斷地區(qū)不重要負荷的供電。 7.4.3自動同步重合閘 如圖所示，為水

19、電站向系統(tǒng)送電的單回線路上采用自同步重合閘示意圖。正常運行時，水電站向系統(tǒng)輸送功率，如果線路發(fā)生故障，則系統(tǒng)側線路斷路器QF1跳閘，水電站側線路斷路器QF3不跳閘，而跳開發(fā)電機斷路器QF2并進行滅磁。然后，系統(tǒng)側檢定線路無電壓而重合，如果重合成功，則水電站側發(fā)電機以自同步方式與系統(tǒng)并列，恢復正常運行。如果重合不成功，則系統(tǒng)側保護再次動作跳閘，水電站則停機。 8．自動重合閘與繼電保護的配合 在電力系統(tǒng)中，自動重合閘與繼電保護配合可以加快切除故障、提高供電的可靠性，在某些情況下可簡化繼電保護，對保證系統(tǒng)安全可靠運行有著重要作用。 8.1重合閘前加速保護 8.1.1概念： 當線路上發(fā)生故障

20、時，靠近電源側的保護首先無選擇地瞬時動作跳閘，而后借助自動重合閘來糾正這種無選擇性動作。 8.1.2特點： 近電源側只有一套ARD裝置和無選擇性的電流速斷保護。（全線保護） 8.1.3工作原理： 工作過程中組成元件：過電流保護、自動重合閘裝置、無選擇性電流速斷保護（全線保護）、斷路器 瞬時性故障：1 動作-QF1跳閘-ARD動作-QF1閉合成功 永久性故障：1 動作-QF1跳閘-ARD動作-帶時限的電流保護動作，跳相應的斷路器。 8.1.4重合閘前加速保護的優(yōu)點： （1）快速地切除瞬時性故障。 （2）使瞬時性故障不至于發(fā)展成永久性故障，從而提高重合閘的成功率。 （3）

21、使用設備少，只需裝設一套重合閘裝置，簡單、經濟。 8.1.5重合閘前加速保護的缺點： （1）斷路器QF1的工作條件惡劣，動作次數增多，如果重合閘裝置或斷路器QF1拒絕合閘，則將擴大停電圍。 （2）對于永久性故障，故障切除時間可能較長。 8.1.6應用： 前加速保護主要用于35KV一下的發(fā)電廠或變電所引出的直配線上，以便快速切除故障。 8.2重合閘后加速保護 8.2.1概念： 當線路上發(fā)生故障時，保護首先有選擇性地動作跳閘，后重合閘動作合上斷路器。若重合于永久性故障，則加速保護動作，瞬時切除故障。 8.2.2特點： 需在每條線路上都裝有選擇性的保護和ARD裝置。 8.2.

22、3工作原理： 瞬時性故障：有選擇性動作-QF1跳閘-ARD動作-QF1閉合成功 永久性故障：有選擇性動作-QF1跳閘-ARD動作-不帶時限無選擇性電流保護動作，斷開斷路器。 8.2.4重合閘后加速保護的優(yōu)點： （1）第一次有選擇性地切除故障，不會擴大停電圍。 （2）重合于永久性故障，仍能快速、有選擇性地將故障切除。 （3）和前加速保護相比，使用中不受網絡結構和負荷條件的限制。 8.2.5重合閘后加速保護的缺點： （1）每條線路上都需裝設一套重合閘，與前加速保護相比較為復雜。 （2）第一次切除故障可能帶有時限。 8.2.6應用： 在35KV以上的網絡中，通常都裝有性能

23、較好的保護，第一次有選擇性的跳閘時限不會很長，所以后加速保護在35KV以上電網中被廣泛采用。 9．綜合重合閘 運行經驗表明，在220kV～500kV的架空線路上，由于相間距離大，其絕大部分短路故障都是單相接地短路，在這種情況下，如果只斷開故障的一相，而未發(fā)生故障的兩相仍然繼續(xù)運行，然后再進行單相重合，就能大大提高供電的可靠性和系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，當線路發(fā)生相間故障時，仍應跳開三相，而且應根據系統(tǒng)的具體情況，或進行三相重合，或不再重合。 9.1對選相原件的基本要求： 單相接地時，選相元件應可靠選出故障相；選相元件的靈敏度和速動性應比保護的好;選相元件一般不要求區(qū)分外故障，不要求方向性。

24、 9.2工作原理： 圖中KZ1,KZ2，KZ3為三個反應A,B,C單相接地短路的阻抗選相元件，KAZ為判別是否發(fā)生接地短路的零序電流元件（即判別元件）。假定動作為“1”，不動作為“0”，當線路發(fā)生相間短路時，故障相上有零序電流，KAZ動作，閉鎖與門8，不能直接跳三相斷路器。如果是單相接地短路，則僅一個選相元件動作，與門1~與門3中之一開放，跳單相；如果兩個選相元件動作，則說明發(fā)生了兩相接地短路，與門4~與門6中之一開放，保護將跳三相斷路器。 9.3考慮潛供電流的影響 需考慮潛供電流的影響。當發(fā)生單相接地故障時，線路故障相自兩側斷開后，斷開相與非故障相之間還存在電和磁（通過相

25、間電容與相間互感）的聯(lián)系，即故障相與之間仍有對地電容，如圖，這時雖然短路電流已被切斷，但在故障點的弧光通道中，仍有以下電流： （1）.非故障相A通過相間電容CAC供給電流 （2）.非故障相B通過相間電容CBC供給電流 （3）.繼續(xù)運行的兩相中，由于流過負荷電流會在斷開的C相中產生互感電動勢EM，此電動勢通過故障點和該項對地電容C0而產生電流。 上述這些電流的總和稱為潛供電流。 9.4重合閘的運行方式。 為使綜合重合閘裝置具有多種性能，并且使用靈活方便，裝置通過人工切換應能實現(xiàn)綜合自動重合閘，單相自動重合閘，三相自動重合閘和停用重合閘四種運行方式。 9.5重

26、合閘的起動方式。 綜合重合閘采用斷路器與控制開關位置的不對應啟動方式，有利于糾正斷路器誤跳閘。但考慮到在單相重合閘過程中對某些保護實現(xiàn)閉鎖，以及對故障相實現(xiàn)分相固定，也采用保護啟動方式。因此，在綜合重合閘中同時采用這兩種起動方式 參考文獻：［1］錢武，生明.電力系統(tǒng)自動裝置［M］.：中國水利水電，2004.16-54. ［2］曉風一殘月123. 第九章輸電線路的自動重合閘［DB/OL］.wenku.baidu./view/77ff5e36f111f18583d05a42.html，2010-12-27/2013-6-22. ［3］華中科技大學文華學院唐萃. 第六

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