1、任务任务2 提高输电线路运行的可提高输电线路运行的可靠性靠性【任务导读任务导读】输电线路是电力系统中输送电能最主要的环节，而且输电线路也是电力系统中运行环境最恶劣的电力设备，因此输电线路运行的可靠性直接影响整个电力系统的安全运行水平，直接决定系统供电的可靠性，所以提高输电线路的运行可靠性意义重大。任务2主要通过在输电线路上采用自动重合闸装置的方法来提高输电线路运行的可靠性。2.1 任务的导入任务的导入：认识自动重合闸装置装置 自动重合闸装置的核心任务是自动重合闸装置的核心任务是迅速恢复由于非永久性故障而造成迅速恢复由于非永久性故障而造成的线路跳闸现象，以提高线路供电的线路跳闸现象，以提高线路供
2、电的可靠性，进而提高整个电力系统的可靠性，进而提高整个电力系统的运行稳定性。的运行稳定性。2.1.1自动重合闸装置的概念、自动重合闸装置的概念、应用背景及主要功能应用背景及主要功能.自动重合闸装置的概念 当输电线路因为故障而引起断路器跳闸后，能够自动迅速地将线路断路器重新强行合闸的装置称为自动重合闸装置（简称为ARC装置）。.自动重合闸装置的应用背景输电线路上的故障按性质可分为瞬时性故和永久性故障，电力系统实际运行经验表明，在电力系统的故障中输电线路的故障占了绝大部分，据统计架空输电线路上有90%的故障是瞬时性的故障根据多年来运行资料的统计，重合闸的成功率还是相当高的，据统计重合闸的成功率在8
3、0%以上。因此，在电力系统中广泛采用自动重合闸装置，当断路器跳闸之后，它能自动地将断路器重新合闸，提高了整个电力系统的运行可靠性。.自动重合闸装置的主要功能（1）对于瞬时性故障可迅速恢复正常运行，提高了供电可靠性，减少了停电损失。（2）对由于继电保护误动、工作人员误碰断路器的操作机构、断路器操作机构失灵等原因导致的断路器误跳闸可用自动重合闸补救。（3）提高了系统并列运行的稳定性。重合闸成功以后系统恢复成原先的网络结构，有利于系统恢复稳定运行。因此，可以说在保证稳定运行的前提下，采用了重合闸后允许提高输电线路的输送容量。特别提示特别提示 对发电机、变压器来说，因为它都有金属护壳，不会受动物等外界
4、因素侵害，如果也采用自动重合闸装置，绝大多数情况将重合在永久性故障上，因此不但使系统又受到一次冲击，而且发电机、变压器内部将会再一次受到电弧灼伤和电动力的损伤，所以在发电机和变压器上不装自动重合闸装置。2.1.2自动重合闸装置的各种类型自动重合闸装置的各种类型 1.按自动重合闸装置的结构原理分类 自动重合闸装置按结构原理分类可分为机械式和电气式两种，其中电气式自动重合闸装置按控制原理又可分为模拟式自动重合闸装置和数字式自动重合闸装置。机械式自动重合闸装置目前已经基本淘汰，因此简单的分类可以将自动重合闸装置就分为模拟式自动重合闸装置和数字式自动重合闸装置。2.按自动重合闸装置应用的线路结构分类.
