电力系统继电保护课件(第四版)-7(最详细版)
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• 断路器动作后，其触头周围绝缘强度的恢复、消弧室重 新充满油、操作机构恢复原状都需要一定时间
• 因此，我国一般采用1S左右的时限
11
2.双侧电源线路的三相重合闸
• 除了满足单侧电源线路重合闸时的要求外，还 应该考虑线路两侧继电保护以不同时限切除故 障的可能性
–每侧都以本侧先跳而对侧后跳闸来作为考虑整定时 间的依据 动作时限整定为：tAAR = tR.N + tB.N − tR.M − tB.M + tu
– 广泛应用于35kV以上的网络及对重要负荷供电的线 路——装有性能完善的保护装置 • 三段式电流保护、距离保护，一般加速II段和III段 • 相当于重合后，速断（I段）保护的定值降低为II段 或III段的定值
• 优点
– 第一次动作具有选择性，不会扩大停电范围 – 保证永久性故障能有选择性瞬时切除 – 与前加速比，不受网络结构和负荷条件限制
• 具有同步检定和无电压检定的重合闸
–一侧检定无压、一侧检定同步
• 只能是检测无压的一侧首先重合，不成功再跳开——可能会 两次切断短路电流
• 检测同步的一侧，在对侧重合成功后，再检测同步而重合 • 通常在每一侧都装设同步检定和无压检定继电器，利用连接
片进行切换
–一侧检定无压、一侧检定同步时，检测无压的一侧当 断路器在正常运行时误跳，由于对侧并未动作，线路 上有电压，因此不能重合。
保护3加装一套重合闸即可； –能保证重要电厂和变电站的母线电压
• 缺点：
–重合闸对应断路器（保护3）工作条件恶劣； –重合于永久性故障切除时间较长； –重合闸或断路器拒动，可能扩大停电范围（区外故
障时
2、重合闸后加速保护 • 又称为后加速
– 线路第一次故障时，有选择性动作，然后重合闸，重合 到永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作， 瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。
2. 双侧电源线路的自动重合闸方式 • 归纳为两类：
–不检定同期和无压的重合闸：
• 快速重合闸 • 非同期重合闸 • 解列重合闸 • 自同期重合闸等；
–检定同期或无压的重合闸：
• 检定平行线路电流的重合闸 • 一侧检定线路无电压、另一侧检定同期的
重合闸等
6
（1）快速自动重合闸
– 指保护断开两侧断路器后在0.5~0.6s内使之再次重合， 在这样短的时间内，两侧电动势角摆开不大，系统 不可能失去同步。
8
（4）并列运行的发电厂或电力系统之间，在 电气上联系紧密时
– 如图中A和C，当断 开任一条线路时， 任意线路两端之间 都不会失去电气联 系，因此不会出现 非同步合闸问题， 这时可以采用不检 查同步的自动重合 闸。
（5）检查双回线另一回线电流的重合闸
–在没有其他旁路联系的双回线上，当不能采 用非同期重合闸时，可采用检定另一回线路 上有电流的重合闸。
• 瞬时性故障，则单相重合成功，可以恢复三相的正常 运行
• 永久性故障，单相重合不成功 – 系统不允许长期非全相运行，切除三相，并不再重合 – 如果需要转入非全相运行，切除单相，并不再重合
14
• 故障选相元件
–电流选相元件、低电压选相元件、阻抗选相元件
• 动作时限的选择
–除要满足三相重合闸所提的要求外，还必须考虑潜供 电流对灭弧时间的影响 • 潜供电流：由于非故障相与断开故障相之间存在静 电（通过电容）和电磁（通过互感）的联系而在故 障点产生的电流。 • 潜供电流的存在使灭弧时间增加。
• 单相重合闸的优点
– 提高供电可靠性 – 提高系统并列运行的动态稳定
• 单相重合闸的缺点
– 需要按相操作的断路器 – 需要专门的选相元件与继电保护配合
• 在220kV～500kV的线路上广泛应用
15
第七章 自动重合闸
第一节 自动重合闸 的作用及对其要求
1
一、自动重合闸在电力系统中的作用
