电力系统自动装置

知识点：电力系统安全自动装置

一、自动重合闸

   发生事故,继电保护动作断路器自动跳闸后，能使断路器自动合闸的装置称为自动重合闸装置。

(一）自动重合闸的工作原理

   DS-24H型重合闸继电器(以下简称继电器)是 DS-20系列时间继电器的派生产品，用于输电线路上实现三相一次或二次重合闸线路中，作为其中的主要元件。

   继电器采用JK-1型壳体，具有20s的时间机构，并在机构和电磁铁上安装有两对滑动触点，两对终止触点(动断与动合)和两对瞬时切换触点。第一对滑动触点整定范围为0~3.5s ，第二对滑动触点整定范围为8~12s，终止切换触点整定范围为19~20s。

   继电器第一对滑动触点和第二对滑动触点(接触时间长短根据需要进行选择)分别用以实现一次和二次重合闸。一对动断和一对动合终止触点，动断终止触点用于重合闻成功后复归重合闸装置，动合终止触点用于重合闸失败后使重合闸装置退出运行。两对瞬时切换触点，其中一对用于重合闸前或后加速保护动作跳闸，另一对用于提高继电器热稳定性并进行自保持。

(二）自动重合闸的作用

   (1)发生瞬时性故障时自动恢复正常供电，提高供电可靠性。

   (2)弥补继电保护选择性不足，纠正各种情况造成的断路器的误跳闸。

   (3)与继电保护配合，在很多情况下能够加快切除故障。

   (4)对双侧电源供电的线路，提高并列运行的稳定性。

(三）自动重合闸的基本要求

   (1)手动操作断路器跳闸时，自动重合闸不应动作。

   (2)手动操作断路器合闸于故障线路，随即继电保护动作使断路器跳闸时，自动重合闸不应动作。

   (3)自动重合闸的动作次数应符合预先规定的次数，不允许任意多次重合断路器。

   (4)自动重合闸动作后应能够自动复归，准备好再次动作。

   (5)当断路器处于不正常状态时，自动重合闸应退出运行。

1. 自动重合闸在电力系统中的作用

   自动重合闸(ZCH)装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。运行经验表明，架空线路大多数故障是瞬时性的，如: 雷击过电压引起绝缘子表面闪络，大风时的短时碰线，通过鸟类身体(或树枝)放电，此时，保护动作→熄弧→故障消除→合断路器→恢复供电。

   手动(停电时间长)效果不显著，自动重合效果明显。

主要作用:

   (1)对暂时性故障，可迅速恢复供电，从而能提高供电的可靠性。

  (2)对两侧电源线路，可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或继电保护误动作引起的误跳闸。

   应用: 1kV及以上电压的架空线路或电缆与架空线路的混合线路上，只要装有断路器，一般应装设自动重合闸。

   但是，自动重合闸装置本身不能判断故障是瞬时性的，还是永久性的。所以若重合于永久性故障时，其有以下不利影响:

   (1)使电力系统又一次受到故障的冲击。

   (2)使断路器的工作条件恶化(因为在短时间内连续两次切断短路电流)。

   据运行资料统计，自动重合闸装置成功率为60%~90%，经济效益很高，并被广泛应用。

2. 对自动重合闸的基本要求

   (1)动作迅速。t>tu+tz一般取0.5”~1.5”。tu为故障点去游离时间，tz为断路器消弧室及传动机构准备好再次动作时间。

   (2)不允许任意多次重合，即动作次数应符合预先的规定，如一次或两次。

   (3)动作后应能自动复归，准备好再次动作。

   (4)手动跳闸时不应重合(手动操作或遥控操作)。

   (5)手动合闸于故障线路跳闸时不自动重合闻(多属于永久性故障)。

(四)  三相自动重合闸

1. 单侧电源线路的三相一次重合闸

   当线路上故障(单相接地短路、相间短路)→保护动作跳开三相→重合闸启动→合三相，故障是瞬时性的，重合成功;故障是永久性的，保护再次跳开三相，不再重合。

   通常三相一次自动重合闸装置由启动元件、延时元件、一次合闸脉冲元件和执行元件四部分组成，如图8-25所示。

图8—25   三相一次自动重合闸装置结构

   (1)启动元件: 当DL跳闸之后，使延时元件启动。启动方式有两种: ①控制开关KK位置与断路器位置不对应(优先采用)；②保护装置启动。

   (2)延时元件: tzch>tu+tz。

   (3)一次合闸脉冲元件: 保证重合闸装置只重合一次。

   (4)执行元件: 启动合闸回路和信号回路，还可与保护配合，实现重合闸后加速保护。

2. 两侧电源线路三相一次重合闸

   (1)应考虑的两个问题

   ①时间的配合: 考虑两侧保护可能以不同的延时跳闸，此时须保证两侧均跳闸后，故障点有足够的去游离时间。

   ②同期问题: 重合时两侧系统是否同步的问题以及是否允许非同步合闸的问题。

   (2)两侧电源线路上的主要合闸方式

   ①快速自动重合方式: 当线路上发生故障时，继电保护快速动作而后进行自动重合。其特点是快速，但须具备下列条件:

   a. 线路两侧均装有全线瞬时保护；

   b. 有快速动作的QF，如快速空气断路器;

   c. 冲击电流小于允许值。

   ②非同期重合闸方式: 就是不考虑系统是否同步而进行自动重合闸的方式(期望系统自动拉入同步，须校验冲击电流，防止保护误动)。

   ③检查双回线另一回线电流的重合闸方式。

   ④自动解列重合闸方式: 如图8-26所示，d点短路，保护1动作→1DL 跳闸，小电源侧保护动作→跳3 DL，1DL处自动重合闸装置检无压后重合，若成功，恢复对非重要负荷供电，在解列点实行同步并列达到恢复正常供电。

   图8—26   自动解列重合闸方式

   ⑤具有同步检定和无压检定的重合闸: 在两侧的断路器上，除装有单侧电源线路的自动重合闸装置外，在一侧(M侧)装有低电压继电器，用以检查线路上有无电压(检无压侧)，在另一侧(N侧)装有同步检定继电器，进行同步检定(检同步侧)，如图8-27所示。

图8—27  具同步检定和无压检定的重合闸方式示意图

   工作过程：当线路短路时，两侧DL断开，线路失去电压，M侧低电压继电器动作，经自动重合闸装置重合。一是重合成功，N侧同步检定继电器在两侧电源符合同步条件后再进行重合，恢复正常供电；二是重合不成功，保护再次动作，跳开M侧DL不再重合，N侧不重合。

两点说明：

   a.由上述分析可见，M侧DL如重合于永久性故障，就将连续两次切断短路电流，所以工作条件比N侧恶劣，为此,通常两侧都装设低电压继电器和同步检定继电器，利用连结片定期切换其工作方式，以使两侧工作条件接近相同。

   b.在正常工作情况下，由于某种原因(保护误动、误碰跳闸机构等)使检无压侧(M侧)误跳闸时，因线路上仍有电压，无法进行重合(缺陷)，为此，在检无压侧也同时投入同步检定继电器，使两者的触点并联工作。这样，在上述情况下，同步检定继电器工作，可将误跳闸的DL重新合闸。

   注意在使用同步检定的一侧，绝对不允许同时投入无压检定继电器。

(五）重合闸动作时限的选择原则

1. 单侧电源线路的三相重合闸

   重合闸时间原则上越短越好，但应力争重合成功，确保以下两点: 

   (1)故障点电弧熄灭、绝缘恢复。

   (2)断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸，否则可能发生DL爆炸，如果采用保护装置启动方式，还应加上DL跳闸时间。

2. 两侧电源线路的三相重合闸

   除上述要求外，还需考虑时间配合，按最不利情况考虑: 本侧先跳，对侧后跳。如图8-28所示。

图8—28  动作时限配合示意图

   不对应启动方式

   tzch=tbh.2+tDL.2- tbh.1-tDL.1+tu       (8-19)

   保护启动

    tzch=tbh.2+tDL.2- tbh.1+tu               (8-20)

(六)  自动重合闸与继电保护的配合

   两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速切除故障，一般有如下两种配合方式。

1. 重合闸前加速保护(简称“前加速”)