5、按自动重合闸装置应用的线路结构分类，可将自动重合闸装置分为单侧电单侧电源供电线路的重合闸和双侧电源供电线源供电线路的重合闸和双侧电源供电线路的重合闸。路的重合闸。对于双侧电源供电线路的重合闸又可分为：检查同期重合闸、检查无电压检查同期重合闸、检查无电压重合闸、自同期重合闸、非同期重合闸、重合闸、自同期重合闸、非同期重合闸、快速重合闸等。快速重合闸等。3.按自动重合闸装置的功能分类自动重合闸装置按其功能的不同可分为三相自动重合闸、单相自动重合闸和综合自动重合闸。在我国110kV及其以下系统普遍采用三相自动重合闸装置，220kV及以上系统普遍采用综合重合闸装置(包括单相自动重合闸)。4.按自动重合
6、闸装置的动作次数分类 输电线路的重合闸根据重合闸的次数又可分为一次重合闸和二次重合闸。二次重合闸是当重合闸一次以后如果保护又将断路器跳开，自动重合闸可再发第二次合闸命令。考虑到对于真正的永久性短路，这样做的后果是系统将在短时间内连续受到三次短路的冲击，对系统稳定很不利，断路器也需要在短时间内连续切除三次短路电流，所以二次重合闸使用得很少。各种自动重合闸装置分类图图2.1自动重合闸装置分类图2.2 任务的分析：任务的分析：选择合适的自动自动重合闸装置重合闸装置 为了更好地完成任务，首先我们要为了更好地完成任务，首先我们要明确自动重合闸装置的基本要求，然后明确自动重合闸装置的基本要求，然后对自动重
7、合闸装置进行详细的技术分析，对自动重合闸装置进行详细的技术分析，根据技术分析选择合适的自动重合闸装根据技术分析选择合适的自动重合闸装置，同时结合核心能力培养重点分析三置，同时结合核心能力培养重点分析三相一次自动重合闸装置的典型接线及原相一次自动重合闸装置的典型接线及原理，全面阐述模拟式自动重合闸装置的理，全面阐述模拟式自动重合闸装置的结构及功能特点等，为应用数字式自动结构及功能特点等，为应用数字式自动重合闸装置解决问题做好充分的准备。重合闸装置解决问题做好充分的准备。2.2.1对自动重合闸装置的基本要对自动重合闸装置的基本要求求 1.自动重合闸装置动作应迅速，在满足故障点去游离(即介质强度恢复
8、)所需的时间以及断路器的传动机构准备好再次动作所必须时间的条件下，自动重合闸动作时间应尽可能短。2.在下列情况下，自动重合闸装置不应动作：(1)由运行人员手动操作或遥控操作使断路器跳闸时，此时属于设备检修或停运的人为操作，故不能进行重合闸；(2)如果手动投入断路器时，由于线路上已有故障存在而断路器随即被继电保护操作断开时，表明在合闸前就存在有预伏性故障，这可能是由于检修质量不合格，隐患未消除或安全地线未拆除等原因所致，故再次重合成功率将很低。3.自动重合闸装置的动作次数必须预自动重合闸装置的动作次数必须预先规定，不能无限制地进行多次重先规定，不能无限制地进行多次重合。合。一次式重合闸就应该只动
9、作一次一次式重合闸就应该只动作一次,当重合于永久性故障时，断路器再次当重合于永久性故障时，断路器再次断开后就不应再重合；而二次式重合断开后就不应再重合；而二次式重合闸就应能动作两次，当第二次合闸仍闸就应能动作两次，当第二次合闸仍未成功时，就不应再重合。未成功时，就不应再重合。大多数情况下自动重合闸都采用一大多数情况下自动重合闸都采用一次式重合闸，只有少数情况下才采用二次式重合闸，只有少数情况下才采用二次式重合闸。次式重合闸。4.自动重合闸装置动作后，应能自动复归，并为再次动作作好准备，以减少操作和提高其可靠性。5.自动重合闸装置应该有在重合闸以前或重合闸以后加速保护动作的回路，以便更好地和保护
10、装置相配合，加速故障的切除。6.当在两侧电源的线路上采用重合闸时，应考虑合闸的同步问题。7.当断路器处于不正常状态(如操作机构压力异常等)而不允许实现重合闸时，应将重合闸装置可靠闭锁。2.2.2自动重合闸装置工作中的技自动重合闸装置工作中的技术分析术分析 1.自动重合闸的启动方式 按照系统对自动重合闸装置的的基本要求，自动重合闸主要有以下两种启动方式：(1)位置不对应启动方式跳闸位置继电器动作了，证明断路器现处于断开状态，但同时断路器控制开关在合闸后状态，通过这两个位置不对应而起动自动重合闸的方式称作位置不对应起动方式。(2)继电保护启动方式绝大多数的情况都是先由继电保护动作发出跳闸命令后才需
