单侧电源线路的三相一次自动重合闸方案

14.2.3.1 三相一次自动重合闸装置

单侧电源35kV及以下线路广泛采用三相一次重合闸方式,并装于线路电源侧。所谓三相一次重合闸方式是指不论输电线路上发生相间短路还是单相接地短路,继电保护装置动作将线路三相断路器同时断开,然后由AAR动作,将三相断路器重新合上的重合闸方式。这种重合闸方式的主要特点是:当线路发生瞬时性故障时,重合成功;当线路发生永久性故障时,则继电保护再次将三相断路器同时断开,不再重合。

单侧电源三相一次自动重合闸装置由重合闸启动回路、重合闸时间元件、一次合闸脉冲元件及执行元件四部分组成。重合闸启动回路是用以启动重合闸时间元件的回路,一般按控制开关与断路器位置“不对位”方式启动;重合闸时间元件是用来保证断路器断开之后,故障点有足够的去游离时间和断路器操动机构复归所需的时间,以使重合闸成功;一次合闸元件用以保证重合闸装置只重合一次,通常利用电容放电来获得重合闸脉冲;执行元件用来将重合闸动作信号送至合闸回路和信号回路,使断路器重合及发出重合闸动作信号。

14.2.3.2 单侧电源AAR的原理接线

1.AAR原理接线

图14-6　单侧电源三相一次自动重合闸展开接线图

图14-6示出了单侧电源三相一次自动重合闸原理接线图。是按“不对位”原理启动并具有后加速保护动作性能的单侧电源三相一次自动重合闸装置。主要由DH-2A型重合闸继电器(由时间继电器KT、中间继电器KC、电容C、充电电阻R4、放电电阻R6及信号灯HW组成)、断路器跳闸位置继电器KCT、防跳继电器KCF、加速保护动作的中间继电器KAT、表示重合闸动作的信号继电器KS、手动操作的控制开关SA、投入或退出重合闸装置的控制开关ST。

单侧电源三相一次自动重合闸原理接线有如下特点。

(1)采用控制开关SA与断路器“不对位”的起动方式,可靠性高,能保证断路器因任何意外原因跳闸时,都能进行自动重合。

(2)电容器C的充放电回路具有充电慢,放电快的特点。因而,这种方式具有既能保证AAR动作后自动复归,也能有效地保证AAR在规定时间内只发一次重合闸脉冲,而且接通电容器C的放电回路就可闭锁AAR,故利用电容放电原理构成的重合闸具有工作可靠、控制容易、接线简单的优点,因而应用很普遍。

(3)因在断路器合闸回路中设KC电流自保持线圈,所以只有当断路器可靠合上,辅助动断触点QF1断开后,KC才返回,合闸脉冲才消失,故断路器能可靠合闸。

(4)AAR中设有加速继电器KAT,保证了手动合闸于故障线路或重合于故障线路时,加速切除故障。

2.AAR的工作原理

(1)线路正常运行时的情况。在输电线路断路器合闸后,控制开关接点SA21-23处于“合后”接通位置,ST置“投入”位置,其触点1-3接通。电容C由+WC→SA21-23→ST1-3→电阻4R→C→-WC回路充电,经15～20s充好电,电容器两端电压等于直流电源电压,重合闸继电器处于准备动作状态。在线路正常运行时,控制开关SA和断路器都处在对应的合闸位置,断路器辅助常闭触点1QF打开,常开触点2QF闭合,KCT线圈失磁,KCT1触点断开。SA触点21-23接通,用来监视中间继电器KC触点及电压线圈是否完好的信号灯HW亮。

(2)当线路发生瞬时性故障时,AAR的动作原理。当线路发生瞬时性故障时,控制开关SA在“合后”位置,而断路器在“跳后”位置,即控制开关SA与断路器处于“不对位”状态。因断路器跳闸,所以其辅助触点1QF闭合,而2QF断开,跳闸位置继电器KCT动作,其常开触点KCT1闭合,起动重合闸时间继电器KT,其瞬时触点KT2断开,电阻R5投入,保证KT线圈的热稳定。时间继电器KT的延时触点KT1经整定延时时间闭合,接通电容器C对中间继电器KC电压线圈的放电回路(C+→KT1触点→KC线圈→C-),从而使KC动作,其动合触点闭合,接通了断路器的合闸接触器回路[+WC→SA21-23→ST1-3→KC3→KC2→KC1→KC电流线圈(KC电流线圈在这里起自保持作用,只要KC被电压线圈短时起动一下,便可通过电流自保持线圈使KC在合闸过程中一直处于动作状态,从而使断路器可靠合闸)→KS线圈→SB1用以投切ARC或试验)→KCF2→QF1→KCC→-WC],KCC线圈励磁,使断路器重新合上。同时信号继电器3KS动作,发出重合闸动作信号。

