继电保护及自动重合闸设计

吴曦

[摘要]110kV电网继电保护，相间距离保护和零序电流保护的整定计算选出了最优方案；自动重合闸的选择。

[关键词]110kV，电网，继电保护，一次自动重合闸

[中图分类号]F407.61 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0377-01

1 引言

继电保护装置一般可视为由测量元件部分、逻辑环节部分和执行输出部分等几个主要部分组成。对作用于跳闸的继电保护装置，在技术上有四个基本要求：选择性、速动性、灵敏性和可靠性。以上四个基本要求是分析研究继电保护性能的基础。在它们之间，既有矛盾的一面，又有在一定条件下统一的一面。为适应我国电力工业的迅速发展，各大电力系统的容量和电网区域的不断扩大，相继出现超高压电网和大容量机组，电网结构的日趋复杂，电力系统稳定问题的日益突出，对电力系统继电保护提出了更高的要求。

2 电网继电保护的主要规则

关于电网继电保护的选择，一般要考虑的主要规则为：（1）电力设备和线路必须有主保护和后备保护，必要时增加辅助保护，其中主保护主要考虑系统稳定和设备安全；后备保护主要是考虑主保护和断路器拒动时用于故障切除；辅助保护是补充前二者的不足或在主保护退出时起保护作用；（2）线路保护之间或线路保护与设备保护之间应在灵敏度、选择性和动作时间上相互配合，以保证系统安全运行；（3）对线路和设备所有可能的故障或异常运行方式均应设置相应的保护装置，以切除这些故障和给出异常运行的信号；（4）对于不同电压等级的线路和设备，应根据系统运行要求和相关规程要求，配置不同的保护装置，一般电压等级越高，保护的性能应越高越完善，如采用“双重化”保护装置等。

3 110kV电网继电保护措施

110RV电网继电保护的设计要点主要包括以下几点：

3.1 在电网变压器中性点接地的数目和位置不变的条件下，当系统运行方式变化时，零序电流变化较小，因此，零序电流速断保护的保护范围长而稳定。而相间短路电流速断保护，受系统运行方式变化的影响较大。

3.2 采用了零序电流保护后，相间短路的电流保护就可以采用两相星形接线方式，并可和零序电流保护合用一组电流互感器，又能满足技术要求，而且接线也简单。应该指出，在110KV电压系统中，单相接地短路故障约占所有故障的80%以上，所以，采用专门的零序电流保护就有其更重要的意义。因而，在大接地电流系统中，零序电流保护获得广泛的应用。但是，零序电流保护也存在一些缺点，主要表现在以下两方面：

（1）于短线路或运行方式变化很大的电网，零序电流保护往往难于满足系统运行所提出的要求，如保护范围不够稳定或由于运行方式的改变需要新整定零序电流保护。

（2）220kV及以上电压的电力系统，由于单相重合闸的应用，影响了零序电流保护的正确工作，这时必须增大保护的起动值，或采取措施使保护退出工作，待全相运行后再投入。

4 自动重合闸设计

4.1 采用自动重合闸的目的

在电力系统中，输电线路（特别是架空线路）最容易发生故障。故障分为两类，一类是暂时性故障一类是永久性故障。如果把断开的线路断路器重新合上，仍能使输电线路继续供电，这类故障为暂时性故障。此外，也还有永久性故障，例如，倒塔杆、断线、绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在故障线路被断开以后，故障点的绝缘强度不能恢复，即故障仍然存在，这时即使再合上断路器，输电线路还要再次断开，因而不能立即恢复正常供电。在线路上装设自动重合闸装置以后，由于它不能判别是暂时性故障还是永久性故障，因此，重合闸后就有可能成功（即恢复供电），也可能不成功。根据运行资料统计，重合闸的成功率（重合闸的成功数与总动作数之比）在60%～90%之间，可见其成功率是相当高的。

采用自动重合闸的技术经济效果主要有：（1）可以提高输电线路供电的可靠性，减少线路的停电机会，特别是对于单回线单侧电源尤为显著。（2）可以提高电力系统并列运行的稳定性。（3）在电网的设计和建设过程中，由于考虑了自动重合闸的作用，可以暂缓架设或不架设双回线路，节约投资。（4）对由于断路器本身机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，能起纠正作用。

4.2 自动重合闸应满足的基本要求

（1）在下列情况下，自动重合闸装置不应动作。

1）由变电站值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时。2）手动投入断路器，由于线路上存在故障，随即由保护动作将其断开，因为在这种情况下，故障大多都是属于永久性的。它可能是由于检修质量不合格、隐患未能消除或者是保安地线没有拆除等原因造成的。因此，即使再重合一次也不可能成功。3）在某些不允许重合的情况下例如，断路器处于不正常状态（如气压、液压降低等）以及变压器内部故障，差动或瓦斯保护动作使断路器跳闸时，均应使闭锁装置不进行重合闸。

（2）除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因而跳闸后，重合闸都应该动作，使断路器重新合闸。在某些情况下（如使用单相重合闸时），也允许只在保护动作于跳闸后进行重合闸。

（3）自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定。如一次重合闸就只应该动作一次。当重合于永久性故障而再次跳间后，就不应该再动作。装置本身也不允许出现元件损坏或异常时，使断路器多次重合的现象，以免损坏断路器设备和扩大事故范围。

（4）自动重合闸在动作以后，应能够自动复归。自动重合闸的类型自动重合闸的采用是系统运行的实际需要。随着电力系统的发展，自动重合闸的类型一般有以下三类：三相重合闸，单相重合闸，综合重合闸。本设计采用三相一次重合闸，所谓三相重合闸是指不论在输、配线上发生单相短路还是相间短路时，继电保护装置均将三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸同时合三相断路器的方式。若故障为暂时性故障，则重合闸成功；否则保护再次动作，跳三相断路器。三相重合闸结构相对比较简单，保护出口可直接动作控制断路器，保护之间互为后备的保护性能良好。

4.3 自动重合闸与继电保护的配合

重合闸和继电保护之间的密切良好的配合可以较迅速切除多数情况下的故障，提高供电的可靠性和安全性，对系统的安全稳定产生极其重要的作用。目前，在电力系统中，自动重合闸与继电保护配合的方式有两种，即自动重合闸前加速保护动作和自动重合闸后加速保护动作。重合闸的前加速是当线路上发生故障时，靠近电源侧的保护先无选择性的瞬时动作于跳闸，而后再借助自动重合闸来纠正这种非选择性动作；重合闸后加速保护是当线路故障时，先按正常的继电保护动作时限有选择性的动作于断路器跳闸，然后装置动作将断路器重合，同时将过电流保护的时限解除，实现后加速的方法是在被保护的各条线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置。一般的，“前加速”方式只适用于35kV及以下的网络；“后加速”方式适用于35kV以上的高压网络中。

4.4 自动重合闸的选择及整定计算

4.5 自动重合闸的配置办法

（1）1kV及以上架空线路及电缆与架空混合线路，在具有断路器的条件下，当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置；（2）旁路断路器和兼作旁路的母联断路器或分段断路器，应装设自动重合闸装置；（3）低压侧不带电源的降压变压器，可装设自动重合闸装置；（4）必要时，母线故障也可采用自动重合闸装置。