11、要自动重合闸发合闸命令的，因此自动重合闸可由继电保护来起动。2、自动重合闸动作时间整定、自动重合闸动作时间整定中应考虑的问题中应考虑的问题 (1)单侧电源线路上三相重合闸时间的考虑(2)双侧电源线路上重合闸时间的考虑 图2.2 潜供电流示意图2.2.3 选择合适的自动重合闸装置选择合适的自动重合闸装置1.模拟式自动重合闸装置的典型接线及模拟式自动重合闸装置的典型接线及原理分析原理分析(1).单侧电源线路自动重合闸典型接线及单侧电源线路自动重合闸典型接线及原理分析原理分析下面我们一起用“三步法”来读图，进而分析单侧电源线路自动重合闸接线的工作原理。图2.3 DCH型电气式三相一次自动重合闸装置的
12、原理接线表2-2-1 SA触点通断状况表(2).双侧电源线路自动重合闸典型双侧电源线路自动重合闸典型接线及原理分析接线及原理分析两端均有电源的线路采用自动重合闸时，应保证在线路两侧断路器均已跳闸，故障点电弧熄灭和绝缘强度色恢复的条件下进行。同时，应考虑断路器在进行重合闸的线路两侧电源是否同期，以及是否允许非同期合闸。双侧电源线路的自动重合闸总体上可归纳为两类：一类是检定同期重合闸，如一侧检定线路无电压，另一侧检定同期的重合闸等；另一类是不检定同期的重合闸，如非同期重合闸、快速重合闸、解列重合闸及自同期重合闸等。1)检定同期重合闸方式。图2.4 无电压检定和同步检定的三相自动重合闸示意图第一步：
13、搞清楚三相自动重合闸第一步：搞清楚三相自动重合闸装置的总体结构装置的总体结构线路MN两侧各装一套带同步检定继电器KSY和低电压继电器KV的ARC装置。无压侧（M侧）的无压、同步连接片投入，同步侧（N侧）仅投入同步连接片。除在两侧均装有ARC装置外，在线路两侧均装有检定线路无电压继电器KV及检定同期继电器KSY(两者并联工作)。正常运行时，两侧KSY均投入，而KV仅一侧投入，另一侧KV可通过连接片XB断开。这样，利用XB定期切换其工作方式，可以使两侧断路器的工作条件接近，同时也可以选择其中对系统稳定性危害较少的一侧(或大型汽轮发电机高压配出线路的系统侧)先合以减少重合不成功时对系统的冲击和防止重
14、合不成功时对机组的损伤。第二步第二步:搞清楚输电线路正常情况下三相搞清楚输电线路正常情况下三相自动重合闸装置的工作状态自动重合闸装置的工作状态线路正常运行时。两侧的断路器处于合闸位置，两侧断路器的常开辅助触点QF2闭合、常闭辅助触点QF1断开，跳闸位置继电器KTP失电，其常开触点KTP1断开。控制开关SA处于合后位置，其触点SA9-12接通，触点SA9-10断开，重合闸装置投入，指示灯HL亮，电容C经R4充电，两侧的ARC装置均为动作做好准备（可参照图2.3）。第三步第三步:搞清楚输电线路各种故障情搞清楚输电线路各种故障情况下三相自动重合闸装置的动作过况下三相自动重合闸装置的动作过程程线路发生
15、瞬时性故障或由于其他原因使断路器“偷跳”的情况。保护动作将两侧断路器跳闸，线路无电压，两侧的检定同步继电器KSY不工作，常闭触点打开。M侧低电压继电器KV检定线路无电压而动作，触点闭合，经连接片起动ARC装置，经预定时间，M侧QF合闸。M侧QF合后，N侧线路有电压，N侧KSY开始工作，待两侧电压满足同步条件时，KSY常闭触点闭合时间足够长（等于或大于图2-3中KT1的延时），启动ARC装置，使N侧断路器QF合闸，线路恢复正常供电。线路发生永久性故障时M侧重合，由无压侧后加速保护装置动作跳闸。在这过程中，同步侧断路器始终不能重合。图2.5 无电压检定和同步检定的重合闸启动回路2)非同期重合闸方式
16、只有当符合下列条件且认为有必要时，才可采用非同期重合闸。非同期重合闸时，流过发电机、同期调相机或电力变压器的冲击电流，未超过规定的允许值。在非同期重合闸所产生的振荡过程中，对重要负荷的影响较小。重合后电力系统可以很快恢复同期运行。快速自动重合闸方式只有当依靠成功的重合闸来保持系统稳定运行的前提下，才应当采用快速自动重合闸方式。它要求线路两侧装有保护整条线路的快速保护(如高频保护)，以保证从短路开始到重新合上的整个间隔在0506s之间。2.模拟式自动重合闸装置的功能特点根据前面的分析，模拟式自动重合闸装置主要通过各种继电接触和阻容元件来实现各种控制功能，因此在使用中模拟式自动重合闸装置往往要受到
17、元件本身性能的影响，严重限制了自动重合闸装置性能的提高。【知识储备】(1)自动重合闸前加速图2.6 单侧电源辐射网络自动重合闸前加速保护动作原理说明图图2.7 重合闸前加速保护动作的触点回路(2)自动重合闸后加速自动重合闸后加速又简称“后加速”。所谓后加速就是当线路发生故障时，保护有选择性地动作而切除故障，然后进行重合闸。如果重合于永久性故障，则在断路器合闸后加速保护动作，瞬时切除故障，与第一次动作是否带有时限无关。“后加速”的工作特点就是“前慢后快”。图2.8 重合闸后加速保护动作的原理说明图图2.9 重合闸后加速保护动作的接点回路2.3 任务的解决方案任务的解决方案通过前面对任务2的详细分