• 电力系统架空线故障占了大多数。 • 架空线路故障可分为瞬时性故障和永久性故障
– 瞬时性故障 • 存在电弧，线路被继电保护断开后，电弧即行熄灭， 故障点的绝缘强度重新恢复；线路重新投入可马上 恢复正常供电。 • 架空线故障大多数是瞬时性故障。
• 当另一线路有电流时，即表示两侧电源有联系， 一般是同步的。
• 优点：电流检定比同期检定简单。
9
（6）具有同期检定和无电压检定的重合闸
–当上述方式难于实现，而同期检定重合闸具有一定 效果时。
–必须检定两侧电源确实同步后，才能进行重合，为 此可在一侧采用检查线路无电压（先重合空载线路） 而在另一侧采用检定同步的重合闸。
• 区内故障（AB线路内） – 保护3按选择性正确动作，之后 正常重合闸； – 重合于永久性故障，同样由保护 3切除
• 区外故障K1点） – 保护3是无选择性动作，通过重 合闸纠正； – 如果是永久性故障，则由保护2 和1有选择性切除，拒动时才由 保护3按有选择性时限动作切除。
12
• 优点：
–可以快速切除瞬时性故障 –使瞬时性故障来不及发展成永久性故障 –使用设备少——不需考虑保护1、2的重合闸，只要
二、对自动重合闸的基本要求
• 重合闸不应动作的情况
–有值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时 –手动投入断路器，由于线路有故障，而随即被继电保
护将其断开时 –除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因
而跳闸时，重合闸均应动作
• 重合闸的起动方式
–断路器控制开关位置与断路器位置不对应的方式
• 当断路器是非手动操作跳闸的情况，一定有控制 开关位置与断路器状态不对应，即：控制开关在 “合闸”位置，而实际断路器是“断开”位置。 利用这种不对应关系可以确保满足以上要求
2
• 使用重合闸，重合于永久性故障，会带 来一些不利影响
–使电力系统又一次受到故障冲击，并可能 降低系统并列运行的稳定性
–恶化了断路器的工作条件
• 断路器在很短的时间内连续切断两次短路电流。
• 自适应重合闸——微机保护
–在重合之前预先判断是瞬时性故障还是永 久性故障从而决定是否重合
• 故障性质的判断 • 重合时间的确定
–保护启动方式
• 便于实现保护动作后需要闭锁重合闸功能，以及 保护逻辑与重合闸的配合等
3
• 自动重合闸的动作次数
–一次式重合闸：重合一次 –二次式重合闸：重合两次
• 自动重合闸的复归方式
–自动复归：自动恢复到重合前状态。 –手动复归：简单，存在不能及时复归的可
能性
• 重合闸与继电保护的配合
–自动重合闸装置与继电保护配合，可以加 速继电保护动作，以加速切除故障
• 缺点
–每个断路器上都需装设一套重合闸装置，更复杂 –第一次切除可能带有延时
13
第三节 单相自动重合闸
• 三相重合闸
– 无论送电线路发生单相接地短路还是相间短路，继 电保护动作后均使断路器三相断开，然后三相重合
• 单相自动重合闸
– 220kV～500kV的架空线路，绝大部分故障是单相接 地短路
• 只把发生故障的一相断开，再进行单相重合，未发生 故障的两相仍然继续运行——大大提高供电可靠性和 并列运行的稳定性
–当断路器处于不正常状态而不允许重合闸 时，应将自动重合闸闭锁。
4
第二节 三相一次自 动重合闸
一、单侧电源线路的三相一次自动重合闸
• 动作逻辑：当线路上发生故障，继电保护断开 故障线路的三相断路器后，重合闸起动，并经 过预定延时后发出重合命令，使三相断路器重 新合闸。
– 瞬时性故障，则自动重合闸成功； – 若重合于永久性故障，则继电保护装置会再次动作
–自动解列重合闸： • 发生故障时，跳开解列点，而不跳开故障线路； • 小电源给重要电源供电； • 系统侧重合闸检查线路无电压即可重合闸，如重 合闸成功，则由系统对非重要电源供电，然后在 解列点处实行同步并列。
–自同期重合闸：对水电厂如条件许可时，可 采用自同期重合闸。
• 自同步并列：当频差小于给定值，即并列，让系 统将发电机拖入同步。
