自动重合闸设计

电力系统继电保护课程设计

自动重合闸设计

班级：10级电气2班

姓名：

学号：

指导教师

内蒙古科技大学课程设计任务书

《电力系统继电保护》课程设计

—自动重合闸设计

一、原始资料

1、110KV电网接线示意图见附页1

2、电网参数说明（所有元件的电阻都忽略不计，并近似地取负序电抗X2=X1）（1）线路：110KV变电所直配线路

（2）变压器：变压器均为Y0D11接法，中性点接地方式按一般原则确定。（3）发电机(均为汽轮机发电机)

所有变压器和母线均配置差动保护，负荷侧后备保护td2=1.5s，负荷自启动系数Kzq=1.3。

二、设计要求及成果

1、分析自动重合闸的工作原理。

2、论证自动重合闸的加速问题。

3、详细绘制重合闸的主回路电路图和控制回路电路图。

4、按照任务书规定的内容和进度完成。

5、绘制相关控制原理图。

目录

摘要: (6)

1.原始资料 (8)

1.1.电网接线示意图见附页1 (8)

1.2电网参数说明 (8)

2.自动重合闸 (9)

2.1自动重合闸的概念 (9)

2.1.1自动重合闸装置 (9)

2.2自动重合闸的基本要求 (11)

2.3自动重合闸的分类 (12)

2.4自动重合闸的选择原则 (12)

2.4.1三相普通一次重合闸方式 (12)

2.4.2单相重合闸及综合重合闸方式 (13)

2.4.3检定无压或检定同期重合闸方式 (13)

2.4.4非同期重合闸方式 (13)

2.5 三相一次自动重合闸的工作原理 (13)

2.5.1单侧电源线路的三相一次自动重合闸 (13)

3 论证自动重合闸的加速问题 (16)

3.1重合闸前加速保护 (16)

重合闸后加速保护 (17)

4.自动重合闸时间整定 (17)

（1）自动重合闸动作时限的整定 (17)

4.1 XJ额定值的选择 (17)

4.2重合闸动作时限的选择原则 (18)

4.3自动重合闸与继电保护的配合 (18)

五设计方案的论证 (19)

5.1、电力系统中，自动重合闸具有以下经济效果： (19)

5.2、总体设计: (20)

6．重合闸的主回路电路图见附页2 (24)

7. 重合闸的控制回路电路图见附页3 (24)

8. 结语 (24)

摘要:

在电力系统的故障中，大多数是输电线路的故障。据统计，其中得永久性

故障一般占不到10%，由于雷击过电压引起的绝缘子表面闪络，大风时的短时碰线，树枝落在导线上等引起的瞬时故障占大部分。当系统出现故障时，保护立刻动作使线路或设备断电，在非常短暂的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，是绝缘得以恢复。此时自动重合闸装置动作，自动将断路器合上，恢复系统正常运行。为了能尽量利用重合闸所提供的条件来加速切除故障，继电保护要与之配合时，一般采用重合闸前加速保护和重合闸后加速保护两种方式。对加速问题进行研究并指出了它们的优、缺点及其实现配合的方法,进而明确了它们在电力系统的主要用途。

微机综合自动重合闸是微机继电保护装置的重要组成部分，自动重合闸与继电保护之间密切良好的配合可以较迅速地切除多数情况下的故障，提高供电可靠性，对系统的安全稳定运行产生极其重要的作用。

关键词：110KV继电保护线路综合自动重合闸

Abstract

In this paper, based on the design of the power system protection of computer integrated automatic reclosing, including integrated reclosing the principle of integrated reclosing the composition, reclosing relay and the co-ordination, installation of hardware and software design part of the design. And details on the single-phase automatic reclosing, the three-phase automatic reclosing, integrated automatic reclosing, and the basis for selection of a 110 KV line to automatically switch on Computer Integrated Design

Reclosing installations reclosing and the election of the two functions, can work in the "single-phase automatic reclosing," "three-phase automatic reclosing", "Comprehensive automatically switch on" and "disabled" in four ways. Trip after the single-phase, single-phase reclosing not check the same period, in the three-phase reclosing under way, check the same period, non-pressure check and not check the same period, and so logical. Reclosing of "accelerated after the" manner and relay meet.

Computer Integrated Computer automatically reclosing relay device is an important component of the automatic reclosing relay between closely with the good cooperation can be more quickly removed most cases the failure to improve power supply reliability, the system Safe and stable operation to have an extremely important role.