断路器重合成功后,其辅助触点1QF断开,继电器KCT、KT、KC均返回,整个装置自动复归。电容C重新充电,经15～20s后充满电,为下次动作做好准备。

(3)AAR重合不成功时的动作过程。AAR重合到永久性故障线路时的动作过程与线路上发生瞬时性故障时相同。但在断路器重合后,因故障并未消失,继电保护再次动作使断路器第二次跳闸,若AAR与保护配合采用后加速保护,则第二次跳闸是瞬时的。断路器再次跳闸后,AAR再次起动,KT励磁,KT1经延时闭合后,电容器C充电时间(保护第二次动作时间+断路器跳闸时间+KT延时时间)短,小于15～20s,电容器C来不及充电到KC的动作电压,故不能使KC动作,因此断路器不能再次重合。这时电容器C也不能继续充电,因为C与KC电压线圈并联。KC电压线圈两端的电压由电阻R4(约几兆欧)和KC电压线圈(电阻值为几千欧)串联电路的分压比决定,其值远小于KC的动作电压,保证了AAR只动作一次。

(4)用控制开关SA手动跳闸时闭锁AAR。当控制开关SA在手动跳闸时,其触点21-23断开,切断了AAR的正电源,跳闸后SA2-4接通了电容器C对6R的放电回路(C+→6R→SA2-4→端子5→端子3→C-),因6R只有几百欧,故放电很快,使电容器C两端电压接近于零,所以控制开关SA和断路器均处于断开位置时,AAR不会动作,断路器也不会合闸。

(5)用控制开关SA手动合闸于故障线路时,AAR闭锁。线路断路器合闸之前,因AAR未投入,故电容器C没有充电。在操作SA手动合闸时,SA21-23接通,SA2-4断开,电容器C才开始充电,但同时SA25-28接通,使加速继电器KAT线圈励磁。此时,如线路在合闸前已存在故障,则当手动合上断路器后,保护装置立即经加速继电器KAT的动合触点使断路器加速跳闸。这时由于电容器C充电时间很短,其值未达到KC的动作电压,所以AAR不会动作,断路器也不会重合。

(6)防跳继电器KCF的作用。如果线路发生永久性故障,并且第一次重合时出现了KC3、KC2、KC1触点粘住而不能返回时,当继电保护第二次动作使断路器跳闸后。由于断路器辅助触点1QF又闭合,被粘住的KC触点会立即起动合闸接触器KCC,使断路器第二次重合,因为是永久性故障,保护再次动作跳闸。这样,断路器跳闸一合闸的过程不断重复,形成“跳跃”现象,为防止这种现象而装设防跳继电器KCF(电流线圈通电流时动作,电压线圈有电压时保护)。

当断路器第一次跳闸时,虽然串在跳闸线圈回路中的KCF电流线圈使KCF动作,但因KCF电压线圈没有自保持电压,当断路器跳闸后,KCF自动返回。当断路器第二次跳闸时,KCF又动作,如果这时KC触点粘住而不能返回,则KCF电压线圈得到自保持电压,因而处于自保持状态,其动断触点KCF2始终处于断开状态,切断了KCC的合闸回路,防止了断路器第二次合闸。同时KC动合触点粘住后,KC的动断触点KC4断开,信号灯HR熄灭,发出重合闸故障信号,通知运行人员及时处理。

14.2.3.3 参数整定

1.重合闸动作时限的整定

对图14-6所示单侧电源三相一次自动重合闸装置,重合闸动作时限是指时间继电器KT的整定时限。原则上是越短越好,但必须考虑以下几个方面的问题。(www.xing528.com)

(1)重合闸动作时间大于故障点反游离时间,即考虑故障点有足够的断电时间,保证故障点绝缘强度恢复,否则即使在瞬时性故障下,重合也不能成功。在考虑绝缘强度恢复时还必须计及负荷电动机向故障点反馈电流时使得绝缘强度恢复变慢的因素,即

或

式中 top——重合闸动作时间;

tod——故障点反游离时间;

tsc——断路器的合闸时间;

ts——时间裕度,一般取0.3～0.4s。

(2)重合闸动作时间大于环网或平行线路对侧可靠地切除故障的时间,即

或

式中 tm.min——线路本侧(M侧)保护最小时限,可取第Ⅰ段保护时限;

tm.sj、tn.sj——M、N侧断路器的跳闸时间;

tm.sc——M侧断路器的合闸时间;

tn.max——线路对侧(N侧)保护最大时限,可取第Ⅱ段保护时限0.5s。

(3)重合闸动作时间要大于本线路电源侧最大动作时限的继电保护返回时间,同时断路器的操动机构等已恢复到正常状态,即或

或

式中 tre——最大动作时限的继电保护的返回时间。

运行经验表明,为可靠地切除故障,提高重合闸的成功率,单侧电源线路的三相一次重合闸动作时限一般取0.8～1s。

2.重合闸复归时间的整定

重合闸复归时间就是电容器C上两端电压从零值充电到使中间继电器KC动作电压所需要的时间。必须满足以下几方面的要求:一方面必须保证断路器重合到永久性故障时,由后备保护再次跳闸,AAR不会再动作去重合闸断路器;另一方面,第一次重合成功之后不久,线路又发生新的故障,将进行新的一轮跳闸—重合闸循环。从第一次重合到第二次重合应有一定的时间间隔,来保证断路器切断能力的恢复,即当重合闸动作成功后,复归时间不小于断路器恢复到再次动作所需时间。综合两方面的要求,重合闸复归时间一般取15～20s。