δ
三、重合闸动作时限的选择原则
1. 单侧电源线路的三相重合闸 • 为了尽可能缩短电源中断的时间，重合闸的动作
时限原则上越短越好 • 但是实际上重合闸必须带上一定时限
–考虑故障线路本身——确保瞬时性故障消失
• 断路器跳闸后，故障点电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘 强度需要一定时间
–考虑断路器本身——为重合于永久性故障而要再次 动作做好准备
并断开三相断路器，自动重合闸不再重合。
5
二、双侧电源线路的三相一次自动重合闸 1.双侧电源线路的自动重合闸的特点
• 时间配合：两侧保护可能以不同的时限动作于 跳闸，线路两侧的重合闸必须在两侧断路器都 跳闸后，再进行重合。
• 同期问题：线路上发生故障跳闸后，常常存在 两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸 的问题。
–前加速与后加速方式
• 对双侧电源线路上重合闸的要求
–必须考虑重合闸时两侧电源的同步问题
• 两侧保护可能以不同的时限动作于跳闸，线路 两侧的重合闸必须在两侧断路器都跳闸后，再 进行重合。
• 线路上发生故障跳闸后，常常存在两侧电源是 否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。
• 闭锁重合闸
–自动重合闸装置应具有接受外来闭锁信号 的功能
–解决的办法是在该侧同时投入同步检定继电器
10
• 无电压检定继电器
–一般是低电压继电器，定值通常为0.5UN
• 同步检定继电器
–作用是比较母线和线路的电压
–也可以采用低电压继电器
令 U1 = U2
ΔU& = U&1 − U& 2
ΔU&
=
δ 2U1 sin 2
U&2 ΔU& U&1
δ = 20° ~ 40° ΔU = ( 0.347 ~ 0.684 )U1
– 永久性故障 • 线路断开后，故障仍然存在，要进行维修后才能继 续供电
• 采用自动重合闸（Automatic Reclosing）能够提 高供电可靠性，成功率在60％～90％。
• 电力系统采用重合闸的技术经济 效果
–大大提高供电可靠性 –重合闸成功，有利于提高电力系统并列运
行的稳定性； –对断路器的误动作，可以起到纠正作用。
(2) 非同期重合闸
–在线路两侧断路器跳闸后，不管两侧电源 是否同期，即进行合闸的重合闸方式。
–符合下列条件且认为有必要时：
• 非同期合闸时流过发电机、同步调相机或电力 变压器的最大冲击电流不超过允许值。
• 非同期合闸后引起的振荡对重要负荷影响小， 或可采取措施减少其影响。
7
（3）在双侧电源的单回线路上，当不能采用非同 步重合闸时：
本侧跳闸后， 对侧跳闸还需 经过的时间
考虑故障 点灭弧和 介质去游 离的时间
四、重合闸与继电保护的配合
–两种方式：重合闸前加速保护和重合闸后加速保护
1、重合闸前加速保护（简称前加速）
–对于保护3，其动作时限按阶梯型原则来配合就较长， 因此可以和重合闸配合起来用。
• 第一次故障时，不管在区内还是区外，只要保护3起动都无选 择性瞬时跳闸
– 是提高系统并列运行稳定性和供电可靠性的有效措 施。
– 应用条件：
• 线路两侧均有全线瞬时动作的保护； • 线路两侧有快速动作的断路器； • 重合瞬间对电力系统及其设备的最大冲击电流小于允许值
• 最大冲击电流计算 • 非同步合闸冲击电流周期分量
ΔI = 2U sin δ
ZΣ 2
• 最大冲击电流
ipm = kim 2ΔI = 1.8 2ΔI = 2.55ΔI
• 因此，我国一般采用1S左右的时限
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2.双侧电源线路的三相重合闸
• 除了满足单侧电源线路重合闸时的要求外，还 应该考虑线路两侧继电保护以不同时限切除故 障的可能性
–每侧都以本侧先跳而对侧后跳闸来作为考虑整定时 间的依据 动作时限整定为：tAAR = tR.N + tB.N − tR.M − tB.M + tu