Keywords: 110KV lines relay integrated automatic reclosing

1.原始资料

1.1.电网接线示意图见附页1

1.2电网参数说明

（1）线路：110KV变电所直配线路

（2）变电站

（3）变压器均为Y0D11接法，中性点接地方式按一般原则确定。

（4）发电机参数（均为汽轮发电机）：

表2.1发电机参数

2.自动重合闸

2.1自动重合闸的概念

当输电线路上发生故障后继电保护装置将断路器跳开，经过预定的延时后，能够自动地将跳开的断路器重新合闸。若线路发生瞬时性故障跳闸时，当瞬时性故障消失后，自动重合闸装置能在极短的时限内重新合上线路断路器，恢复线路的正常供电。若线路发生永久性故障时，则自动重合闸不成功，故障线路再次跳闸，迅速切除故障线路，保证其他运行线路的供电。

2.1.1自动重合闸装置

1、自动重合闸装置（ZCH）又称自动重合器，是用于配电网自动化的一种智能化开关设备，它能够检测到故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的一种“自具”能力的控制开关。所谓“自具”是只重合闸装置本身具有故障电流检测和操作顺序控制与执行的能力，无需附加继电保护装置和另外的操作电源，也不需要和外界通信。

当线路发生短路故障时，它按顺序及时间间隔进行开断及重合的操作。当遇到永久性的故障，在完成预定复位才能解除闭锁。若重合失败，则闭锁在分闸状态，把事故区段隔开；当故障接触后，需要手动复位才能解除闭锁。如果是瞬时性故障，则在循环分、合闸的操作中，无论哪次重合成功，则终止后续的分、合闸，并经过一定延时后恢复初始的整定状态，为下次故障的来临做好准备。重合

闸装置课按预先整定的动作顺序进行多次分、合闸的循环操作。

自动重合闸作用:

在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合上的一种装置。大大提高供电的可靠性，减少线路停电的次数。

在高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性。

在架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。

对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。

但是，当重合于永久性故障上时，它也将带来一些不利的影响，如:

（1）使电力系统又一次受到故障的冲击。

（2）由于断路器在很短的时间内，连续切断两次短路电流，而使其工作条件变得更加恶劣。

2、重合闸装置的分类按照不同的的分类标准，重合闸装置有如下一些分类：

（1）按相分类——单相和三相。两者动作原理类似，使用时根据配电网结构不同而进行选择，对于三相中性点不接地系统，一般不宜采用单相重合闸装置，否则造成非三相运行；单相重合器主要用于中性点直接接地系统，允许电气设备作为单相运行。

（2）按结构分类——整体式和分布式。所谓整体式是指重合闸装置中得断路器本体与其控制部分是密不可分的。整体式重合闸装置采用高压（10KV）操动机头，可用于户外10KV电杆上，无需另外的操作电源，直接由所控制的10KV 线路供给；但因为采用高压合闸线圈，对绝缘水平要求高，有时会因绝缘水平难以保证导致线圈发热，匝间绝缘损坏，造成重合闸装置爆炸的事故。

所谓分布式是指重合闸装置采用积木式结构，例如本体、操动机构、控制电路是分开的3个部分。分布式重合闸装置采用低电压（220V）操动机构，这样避免了高压电源进行调试的复杂性和危险性，安装、检修都较为方便。

（3）按灭弧介质分——油、真空、SF6。

①油重合闸装置出现的最早，运行历史最长，一般采用液压控制。油重合闸装置有两个固有缺点：因油属非自恢复绝缘介质，故其维修较频繁，至少3年需

要换油、检修一次；有火灾危险。现在来看其技术相对落后，国内已基本淘汰。

②真空灭弧室于20世纪60年代用于重合闸装置设计。真空灭弧室的有点是开断寿命长，无需检修，无火灾危险。到了90年代后期，随着真空泡制造技术的飞速发展，真空重合闸装置已逐步成为国内外重合闸装置市场上的主流产品。

③SF6重合闸装置将干燥的SF6充入密闭的开关本体中，作为开关设备的绝缘和灭弧介质。SF6气体具有极好的绝缘和灭弧性能，但其分解物具有一定的毒性，其本身也是温室效应的主要因素之一，如果泄漏将会对人和环境造成一定的损害，因此做好开关箱体的密封和SF6气体的回收、处理工作。

（4）按控制方式分类——液压控制、电子控制.液压控制有单液压系统和双液压系统两种。液压控制的主要有点是简单、可靠、经济、耐用，不受电磁的干扰，这些优点对于农村电网和距离配电站较远的设备很有用。液压控制的缺点，是保护特性无法做到足够稳定、精确和快速，选择范围窄，受温度影响较大，特性调整不方便等。

