自动重合闸在高压线路的应用
摘要：在电力系统中，输电线路（特别是架空线路）发生故障最多的元件，因此，如何提高输电线路工作的可靠性，对电力系统的安全运行具有重大意义。
关键字：自动重合闸，电力系统，高压线路
电力系统运行经验证明，架空线路的故障大都是瞬时故障，约占总故障次数的80%～90%以上。例如，由于雷电过电压引起的绝缘子表面闪络，大风引起的短时碰线，线路对树枝放电、通过鸟类身体的放电以及树枝等物掉落在导线上引起的短路以及绝缘子表面污染等原因引起。这些故障被继电保护动作断路器断开之后，故障点去游离，电弧熄灭，绝缘强度恢复，故障自行消除。此时，如把输电线路的断路器合上，就能恢复供电，从而减少停电时间，提高供电可靠性。当然，输电线路也有少数由线路倒杆、断线、绝缘子击穿或损坏等原因引起的永久性故障，在线路被断开之后，这些故障仍然存在。此时，如把线路断路器合上，线路还要被继电保护动作断路器再次跳开。
因此，由输电线路故障的性质可看出，线路被断开之后，再进行一次合闸，其成功的可能性是很大的，这种合闸固然可以由运行人员手动进行，但由于停电时间长，效果并不十分显著。为此采用自动重合闸装置（简称ZCH）将被切除的线路重新投入运行，来代替运行人员的手动合闸。
线路上装设重合闸后，重合闸本身不能判断故障是否属瞬时性，因此，如果故障是瞬时性的，则重合闸能成功；如果故障是永久性的，则重合后由继电保护再次动作断路器跳闸，重合不成功。运行统计资料表明，输电线路自动重合闸装置的动作成功率（重合闸成功的次数除以重合次数）约在60%~90%之间，可见采用自动重合闸装置的效益是可观的。在输电线路上采用自动重合闸装置后，不仅提高了供电可靠性，而且可提高系统并列运行的稳定性和线路输送容量。还可纠正断路器本身机构不良、继电保护误动作以及误碰引起的误跳闸。另外，由于自动重合闸装置本身费用很低，工作却可靠，所起作用又很大，故在电力系统中获得了极为广泛的应用。《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，对1KV及以上的架空线路和电缆与架空的混合线路，当具有断路器时，应装设自动重合闸装置；对于旁路断路器和兼作旁路的母线联络断路器或分段断路器，宜装设自动重合闸装置；对于低压侧不带电源的降压变压器，应装设自动重合闸装置；必要时母线可装设自动重合闸装置。
由此可见，自动重合闸在线路上的采用是电力系统安全经济运行的客观要求。使用重合闸无疑有两个目的：一是为了保证系统稳定；二是为了恢复瞬时故障线路的运行，从而恢复整个系统的正常运行状态。但是，采用自动重合闸装置后，对系统也带来不利影响，如重合于永久性故障时，系统将再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统的振荡；同时使断路器工作条件恶化，因为在很短时间内断路器要连续两次切断短路电流。
110KV及以下线路，大多采用三相一次重合闸，即不论输电线路发生单相接地故障还是相间故障，都由继电保护动作把断路器的三相一起跳开，然后由自动重合闸装置再次三相投入。根据运行经验，在110KV及以上大接地电流系统的高压架空线路上，短路故障中70%以上是单相接地短路。特别是220KV及以上的架空线路，由于线间距离大，单相接地故障比例甚至高达90%左右。220KV以上的断路器，都是可以分相操作的。因此，当发生单相接地故障时，只把故障相的断路器跳开而后进行重合，而未发生故障的其余两相仍继续运行。这样，不但可以大大提高供电的可靠性和系统并列运行的稳定性，而且还可以减少相间故障的发生。所以，在220KV以上的大接地电流系统中，广泛采用了单相自动重合闸方式，当线路上发生多相故障时，仍应跳开三相断路器，而后根据系统具体情况，或进行三相重合或不再重合，即单相短路—单相跳闸—单相自动重合—若为永久性故障，则三相跳闸。
所以在设计线路重合闸时应将三相自动重合闸和单相自动重合闸这两种方式综合起来考虑，构成综合自动重合闸（简称综合重合闸）装置。经过切换开关的切换，综合重合闸装置一般实现几种重合闸方式。下面，我简单介绍一下我们经常采用的几种重合闸方式、实现综合重合闸的选相元件、以及单相自动重合闸在应用中应考虑的几个问题：
一、 综合重合闸的重合闸方式
综合考虑单相自动重合闸和三相自动重合闸的装置称综合重合闸装置，它可实现的重合闸方式如下：
1、 综合自动重合闸方式
线路上发生单相故障时，实现单相自动重合闸，当重合到永久性故障时，跳开三相并不再进行自动重合；线路上发生相间故障时，实现三相自动重合闸，当重合到永久性故障时，跳开三相并不再进行自动重合。
2、 三相重合闸方式
线路上发生任何形式的故障，均实行三相自动重合闸，到永久性故障时，跳开三相并不再进行自动重合。
3、 单相重合闸方式
线路上发生单相故障时，实现单相自动重合闸，到永久性故障时，跳开三相并不再进行自动重合。线路上发生相间故障，则跳开三相并不再进行重合。
4、 特殊重合闸方式