– 广泛应用于35kV以上的网络及对重要负荷供电的线 路——装有性能完善的保护装置 • 三段式电流保护、距离保护，一般加速II段和III段 • 相当于重合后，速断（I段）保护的定值降低为II段 或III段的定值
• 优点
– 第一次动作具有选择性，不会扩大停电范围 – 保证永久性故障能有选择性瞬时切除 – 与前加速比，不受网络结构和负荷条件限制
• 具有同步检定和无电压检定的重合闸
–一侧检定无压、一侧检定同步
• 只能是检测无压的一侧首先重合，不成功再跳开——可能会 两次切断短路电流
• 检测同步的一侧，在对侧重合成功后，再检测同步而重合 • 通常在每一侧都装设同步检定和无压检定继电器，利用连接
片进行切换
–一侧检定无压、一侧检定同步时，检测无压的一侧当 断路器在正常运行时误跳，由于对侧并未动作，线路 上有电压，因此不能重合。
保护3加装一套重合闸即可； –能保证重要电厂和变电站的母线电压
• 缺点：
–重合闸对应断路器（保护3）工作条件恶劣； –重合于永久性故障切除时间较长； –重合闸或断路器拒动，可能扩大停电范围（区外故
障时
2、重合闸后加速保护 • 又称为后加速
– 线路第一次故障时，有选择性动作，然后重合闸，重合 到永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作， 瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。
2. 双侧电源线路的自动重合闸方式 • 归纳为两类：
–不检定同期和无压的重合闸：
• 快速重合闸 • 非同期重合闸 • 解列重合闸 • 自同期重合闸等；
–检定同期或无压的重合闸：
• 检定平行线路电流的重合闸 • 一侧检定线路无电压、另一侧检定同期的
重合闸等
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（1）快速自动重合闸
– 指保护断开两侧断路器后在0.5~0.6s内使之再次重合， 在这样短的时间内，两侧电动势角摆开不大，系统 不可能失去同步。
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（4）并列运行的发电厂或电力系统之间，在 电气上联系紧密时
– 如图中A和C，当断 开任一条线路时， 任意线路两端之间 都不会失去电气联 系，因此不会出现 非同步合闸问题， 这时可以采用不检 查同步的自动重合 闸。
（5）检查双回线另一回线电流的重合闸
–在没有其他旁路联系的双回线上，当不能采 用非同期重合闸时，可采用检定另一回线路 上有电流的重合闸。
• 瞬时性故障，则单相重合成功，可以恢复三相的正常 运行
• 永久性故障，单相重合不成功 – 系统不允许长期非全相运行，切除三相，并不再重合 – 如果需要转入非全相运行，切除单相，并不再重合
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• 故障选相元件
–电流选相元件、低电压选相元件、阻抗选相元件
• 动作时限的选择
–除要满足三相重合闸所提的要求外，还必须考虑潜供 电流对灭弧时间的影响 • 潜供电流：由于非故障相与断开故障相之间存在静 电（通过电容）和电磁（通过互感）的联系而在故 障点产生的电流。 • 潜供电流的存在使灭弧时间增加。
• 单相重合闸的优点
– 提高供电可靠性 – 提高系统并列运行的动态稳定
• 单相重合闸的缺点
– 需要按相操作的断路器 – 需要专门的选相元件与继电保护配合
• 在220kV～500kV的线路上广泛应用
15
第七章 自动重合闸
第一节 自动重合闸 的作用及对其要求
1
一、自动重合闸在电力系统中的作用
• 电力系统架空线故障占了大多数。 • 架空线路故障可分为瞬时性故障和永久性故障
– 瞬时性故障 • 存在电弧，线路被继电保护断开后，电弧即行熄灭， 故障点的绝缘强度重新恢复；线路重新投入可马上 恢复正常供电。 • 架空线故障大多数是瞬时性故障。
