繼電保護及自動重合閘設計

吳曦

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

[關鍵詞]110kV，電網，繼電保護，一次自動重合閘

[中圖分類號]F407.61 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0377-01

1 引言

繼電保護裝置一般可視為由測量元件部分、邏輯環(huán)節(jié)部分和執(zhí)行輸出部分等幾個主要部分組成。對作用于跳閘的繼電保護裝置，在技術上有四個基本要求：選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。以上四個基本要求是分析研究繼電保護性能的基礎。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。為適應我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，各大電力系統(tǒng)的容量和電網區(qū)域的不斷擴大，相繼出現(xiàn)超高壓電網和大容量機組，電網結構的日趨復雜，電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的日益突出，對電力系統(tǒng)繼電保護提出了更高的要求。

2 電網繼電保護的主要規(guī)則

關于電網繼電保護的選擇，一般要考慮的主要規(guī)則為：（1）電力設備和線路必須有主保護和后備保護，必要時增加輔助保護，其中主保護主要考慮系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全；后備保護主要是考慮主保護和斷路器拒動時用于故障切除；輔助保護是補充前二者的不足或在主保護退出時起保護作用；（2）線路保護之間或線路保護與設備保護之間應在靈敏度、選擇性和動作時間上相互配合，以保證系統(tǒng)安全運行；（3）對線路和設備所有可能的故障或異常運行方式均應設置相應的保護裝置，以切除這些故障和給出異常運行的信號；（4）對于不同電壓等級的線路和設備，應根據(jù)系統(tǒng)運行要求和相關規(guī)程要求，配置不同的保護裝置，一般電壓等級越高，保護的性能應越高越完善，如采用“雙重化”保護裝置等。

3 110kV電網繼電保護措施

110RV電網繼電保護的設計要點主要包括以下幾點：

3.1 在電網變壓器中性點接地的數(shù)目和位置不變的條件下，當系統(tǒng)運行方式變化時，零序電流變化較小，因此，零序電流速斷保護的保護范圍長而穩(wěn)定。而相間短路電流速斷保護，受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大。

3.2 采用了零序電流保護后，相間短路的電流保護就可以采用兩相星形接線方式，并可和零序電流保護合用一組電流互感器，又能滿足技術要求，而且接線也簡單。應該指出，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，零序電流保護獲得廣泛的應用。但是，零序電流保護也存在一些缺點，主要表現(xiàn)在以下兩方面：

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

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

4 自動重合閘設計

4.1 采用自動重合閘的目的

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，一類是暫時性故障一類是永久性故障。如果把斷開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，在故障線路被斷開以后，故障點的絕緣強度不能恢復，即故障仍然存在，這時即使再合上斷路器，輸電線路還要再次斷開，因而不能立即恢復正常供電。在線路上裝設自動重合閘裝置以后，由于它不能判別是暫時性故障還是永久性故障，因此，重合閘后就有可能成功（即恢復供電），也可能不成功。根據(jù)運行資料統(tǒng)計，重合閘的成功率（重合閘的成功數(shù)與總動作數(shù)之比）在60%～90%之間，可見其成功率是相當高的。

采用自動重合閘的技術經濟效果主要有：（1）可以提高輸電線路供電的可靠性，減少線路的停電機會，特別是對于單回線單側電源尤為顯著。（2）可以提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。（3）在電網的設計和建設過程中，由于考慮了自動重合閘的作用，可以暫緩架設或不架設雙回線路，節(jié)約投資。（4）對由于斷路器本身機構不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，能起糾正作用。

4.2 自動重合閘應滿足的基本要求

（1）在下列情況下，自動重合閘裝置不應動作。

1）由變電站值班人員手動操作或通過遙控裝置將斷路器斷開時。2）手動投入斷路器，由于線路上存在故障，隨即由保護動作將其斷開，因為在這種情況下，故障大多都是屬于永久性的。它可能是由于檢修質量不合格、隱患未能消除或者是保安地線沒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）以及變壓器內部故障，差動或瓦斯保護動作使斷路器跳閘時，均應使閉鎖裝置不進行重合閘。

（2）除上述條件外，當斷路器由繼電保護動作或其他原因而跳閘后，重合閘都應該動作，使斷路器重新合閘。在某些情況下（如使用單相重合閘時），也允許只在保護動作于跳閘后進行重合閘。

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

（4）自動重合閘在動作以后，應能夠自動復歸。自動重合閘的類型自動重合閘的采用是系統(tǒng)運行的實際需要。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，自動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。本設計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，繼電保護裝置均將三相斷路器同時跳開，然后啟動自動重合閘同時合三相斷路器的方式。若故障為暫時性故障，則重合閘成功；否則保護再次動作，跳三相斷路器。三相重合閘結構相對比較簡單，保護出口可直接動作控制斷路器，保護之間互為后備的保護性能良好。

4.3 自動重合閘與繼電保護的配合

重合閘和繼電保護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，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定產生極其重要的作用。目前，在電力系統(tǒng)中，自動重合閘與繼電保護配合的方式有兩種，即自動重合閘前加速保護動作和自動重合閘后加速保護動作。重合閘的前加速是當線路上發(fā)生故障時，靠近電源側的保護先無選擇性的瞬時動作于跳閘，而后再借助自動重合閘來糾正這種非選擇性動作；重合閘后加速保護是當線路故障時，先按正常的繼電保護動作時限有選擇性的動作于斷路器跳閘，然后裝置動作將斷路器重合，同時將過電流保護的時限解除，實現(xiàn)后加速的方法是在被保護的各條線路上都裝設有選擇性的保護和自動重合閘裝置。一般的，“前加速”方式只適用于35kV及以下的網絡；“后加速”方式適用于35kV以上的高壓網絡中。

4.4 自動重合閘的選擇及整定計算

4.5 自動重合閘的配置辦法

（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，當用電設備允許且無備用電源自動投入時，應裝設自動重合閘裝置；（2）旁路斷路器和兼作旁路的母聯(lián)斷路器或分段斷路器，應裝設自動重合閘裝置；（3）低壓側不帶電源的降壓變壓器，可裝設自動重合閘裝置；（4）必要時，母線故障也可采用自動重合閘裝置。