3、电子控制有分立电路和集成电路两种。分立式电子电路与集成式电路相比，其优点是价格便宜，元件耐用，维修简单；其缺点是体积大，功能少，插件多，选择范围窄，调整不便，可靠性差。以集成电路为基础的微机控制于20世纪80年代应用于重合闸装置，其典型产品为英国的ESR型和PMR型重合器。重合闸装置控制所用微机为单片机，其主要优点是体积小，功能强，重合器的分闸电流、分闸次数、操作顺序、分闸时延、合闸间隔、复位时间等特性的整定，都可以简单地在控制箱上通过控制面板整定，使用极为方便，这对改善保护配合，提高供电可靠性，提高运行自动化程度意义很大。

（1）按重合闸的控制器安装方式分类

①室外就地安装：安装在断路器下面的水泥杠上。

②集控态势安装：室内集中控制，安装在集控台内。

③集控屏式安装：安装在集控屏内。

④10KV配电线路：安装在电杆上，并配有装用电源给重合闸装置供交流220V 电源。

2.2自动重合闸的基本要求

(1)在下列情况下，重合闸不应动作：

1）由值班人员手动跳闸或通过遥控装置跳闸时；

2)手动合闸，由于线路上有故障，而随即被保护跳闸时。

(2)除上述两种情况外，当断路器由继电保护动作或其他原因跳闸后，重合闸均应动作，使断路器重新合上。

(3)自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应实现重合一次，不允许第二次重合。

(4)自动重合闸在动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次故障跳闸的再重合。

(5)应能和继电保护配合实现前加速或后加速故障的切除。

(6)在双侧电源的线路上实现重合闸时，应考虑合闸时两侧电源间的同期问题，即能实现无压检定和同期检定。

(7)当断路器处于不正常状态(如气压或液压过低等)而不允许实现重合闸时，应自动地将自动重合闸闭锁。

(8)自动重合闸宜采用控制开关位置与断路器位置不对应的原则来启动重合闸。自动重合闸。

2.3自动重合闸的分类

（1）按重合闸的动作来分，可分为电气式和机械式；

（2）按重合闸作用于断路器的方式，可分为三相普通重合闸，单相重合闸和综合重合闸三种；

（3）按重合闸的构成原理来分，可分为电磁式，晶体管式，集成电路式，数字（微机）式；

（4）按动作次数来分，可分为一次式和多次式；

（5）按使用条件来分，可分为单电源重合闸和双侧电源重合闸，双侧电源重合闸又可分为检定无压重合闸；检定同期和不检定三种。

2.4自动重合闸的选择原则

2.4.1三相普通一次重合闸方式

（1）适用于110KV 及以下的电网中，特别是对于集中供电地区的密集型环网中，

线路跳闸后不进行重合闸也能稳定运行的线路。

（2）适用于单侧电源辐射形式线路。

（3）不适用于大机组出口处。

2.4.2单相重合闸及综合重合闸方式

（1）适用于220KV 及以上的电网中，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的稳定性，或者地区系统会出现大面积停电#或者会导致重要负荷停电时，特别是大型机组的高压配电线路。

（2）使用三相重合闸的线路，在使用单相重合闸时对系统恢复供电有较好的效果时。

2.4.3检定无压或检定同期重合闸方式

（1）适用于两端均有电源的线路以及不允许非同期合闸的线路。

（2）双回线路上可直接检定另一回线路上有电流来判定同期。

2.4.4非同期重合闸方式

（1）并列运行的发电厂或电力系统之间应有三条或三条以上紧密联系的线路。（2）非同期重合闸时产生的冲击电流未超过规定的允许值。

（3）重合后电力系统可以很快恢复同期运行时。

（4）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时。

2.5 三相一次自动重合闸的工作原理

2.5.1单侧电源线路的三相一次自动重合闸

2.5.1．1单侧电源线路的三相一次自动重合闸概念

（1）无论发生何种类型的故障，均跳开三相

（2）重合闸启动，经预定时间发重合脉冲，三相断路器一起合上

（3）若是瞬时性故障，故障已消失，重合成功

（4）若是永久性故障，继电保护再次动作跳开三相，不再重合闸

2.5.1.2实现简单的原因

（1）不需要检同步

（2）不需要区分故障相和故障类型

（3）只需在允许重合的条件下，经预定延时，发出一次合闸脉冲。

三相一次自动重合闸工作原理框图

2.5.2双侧电源线路的三相一次自动重合闸

除满足单侧电源线路的三相一次自动重合闸的基本要求外，双侧电源送电线路的自动重合闸还应考虑：(1)当线路上发生故障时，两侧的保护装置可能以不同的时限动作于跳闸，因此，线路两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳开以后，再进行重合；(2)当线路上发生故障跳闸以后，常常存在着重合时两侧电源是否同期，以及是否允许非同期合闸的问题。

