繼電保護(hù)及自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)

吳曦

[摘要]110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)，相間距離保護(hù)和零序電流保護(hù)的整定計(jì)算選出了最優(yōu)方案；自動(dòng)重合閘的選擇。

[關(guān)鍵詞]110kV，電網(wǎng)，繼電保護(hù)，一次自動(dòng)重合閘

[中圖分類號(hào)]F407.61 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0377-01

1 引言

繼電保護(hù)裝置一般可視為由測(cè)量元件部分、邏輯環(huán)節(jié)部分和執(zhí)行輸出部分等幾個(gè)主要部分組成。對(duì)作用于跳閘的繼電保護(hù)裝置，在技術(shù)上有四個(gè)基本要求：選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性。以上四個(gè)基本要求是分析研究繼電保護(hù)性能的基礎(chǔ)。在它們之間，既有矛盾的一面，又有在一定條件下統(tǒng)一的一面。為適應(yīng)我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，各大電力系統(tǒng)的容量和電網(wǎng)區(qū)域的不斷擴(kuò)大，相繼出現(xiàn)超高壓電網(wǎng)和大容量機(jī)組，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，電力系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題的日益突出，對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)提出了更高的要求。

2 電網(wǎng)繼電保護(hù)的主要規(guī)則

關(guān)于電網(wǎng)繼電保護(hù)的選擇，一般要考慮的主要規(guī)則為：（1）電力設(shè)備和線路必須有主保護(hù)和后備保護(hù)，必要時(shí)增加輔助保護(hù)，其中主保護(hù)主要考慮系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全；后備保護(hù)主要是考慮主保護(hù)和斷路器拒動(dòng)時(shí)用于故障切除；輔助保護(hù)是補(bǔ)充前二者的不足或在主保護(hù)退出時(shí)起保護(hù)作用；（2）線路保護(hù)之間或線路保護(hù)與設(shè)備保護(hù)之間應(yīng)在靈敏度、選擇性和動(dòng)作時(shí)間上相互配合，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行；（3）對(duì)線路和設(shè)備所有可能的故障或異常運(yùn)行方式均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，以切除這些故障和給出異常運(yùn)行的信號(hào)；（4）對(duì)于不同電壓等級(jí)的線路和設(shè)備，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求和相關(guān)規(guī)程要求，配置不同的保護(hù)裝置，一般電壓等級(jí)越高，保護(hù)的性能應(yīng)越高越完善，如采用“雙重化”保護(hù)裝置等。

3 110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)措施

110RV電網(wǎng)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：

3.1 在電網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)目和位置不變的條件下，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，零序電流變化較小，因此，零序電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍長(zhǎng)而穩(wěn)定。而相間短路電流速斷保護(hù)，受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。

3.2 采用了零序電流保護(hù)后，相間短路的電流保護(hù)就可以采用兩相星形接線方式，并可和零序電流保護(hù)合用一組電流互感器，又能滿足技術(shù)要求，而且接線也簡(jiǎn)單。應(yīng)該指出，在110KV電壓系統(tǒng)中，單相接地短路故障約占所有故障的80%以上，所以，采用專門的零序電流保護(hù)就有其更重要的意義。因而，在大接地電流系統(tǒng)中，零序電流保護(hù)獲得廣泛的應(yīng)用。但是，零序電流保護(hù)也存在一些缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

（1）于短線路或運(yùn)行方式變化很大的電網(wǎng)，零序電流保護(hù)往往難于滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求，如保護(hù)范圍不夠穩(wěn)定或由于運(yùn)行方式的改變需要新整定零序電流保護(hù)。

（2）220kV及以上電壓的電力系統(tǒng)，由于單相重合閘的應(yīng)用，影響了零序電流保護(hù)的正確工作，這時(shí)必須增大保護(hù)的起動(dòng)值，或采取措施使保護(hù)退出工作，待全相運(yùn)行后再投入。

4 自動(dòng)重合閘設(shè)計(jì)

4.1 采用自動(dòng)重合閘的目的

在電力系統(tǒng)中，輸電線路（特別是架空線路）最容易發(fā)生故障。故障分為兩類，一類是暫時(shí)性故障一類是永久性故障。如果把斷開(kāi)的線路斷路器重新合上，仍能使輸電線路繼續(xù)供電，這類故障為暫時(shí)性故障。此外，也還有永久性故障，例如，倒塔桿、斷線、絕緣子擊穿或損壞等引起的故障，在故障線路被斷開(kāi)以后，故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度不能恢復(fù)，即故障仍然存在，這時(shí)即使再合上斷路器，輸電線路還要再次斷開(kāi)，因而不能立即恢復(fù)正常供電。在線路上裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置以后，由于它不能判別是暫時(shí)性故障還是永久性故障，因此，重合閘后就有可能成功（即恢復(fù)供電），也可能不成功。根據(jù)運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)，重合閘的成功率（重合閘的成功數(shù)與總動(dòng)作數(shù)之比）在60%～90%之間，可見(jiàn)其成功率是相當(dāng)高的。