   如图8-29所示，L1、L2、L3上任一点故障，保护1速断动，跳1DL→自动重合闸装置重合，若成功，恢复正常供电；若不成功，按选择性动作。

图8—29   重合闸前加速保护示意图

   优点: 快速切除故障，设备少。

   缺点: 永久性故障，再次切除故障的时间可能很长；装自动重合闸装置的DL 动作次数多，若DL拒动，将扩大停电范围。

   主要用于35 kV以下的网络。

2. 重合闸后加速保护(简称“后加速”)

   每条线路上均装有选择性的保护和自动重合闸装置。第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后则加速保护动作，切除故障。

   如图8-30所示，第一次短路时，保护1Ⅱ段动，自动重合闸装置重合，之后保护1瞬时动。

图8—30   重合闸后加速保护示意图

   优点: 第一次跳闸时有选择性的，再次切除故障的时间加快，有利于系统并联运行的稳定性。

   缺点: 保护装置第一次动作时间可能有时限。

   应用于35kV以上的高压网络中。

(七)  单相自动重合闸

   220~500 kV系统中，由于线间距离大，经验表明，绝大多数故障为单相接地故障。此时，若只跳开故障相，其余两相仍继续运行，可提高供电的可靠性和系统并联运行的稳定性，还可减少相间故障的发生。

   单相自动重合闸: 单相接地故障→保护动，跳故障相→单相重合: 成功，恢复三相供电；不成功，允许非全相运行→再次跳故障相不重合；不允许非全相运行→再次跳三相不重合。若是相间短路，跳三相不重合。

单相自动重合闸的特点如下

1. 需装设故障判别元件和故障选相元件

   判别元件一般有I0、U0。相间短路无I0、U0，直接三相。接地短路，再由选相元件判别单相接地故障或双相接地故障。

   选相元件: 在单相接地故障时，选出故障相。

2. 应考虑潜供电流的影响

   相间电容、相间电感提供潜供电流，使熄弧时间长，所以单相重合闸动作时间一般应比三相重合闸的动作时间长。

3. 应考虑非全相运行状态的影响

   此时将出现负序和零序分量的电流和电压，有以下影响。

   (1)对发电机的影响: 在转子中产生倍频交流分量，产生附加发热。转子中的偶次谐波也将在定子绕组中感应出偶次电动势，与基波叠加，有可能产生危险的高电压，允许长期非全相运行的系统应考虑其影响。

   (2)零序电流对通信的影响: 对邻近的通信线路直接产生干扰，可能造成通信设备的过电压，对铁路闭塞信号也会产生影响。

   (3)非全相运行状态对继电保护的影响: 保护性能变坏，甚至不能正确动作。对会误动的保护采取闭锁措施等。

(八)  综合重合闸

   (1)单相重合闸和三相重合闸综合在一起为综合重合闸。

   (2)单相接地故障→跳单相→合单相。(单重方式)

   (3)相间接地故障一跳三相→合三相。(三重方式)

   (4)四种运行方式: 单重、三重、综重和直跳 

二、备用电源自动投入装置

(一）概述

   当工作电源因故障自动跳闸后，自动迅速地将备用电源自动投入的一种自动装置，称为备用电源自动投入装置。它是通过合备用线路断路器或备用变压器、断路器来实现备用电源的投入。常用于发电厂的厂用或变电所的用电。

(二）备用电源自动投入装置的作用

   备用电源自动投入使用装置可简称为备自投。应急照明系统就是一个备自投的电源系统。通常采用继电接触器作为蓄电池备自投的控制。当主电源故障，继电接触器控制系统的控制触头自动闭合，自动将蓄电池与应急照明电路接通。

(三）备用电源自动投入装置的基本要求

   (1)只有在正常工作电源断路器跳闸后，方能自动投入备用电源断路器。

   (2)工作母线不论任何原因电压消失，备用电源均应投入，但当备用电源无电压时装置不应动作。

   (3)备用电源只能投入一次。

   (4)电压互感器的熔丝熔断时，自动装置不应动作。

   (5)备用电源投于故障时，继电保护应加速动作。

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