2.5.3输电线路的三相一次自动重合闸工作原理

电磁式三相一次自动重合闸的工作原理和构成

正常情况

断路器处于合闸状态，QF1断开→2KM失电→2KM1断开。而SA处在合后位置，其触点SA21-23接通，触点SA2-4断开→重合闸投入，指示灯HL亮。重合闸继电器的电容C经4R充电，经 10～ 15s后，电容器 C两端电压等于电源电压，此电压可使中间继电器KM起动。

线路发生故障时：

断路器跳开后，QF1闭合→2KM得电→2KM1闭合→起动KT→KT经过约0.5～1s 的延时→KT1闭合→电容器C放电→KM起动→闭合其常开触点KM1、KM2、KM3。→发出合闸脉冲。

若为瞬时性故障

断路器合闸后，KM因电流自保持线圈失去电流而返回。同时，2KM失电→2KM1断开→KT失电，触点KT1断开→电容器C经4R重新充电，经10～15s又使电容C两端建立电压。整个回路复归，准备再次动作。

若为永久性故障

断路器合闸后，继电保护动作再次将断路器断开→QF1闭合→2KM得电→2KM1闭合，KT起动→KT1经过约0.5～1s的延时闭合→电容器C放电。

手动跳闸

SA 发出预跳命令→其触点SA2-4接通→将C上的电荷瞬时放掉。SA发出跳闸命令→其触点SA6-7接通→断路器跳闸→ 2KM1闭合→KT起动，经过约0.5～1s 的延时→KT1闭合。这时，储能电容器C两端早已没有电压，KM不能起动→ 重合闸不能重合。

手动合闸

SA发出跳闸命令→ SA5-8触点闭合，接通合闸回路，QF合闸。SA25-28触点闭合，起动加速继电器3KM。当合于故障线路时，保护动作，经3KM的常开触点使QF加速跳闸。

C尚未充满电，不能使KM起动，所以断路器不能自动重合。

防跳继电器1KPJL的功用：

在手动合闸及自动重合闸过程中防止断路器跳跃。如：当KM1、KM2、KM3接点卡住或粘住时，可以由1KM来防止将断路器多次重合到永久性故障上。

3 论证自动重合闸的加速问题

3.1重合闸前加速保护

重合闸前加速保护一般又简称为“前加速”。如图1所示的网络接线，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯型原则来配合。因而，在靠近电源端保护3处的时限就很长。为了能加速故障的切除，司一在保护3处采用前加速的方式，即当千侧可一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时无选择性动作予以切除，重合闸以后保护第一次动作切除故障是有选择性的。如果故障是在线路A-B以外(如人，点)，则保护3的第一次动作是无选择性的。但断路器QF3跳闸后，如果此时的故障是瞬时性的，则在重合闸以后就恢复了供电;如果故障是永久性的，则保护3第一次就按有选择性的时限t动作。为了使无选择性的动作范围小扩展的太长，一般规定当变压器低压侧短路时，保护3小应动作。因此，其起动电流还应按照躲开相邻变压器低压侧的短路

合闸前加速保护的网络接线

前加速保护主要用于35kV以卜由发电厂或重要变电所引出的直配线路上，以便快速切除故障，保证母线电压,在这些线路上一般只装设简单的电流保护。

重合闸后加速保护

重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”，所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后，进行重合。如果重合于永久性故障上，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。“后加速”的配合方式广泛应用于35kV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。因为，在这些线路上一般都装有性能比较完善的保护装置，例如，二段式电流保护、距离保护等，因此，第一次有选择性地切除故障的时间(瞬时动作或具有0.5、的延时)均为系统运行所允许，而在重合闸以后加速保护的动作(-般是加速第II段的动作，有时也可以加速第III段的动作)，就可以史快地切除永久性故障。

4.自动重合闸时间整定

（1）自动重合闸动作时限的整定

现代电力系统广泛使用的重合闸都小}x_分故障是瞬时性的还是永久性的。对于瞬时性故障，必须等待故障点的故障消除、绝缘强)全h复后才有可能重合成功，而这个时间与湿度、风速等气候条件有关。对于永久性故障，除考虑上述时间外，还要考虑重合到永久故障后，断路器内部的油压 ,气压的恢复以及绝缘介质强度的恢复等，保证断路器能够再次切除短路电流。