• 当另一线路有电流时，即表示两侧电源有联系， 一般是同步的。
• 优点：电流检定比同期检定简单。
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（6）具有同期检定和无电压检定的重合闸
–当上述方式难于实现，而同期检定重合闸具有一定 效果时。
–必须检定两侧电源确实同步后，才能进行重合，为 此可在一侧采用检查线路无电压（先重合空载线路） 而在另一侧采用检定同步的重合闸。
• 区内故障（AB线路内） – 保护3按选择性正确动作，之后 正常重合闸； – 重合于永久性故障，同样由保护 3切除
• 区外故障K1点） – 保护3是无选择性动作，通过重 合闸纠正； – 如果是永久性故障，则由保护2 和1有选择性切除，拒动时才由 保护3按有选择性时限动作切除。
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• 优点：
–可以快速切除瞬时性故障 –使瞬时性故障来不及发展成永久性故障 –使用设备少——不需考虑保护1、2的重合闸，只要
二、对自动重合闸的基本要求
• 重合闸不应动作的情况
–有值班人员手动操作或通过遥控装置将断路器断开时 –手动投入断路器，由于线路有故障，而随即被继电保
护将其断开时 –除上述条件外，当断路器由继电保护动作或其他原因
而跳闸时，重合闸均应动作
• 重合闸的起动方式
–断路器控制开关位置与断路器位置不对应的方式
• 当断路器是非手动操作跳闸的情况，一定有控制 开关位置与断路器状态不对应，即：控制开关在 “合闸”位置，而实际断路器是“断开”位置。 利用这种不对应关系可以确保满足以上要求
2
• 使用重合闸，重合于永久性故障，会带 来一些不利影响
–使电力系统又一次受到故障冲击，并可能 降低系统并列运行的稳定性
–恶化了断路器的工作条件
• 断路器在很短的时间内连续切断两次短路电流。
• 自适应重合闸——微机保护
–在重合之前预先判断是瞬时性故障还是永 久性故障从而决定是否重合
• 故障性质的判断 • 重合时间的确定
–保护启动方式
• 便于实现保护动作后需要闭锁重合闸功能，以及 保护逻辑与重合闸的配合等
3
• 自动重合闸的动作次数
–一次式重合闸：重合一次 –二次式重合闸：重合两次
• 自动重合闸的复归方式
–自动复归：自动恢复到重合前状态。 –手动复归：简单，存在不能及时复归的可
能性
• 重合闸与继电保护的配合
–自动重合闸装置与继电保护配合，可以加 速继电保护动作，以加速切除故障
• 缺点
–每个断路器上都需装设一套重合闸装置，更复杂 –第一次切除可能带有延时
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第三节 单相自动重合闸
• 三相重合闸
– 无论送电线路发生单相接地短路还是相间短路，继 电保护动作后均使断路器三相断开，然后三相重合
• 单相自动重合闸
– 220kV～500kV的架空线路，绝大部分故障是单相接 地短路
• 只把发生故障的一相断开，再进行单相重合，未发生 故障的两相仍然继续运行——大大提高供电可靠性和 并列运行的稳定性
–当断路器处于不正常状态而不允许重合闸 时，应将自动重合闸闭锁。
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第二节 三相一次自 动重合闸
一、单侧电源线路的三相一次自动重合闸
• 动作逻辑：当线路上发生故障，继电保护断开 故障线路的三相断路器后，重合闸起动，并经 过预定延时后发出重合命令，使三相断路器重 新合闸。
– 瞬时性故障，则自动重合闸成功； – 若重合于永久性故障，则继电保护装置会再次动作
–自动解列重合闸： • 发生故障时，跳开解列点，而不跳开故障线路； • 小电源给重要电源供电； • 系统侧重合闸检查线路无电压即可重合闸，如重 合闸成功，则由系统对非重要电源供电，然后在 解列点处实行同步并列。
–自同期重合闸：对水电厂如条件许可时，可 采用自同期重合闸。