18、析，我们发现模拟式ARC装置尽管技术成熟，但存在定时精度不高、继电逻辑复杂、可靠性不高等缺点,所以我们引入数字式自动重合闸装置来解决这些。通过引入数字式自动重合闸装置的典型方案RCS-9612数字式线路保护测控装置，来详细解析RCS-9612数字式线路保护测控装置的基本配置和工作原理，进而掌握数字式自动重合闸装置的基本原理。2.1保护测控装置的基本配置及规格基本配置 RCS-9612是一种适用于110KV以下电压等级的非直接接地系统或小电阻接地系统中的方向线路保护测控装置（以下简称测控装置），可在开关柜就地安装。测控装置保护方面的主要功能有：（1）三相一次重合闸（检无压、同期、不检）；（2）一
19、段定值可分别独立整定的重合闸加速保护（可选前加速或后加速）；（3）低电压闭锁的三段式定时限方向过流保护、零序过流保护等。测控装置测控方面的主要功能有：（1）9路遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信；（2）正常断路器遥控分合、小电流接地探测遥控分合；（3）P、Q、IA、IC、UA、UB、UC、UAB、UBC、UCA、UO、F、COS13个模拟量的遥测；（4）开关事故分合次数统计及事件SOE等；（5）4路脉冲输入。测控装置主要技术数据（1）额定数据直流电源：220V,110V 允许偏差+15%，-20%交流电压：100/V，100V交流电流：5A，1A频率：50HZ(2)功耗：交流电压：0.5VA
20、/相交流电流：1VA/相 （In=5A）0.5VA/相（In=1A）直流回路：正常15W 跳闸25W（3）主要技术指标1定时限过流电流定值：0.1In20In时间定值：0100S定值误差：5%2重合闸重合闸时间：0.19.9S定值误差：5%3低周减载低周定值：45Hz50Hz低压闭锁：10V90Vdf/dt闭锁：0.3Hz/s10Hz/s定值误差：5%其中频率误差：0.01Hz4遥测量计量等级：电流 0.2级 其它 0.5级5遥信分辨率：2ms信号输入方式：无源接点2.3.2 测控装置的工作原理.测控装置的硬件工作原理2.测控装置的软件工作原理1）定时限过流测控装置设三段定时限过流保护，每段均
21、可通过控制字选择经方向或经低电压闭锁，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置速定控制字控制这三段保护的投退。方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相启动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。2）PT断线检查测控装置具有PT断线检查功能，可通过控制字投退。装置检测母线电压异常时报PT断线，待电压恢复正常后保护也自动恢复正常。如果重合闸选择检同期或检无压方式，则线路电压异常时发出告警信号，并闭锁自动重合闸，待线路电压恢复正常时保护也自动恢复正常。3）重合闸测控装置中重合闸起动方式有两种：不对应起动和保护起动，当重合闸不投时可选择整定控制字退出，通过整定控制字选择
22、是检同期，检无压，还是不检。检同期和检无压用的线路电压可以是额100V或57.7V，可通过整定控制字选择。）装置闭锁和运行异常告警当装置检测到本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号（BSJ继电器返回），同时闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM出错、EPROM出错、定值出错、电源故障。当装置检测到下列状况时，发出运行异常信号（BJJ继电器动作）；（1）线路电压报警；（2）PT断线；（3）频率异常；（4）CT断线；（5）TWJ异常；（6）控制回路断线；（7）弹簧未储能；（8）零序电流报警；（9）接线报警。)遥信、遥测、遥控功能遥控功能主要有三种；正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作，接地选线遥控跳闸操作