一般在ZCH 回路中XJ ，有的选用DX-11/0.5，有的选用DX-11/0.25。具体的选择按照信号继电器所在回路电流。例如信号继电器所在回路电流为0.364A,应该选用DX-11/0..25，选用DX-11/0.5不能动作。

4.2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：原则上越短越好，但应力争重合成功，保证：

（1）障点电弧熄灭、绝缘恢复；

（2）断路器触头周围绝缘强度的恢复及消弧室重新充满油，准备好重合于永久性故障时能再次跳闸，否则可能发生DL 爆炸，如果采用保护装置起动方式，还应加上DL 跳闸时间。

根据运行经验，采用1”左右。

2、两侧电源线路的三相重合闸:（如图3-4）

除上述要求外，还须考虑时间配合，按最不利情况考虑：本侧先跳，对侧后跳。

图3-4动作时限配合示意图

不对应起动方式

u D L bh D L bh ZCH t t t t t t +--+=1.1.2.2.

保护起动

u bh D L bh ZCH t t t t t +-+=1.2.2.

4.3自动重合闸与继电保护的配合

1、两者关系极为密切，保护可利用重合闸提供的便利条件，加速切出故障，一般有如下两种配合方式：重合闸前加速保护（简称“前加速”如图3-5）

图3-5自动重合闸前加速保护示意图

L1、L2、L3上任一点故障，保护1速断动，跳1DL——>ZCH重合，若成功，恢复正常供电；若不成功，按选择性动作。

优点：快速切出故障，设备少。

缺点：永久性故障，再次切除故障的时间可能很长；装ZCH的DL动作次数多，若DL拒动，将扩大停电范围。

主要用于35KV以下的网络。

2、重合闸后加速保护简称（“后加速”如图3-6）

每条线路上均装有选择性的保护和ZCH。

第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸，若是永久性故障，重合后则加速保护动作，切除故障。

例：

图3-6自动重合闸后加速保护示意图

第一次短路时，保护1 II段动，ZCH重合，之后保护1瞬时动。

优点：第一次跳闸时有选择性的，再次切除故障的时间加快，有利于系统并联运行的稳定性。

缺点：第一次动作时间可能对时限。

应用于35KV以上的高压网络中。

五设计方案的论证

5.1、电力系统中，自动重合闸具有以下经济效果：

（1）大大提高供电可靠性，减小线路停电的次数，特别是对单侧电源的单回路尤为显著；

①在高压输电线路上采用重合闸，还可以提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传送容量。

②对于短路器本身由于机构不良或继电保护误动作引起的跳闸，也能起纠正的作用。

基于以上几条及输电线路本身的特点，提出以下两种自动重合闸装置设计方案。

方案一基于单片机的自动重合闸设计；

单片机是一种可编程的集成芯片，换句话来说，PLC就是由单片机加上外围电路做成的，单片机开发式底层开发，比较麻烦，程序编写用汇编或者c语言比如延时用单片机做程序，要从晶振来计算，厂家都提供一个编程软件，可以用梯形图编程，延时只需在时间继电器里送一个数字而已，单片机可以构成各种各样的应用系统，不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，通用性，可靠性，单片机开发成本低，一个单片机十几块到几十块，上百不等，但开发起来，麻烦，PLC 开发周期短，见效快，可靠性高。

方案二基于PLC的自动重合闸设计。

由于PLC抗干扰能力强，可靠性高，程序简单易学，安装简单，维修方便，体积小，重量轻，具有丰富的I/O接口模块，扩展能力强。配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能，特别是在高压输电线跨越林区及一些环境复杂的地区时PLC的干扰能力强，可靠性高的特点能满足设计运行年限内中合闸装置的使用寿命，次数，不拒动，不误动。随着PLC 的技术日益成熟，其性价比已经非常高。

综合考虑以上因素，本设计方案选择方案二

5.2、总体设计:

（1）系统框架设计:该设计将通常所谓“计算机继电器逻辑电路”分解成保护功能继电器组和PLC 2个部分。根据不同保护对象(主变差动保护、母线保护、电容器保护、线路保护、电动机保护等) 由不同保护功能的继电器组组合使装置分成若干个标准型号，其中所有的单一保护元件均遵循正逻辑法，,则在PLC 中定义为动作节点。如图2-1所示。当电力系统发生任何故障时，故障信息引起功能继电器组动作于PLC并同时传回主控机，主控机经分析后发送信息给PLC。PLC