采用自動(dòng)重合閘的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果主要有：（1）可以提高輸電線路供電的可靠性，減少線路的停電機(jī)會(huì)，特別是對(duì)于單回線單側(cè)電源尤為顯著。（2）可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。（3）在電網(wǎng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中，由于考慮了自動(dòng)重合閘的作用，可以暫緩架設(shè)或不架設(shè)雙回線路，節(jié)約投資。（4）對(duì)由于斷路器本身機(jī)構(gòu)不良或繼電保護(hù)誤動(dòng)作而引起的誤跳閘，能起糾正作用。

4.2 自動(dòng)重合閘應(yīng)滿足的基本要求

（1）在下列情況下，自動(dòng)重合閘裝置不應(yīng)動(dòng)作。

1）由變電站值班人員手動(dòng)操作或通過(guò)遙控裝置將斷路器斷開(kāi)時(shí)。2）手動(dòng)投入斷路器，由于線路上存在故障，隨即由保護(hù)動(dòng)作將其斷開(kāi)，因?yàn)樵谶@種情況下，故障大多都是屬于永久性的。它可能是由于檢修質(zhì)量不合格、隱患未能消除或者是保安地線沒(méi)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）在某些不允許重合的情況下例如，斷路器處于不正常狀態(tài)（如氣壓、液壓降低等）以及變壓器內(nèi)部故障，差動(dòng)或瓦斯保護(hù)動(dòng)作使斷路器跳閘時(shí)，均應(yīng)使閉鎖裝置不進(jìn)行重合閘。

（2）除上述條件外，當(dāng)斷路器由繼電保護(hù)動(dòng)作或其他原因而跳閘后，重合閘都應(yīng)該動(dòng)作，使斷路器重新合閘。在某些情況下（如使用單相重合閘時(shí)），也允許只在保護(hù)動(dòng)作于跳閘后進(jìn)行重合閘。

（3）自動(dòng)重合閘裝置的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定。如一次重合閘就只應(yīng)該動(dòng)作一次。當(dāng)重合于永久性故障而再次跳間后，就不應(yīng)該再動(dòng)作。裝置本身也不允許出現(xiàn)元件損壞或異常時(shí)，使斷路器多次重合的現(xiàn)象，以免損壞斷路器設(shè)備和擴(kuò)大事故范圍。

（4）自動(dòng)重合閘在動(dòng)作以后，應(yīng)能夠自動(dòng)復(fù)歸。自動(dòng)重合閘的類型自動(dòng)重合閘的采用是系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際需要。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，自動(dòng)重合閘的類型一般有以下三類：三相重合閘，單相重合閘，綜合重合閘。本設(shè)計(jì)采用三相一次重合閘，所謂三相重合閘是指不論在輸、配線上發(fā)生單相短路還是相間短路時(shí)，繼電保護(hù)裝置均將三相斷路器同時(shí)跳開(kāi)，然后啟動(dòng)自動(dòng)重合閘同時(shí)合三相斷路器的方式。若故障為暫時(shí)性故障，則重合閘成功；否則保護(hù)再次動(dòng)作，跳三相斷路器。三相重合閘結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，保護(hù)出口可直接動(dòng)作控制斷路器，保護(hù)之間互為后備的保護(hù)性能良好。

4.3 自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)的配合

重合閘和繼電保護(hù)之間的密切良好的配合可以較迅速切除多數(shù)情況下的故障，提高供電的可靠性和安全性，對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定產(chǎn)生極其重要的作用。目前，在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)配合的方式有兩種，即自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)動(dòng)作和自動(dòng)重合閘后加速保護(hù)動(dòng)作。重合閘的前加速是當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，靠近電源側(cè)的保護(hù)先無(wú)選擇性的瞬時(shí)動(dòng)作于跳閘，而后再借助自動(dòng)重合閘來(lái)糾正這種非選擇性動(dòng)作；重合閘后加速保護(hù)是當(dāng)線路故障時(shí)，先按正常的繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限有選擇性的動(dòng)作于斷路器跳閘，然后裝置動(dòng)作將斷路器重合，同時(shí)將過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限解除，實(shí)現(xiàn)后加速的方法是在被保護(hù)的各條線路上都裝設(shè)有選擇性的保護(hù)和自動(dòng)重合閘裝置。一般的，“前加速”方式只適用于35kV及以下的網(wǎng)絡(luò)；“后加速”方式適用于35kV以上的高壓網(wǎng)絡(luò)中。

4.4 自動(dòng)重合閘的選擇及整定計(jì)算

4.5 自動(dòng)重合閘的配置辦法

（1）1kV及以上架空線路及電纜與架空混合線路，在具有斷路器的條件下，當(dāng)用電設(shè)備允許且無(wú)備用電源自動(dòng)投入時(shí)，應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置；（2）旁路斷路器和兼作旁路的母聯(lián)斷路器或分段斷路器，應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置；（3）低壓側(cè)不帶電源的降壓變壓器，可裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置；（4）必要時(shí)，母線故障也可采用自動(dòng)重合閘裝置。