这种方式只在近几年新型的综合重合闸装置中采用，即线路上发生单相故障时，跳开三相，实行三相自动重合闸。线路上发生相间故障，则跳开三相并不再进行自动重合
5、 停用方式
线路上发生任何形式的故障均跳开三相不进行自动重合。
虽然单相和综合重合闸具有很大的技术经济价值，但和三相重合闸相比，具有：元件和接线都比较复杂，试验工作量大；使用单相和综合重合闸，线路必然会出现非全相运行，因而加重继电保护复杂化的程度；使用单相和综合重合闸，除了有选相能力的继电保护外，其他保护必须经选相元件控制，才能动作与断路器，因而延长了切除故障的时间，回路也复杂。基于上述原因，并不是每条超高压输电线路上均装设综合重合闸，而应该根据系统运行的需要，考虑系统运行的稳定性以及发展远景，决定是否采用综合重合闸
二、 选相元件
选相元件是实行综合重合闸的主要元件，其作用是当线路上发生单相接地故障时，选出故障相。对选相元件与继电保护配合只跳开发生故障的那一相，而其它两相的选相元件不应动作；其次是故障相末端单相接地故障时，选相元件有足够的灵敏性。
常用的选相元件有如下几种：
1、 相电流选相元件
系统的三相各装一个过电流继电器作为相电流选相元件，其动作电流按躲过最大负荷电流来整定。这种选相元件适用于装在线路的电源端，并仅在短路电流较大的线路上采用，对于长距离重负荷线路往往不能采用。
2、 相电压选相元件
系统的三相均装设一个低电压继电器作为相电压选相元件，其动作电压按小于正常运行以及非全相运行时母线可能出现的最低电压来整定。这种选相元件适用于装设在小电源侧或单电源线路的受电侧。
3、 阻抗选相元件
用三个低阻抗继电器作为阻抗选相元件，分别接在三个相电压和经零序补偿的相电流上，以保证继电器的测量阻抗与短路点到保护安装地点之间的正序阻抗成正比。
对于故障相与非故障相，其测量阻抗差别很大，易于区分，因此，阻抗选相元件能正确地选择故障相，具有较好的选择性和较高的灵敏性，在复杂电网中应用广泛。
阻抗选相元件可以采用全阻抗继电器、方向阻抗继电器或带偏移特性的低阻抗等。目前，多采用方向阻抗继电器。
4、 相电流差突变量选相元件
相电流差突变量选相元件是利用每两相的相电流差在故障时发生突变的原理构成的。这种选相元件，在正常运行或非全相运行的负荷状态和系统振荡的情况下，都不会动作，选相性能好，它不需躲过负荷电流，具有较高的灵敏性，广泛用于高压和超高压输电线路的重合闸装置中。
三、单相自动重合闸应考虑的几个问题
当线路发生单相接地短路时，故障相自两侧断开后，由于非故障相与断开相之间存在静电和电磁的联系，虽然短路电流已被切断，但故障点弧光通道中仍有一定数值的电流通过，此电流称为潜供电流。由于潜供电流的影响，短路时弧光通道的去游离受到严重的阻碍，而自动重合闸只有在故障点电弧熄灭，且绝缘强度恢复以后，才有可能成功。因此，单相重合闸过程中出现的非全相运行状态对保护的影响，以及单相重合闸过程中出现的潜供电流，是220KV以上架空线路采用单相重合闸需考虑的因素。
1、 单相重合闸过程中出现的非全相运行使系统出现纵向不对称，产生负序和零序分量，对保护有何影响？应采取什么措施？
（1） 零序电流保护：非全相运行一般只引起零序过电流保护误动，但当非全相运行再发生振荡时，则会引起零序速断和零序限时速断保护误动。
（2） 距离保护：当距离保护的振荡闭锁回路是利用负序分量启动时，非全相运行将使距离保护因振荡闭锁回路启动而退出工作。非全相再发生振荡时，阻抗继电器可能误动作。
（3） 方向高频保护：当反应负序功率方向时，电压互感器接于母线侧，在非全相运行中保护会误动，电压互感器接于线路侧不会误动。
（4） 相差高频保护：非全相运行中的负序分量电流由线路一侧流向另一侧，相当于外部故障，保护不会误动。
为实现对会误动保护的非全相运行闭锁，可在单相重合闸与保护连接端设立两个端子。
2、 单相重合闸过程中为何会出现潜供电流？潜供电流与哪些因素有关？对单相重合闸有何影响？可采取哪些措施减小这种影响？
当线路瞬时性单相接地保护跳开一相后，健全相通过相间及相对地电容向故障点供给电容电流。同时，健全相负荷电流通过相间互感器耦合在故障相产生感应电势，通过相间及对地电容向故障点提供感应电流。这两部分电流共同构成潜供电流。潜供电流大小与线路参数有关。一般来说，线路电压越高，负荷电流也越大，潜供电流也越大。由于潜供电流的存在，故障点电弧不易熄灭，使单相重合延时。当采用快速单相重合闸时，可能使单相重合失效而跳开三相。
对潜供电流采取的措施有：
（1） 利用架空地线减小潜供电流的电感分量，健全相通过互感器耦合在故障点及在架空地线上产生的电感性电流方向相反而互消。
（2） 将超高压输电线并联电抗器中性点经一小电抗接地。适当选择小电抗值，利用相间及对地电感补偿高压输电线上相间及相对地电容，从而减小潜供电流，加速潜供电流的自灭。
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