• 自同步并列：当频差小于给定值，即并列，让系 统将发电机拖入同步。
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三、重合闸动作时限的选择原则
1. 单侧电源线路的三相重合闸 • 为了尽可能缩短电源中断的时间，重合闸的动作
时限原则上越短越好 • 但是实际上重合闸必须带上一定时限
–考虑故障线路本身——确保瞬时性故障消失
• 断路器跳闸后，故障点电弧熄灭并使周围介质恢复绝缘 强度需要一定时间
–考虑断路器本身——为重合于永久性故障而要再次 动作做好准备
并断开三相断路器，自动重合闸不再重合。
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二、双侧电源线路的三相一次自动重合闸 1.双侧电源线路的自动重合闸的特点
• 时间配合：两侧保护可能以不同的时限动作于 跳闸，线路两侧的重合闸必须在两侧断路器都 跳闸后，再进行重合。
• 同期问题：线路上发生故障跳闸后，常常存在 两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸 的问题。
–前加速与后加速方式
• 对双侧电源线路上重合闸的要求
–必须考虑重合闸时两侧电源的同步问题
• 两侧保护可能以不同的时限动作于跳闸，线路 两侧的重合闸必须在两侧断路器都跳闸后，再 进行重合。
• 线路上发生故障跳闸后，常常存在两侧电源是 否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。
• 闭锁重合闸
–自动重合闸装置应具有接受外来闭锁信号 的功能
–解决的办法是在该侧同时投入同步检定继电器
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• 无电压检定继电器
–一般是低电压继电器，定值通常为0.5UN
• 同步检定继电器
–作用是比较母线和线路的电压
–也可以采用低电压继电器
令 U1 = U2
ΔU& = U&1 − U& 2
ΔU&
=
δ 2U1 sin 2
U&2 ΔU& U&1
δ = 20° ~ 40° ΔU = ( 0.347 ~ 0.684 )U1
– 永久性故障 • 线路断开后，故障仍然存在，要进行维修后才能继 续供电
• 采用自动重合闸（Automatic Reclosing）能够提 高供电可靠性，成功率在60％～90％。
• 电力系统采用重合闸的技术经济 效果
–大大提高供电可靠性 –重合闸成功，有利于提高电力系统并列运
行的稳定性； –对断路器的误动作，可以起到纠正作用。
(2) 非同期重合闸
–在线路两侧断路器跳闸后，不管两侧电源 是否同期，即进行合闸的重合闸方式。
–符合下列条件且认为有必要时：
• 非同期合闸时流过发电机、同步调相机或电力 变压器的最大冲击电流不超过允许值。
• 非同期合闸后引起的振荡对重要负荷影响小， 或可采取措施减少其影响。
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（3）在双侧电源的单回线路上，当不能采用非同 步重合闸时：
本侧跳闸后， 对侧跳闸还需 经过的时间
考虑故障 点灭弧和 介质去游 离的时间
四、重合闸与继电保护的配合
–两种方式：重合闸前加速保护和重合闸后加速保护
1、重合闸前加速保护（简称前加速）
–对于保护3，其动作时限按阶梯型原则来配合就较长， 因此可以和重合闸配合起来用。
• 第一次故障时，不管在区内还是区外，只要保护3起动都无选 择性瞬时跳闸
– 是提高系统并列运行稳定性和供电可靠性的有效措 施。
– 应用条件：
• 线路两侧均有全线瞬时动作的保护； • 线路两侧有快速动作的断路器； • 重合瞬间对电力系统及其设备的最大冲击电流小于允许值
• 最大冲击电流计算 • 非同步合闸冲击电流周期分量
ΔI = 2U sin δ
ZΣ 2
• 最大冲击电流
ipm = kim 2ΔI = 1.8 2ΔI = 2.55ΔI