23、。遥测量主要有：I、U、COS、F、P、Q和有功电度、无功电度及脉冲电度。所有这此量都在当地实时计算和实时累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5级。2.4 任务解决方案的评估任务解决方案的评估通过前面对数字式自动重合闸装置典型方案的详细分析，我们都深感采用数字式自动重合闸装置解决方案，能够高效精确地实现自动重合闸，能够有效提高输电线路运行的可靠性。由于自动重合闸类型较多，本单元将进一步归纳总体的选用原则，进一步评估各种自动重合闸装置的主要特点，为今后应用具体的自动重合闸装置做好准备。2.4.1重合闸方式的总体选用原则重合闸方式的总体
24、选用原则1.重合闸方式必须根据具体的系统结构及运行条件，经过分析后选定。2.凡是选用简单的三相重合闸方式能满足具体系统实际需要的线路，都应当选用三相重合闸方式。特别对于那些处于集中供电地区的密集环网中，线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路，更宜采用整定时间适当的三相重合闸。对于这样的环网线路，快速切除故障是第一位重要的问题。3.当发生单相接地故障时，如果使用三相重合闸不能保证系统稳定，或者地区系统会出现大面积停电，或者影响重要负荷停电的线路上，应当选用单相或综合重合闸方式。4.在大机组出口一般不使用三相重合闸。2.4.2 各种自动重合闸装置的特点各种自动重合闸装置的特点解析解析单相重合闸与
25、三相重合闸的优缺点，经比较这两种重合闸的优缺点如下：1.使用单相重合闸时会出现非全相运行，除纵联保护需要考虑一些特殊问题外，对零序电流保护的整定和配合产生了很大影响，也使中、短线路的零序电流保护不能充分发挥作用。2.使用三相重合闸时，各种保护的出口回路可以直接动作于断路器。使用单相重合闸时，除了本身有选相能力的保护外，所有纵联保护、相间距离保护、零序电流保护等，都必须经单相重合闸的选相元件控制，才能动作于断路器。3.当线路发生单相接地，进行三相重合闸时，会比单相重合闸产生较大的操作过电压。4.采用三相重合闸时最不利的情况是有可能重合于三相短路故障。有的线路经稳定计算认为必须避免这种情况时。可以
26、考虑在三相重合闸巾增设简单的相问故障判别元件，使它在单相故障时实现重合，在相间故障时不重合。任务小结任务小结 任务2主要介绍了利用自动重合闸装置来提高输电线路运行的可靠性，进而提高整个电力系统的安全运行水平，我们可以从以下五个方面来把握任务2的要点：（1）首先要明确自动重合闸装置的核心任务是迅速恢复由于非永久性故障而造成的线路跳闸现象，以提高线路供电的可靠性，进而提高整个电力系统的运行稳定性，进而掌握自动重合闸装置的概念、主要功能及类型。（2）对于自动重合闸装置的基本要求应重点领会，因为每项基本要求最终都会体现到具体的自动重合闸装置中。然后根据基本要求我们对自动重合闸装置进行了详细的技术分析，
27、以便我们选择合适的自动重合闸装置。（3）在介绍专业知识的同时我们结合三相一次自动重合闸装置工作原理的分析来提升课程核心能力读图能力，提高读图能力需要我们在课程学习中反复应用和训练。（4）在电力系统中，自动重合闸与继电保护的关系极为密切，具体的表现就是当前在电力系统实际应用中，自动重合闸装置（包括前后加速）已经与各种继电保护单元“融合”在一起，形成了数字式线路保护测控装置，这点请读者在应用中充分关注！任务2中我们引入数字式自动重合闸装置的典型方案RCS-9612数字式线路保护测控装置，详细解析了RCS-9612数字式线路保护测控装置的基本配置和工作原理。（5）由于自动重合闸类型较多，在任务解决方
28、案的评估中我们进一步归纳总结了自动重合闸装置的选用原则，进一步评估各种自动重合闸装置的主要特点，为今后应用具体的自动重合闸装置做好准备。习题二习题二2-1.说明自动重合闸装置的主要功能和类型。2-2.对自动重合闸装置有哪些基本要求？2-3.利用“三步法”分析三相一次自动重合闸线路（图2-2-2所示）的工作原理。2-4.模拟式自动重合闸装置如何实现一次重合闸？数字式自动重合闸装置如何实现一次重合闸？2-5装有重合闸的线路、变压器，当它们的断路器跳闸后，在哪些情况下不允许或不能重合闸?2-6在重合闸装置中有哪些闭锁重合闸的措施?2-7.为什么检定同期和检定无压重合闸装置中两侧都要装检定同期和检定无压继电器？2-8.请分别说明重合闸前加速和后加速的特点和应用范围。
