输电线路三相自动重合闸
输电线路三相自动重合闸
自动重合闸装置是将因故跳开后的断路器按需要自动再投入的一种自动装置（简称ARC）。电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，而永久性故障一般不到10%。因此，在由继电保护动作切除短路故障之后，电弧将自动熄灭，绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线路的送电容量。电力系统输电线路特别是架空线路最容易发生故障，为提高输电线路运行的可靠性，架空线路广泛采用自动重合闸装置。
但是当重合闸重合于永久性故障时，也有其不利的影响，主要表现在两个方面∶
（1）使电力系统又一次受到故障冲击。
（2）使断路器的工作条件变得更加严重，因为断路器要在短时间内连续两次切断故障电流。
ARC应满足下列基本要求∶
（1）自动重合闸可按控制开关位置与断路器位置不对应的原理启动，对综合重合闸，宜实现由保护同时启动的方式。
（2）用控制开关或通过遥控装置将断路器断开，或将断路器投于故障线路上，而随即由保护将其断开时，自动重合闸装置均不应动作。
（3）在任何情况下（包括装置本身的元件损坏，以及继电器触点粘住或拒动），自动重合闸的动作次数应符合预先的规定（如一次重合闸只应动作一次）。
（4）自动重合闸动作后，应自动复归。
（5）自动重合闸应能在重合闸后，加速继电保护的动作。必要时，可在重合闸前加速其动作。
（6）自动重合闸应具有接收外来闭锁信号的功能。特别是当断路器处于不允许实现重合闸的不正常状态（如断路器未储能）时，或当系统频率降低到按频率自动减负载装置动作将断路器跳开时，能自动地将ARC闭锁。
自动重合闸装置的类型很多，根据不同特征，通常可分为如下几类∶
（1）按作用于断路器的方式，可分为三相、单相和综合重合闸三种。
（2）按动作次数，可分为一次式和二次式（多次式）。
（3）按重合闸的使用条件，可分为单侧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和检定同期重合闸、快速重合闸、非同期重合闸等。
这里介绍单侧电源线路的三相一次ARC，并在此基础上引入双侧电源线路的三相一次自动重合闸方式。
一、单侧电源线路的三相一次自动重合闸
单侧电源线路是指单侧电源辐射状单回线路、平行线路和环状线路，其特点是仅由一个电源供电，不存在非同期重合闸问题，重合闸装置装于线路送电侧。重合闸时间除应大于故障点熄弧时间及周围介质去游离时间外，还应大于断路器及操作机构恢复到准备合闸状态（复归原状准备好再次动作）所需的时间。
在我国的电力系统中，单侧电源线路广泛采用三相一次重合闸方式。所谓三相一次重合闸方式是指不论在输电线路上发生相间短路还是单相接地短路，继电保护装置都应动作将线路三相断路器一起断开，然后重合闸装置动作，将三相断路器重新合上的重合闸方式。若故障为瞬时性，重合成功;若故障为永久性，则继电保护再次将三相断路器一起断开，不再重合。其工作流程如图3-19所示。
二、双电源线路的三相自动重合闸
在双电源线路上实现重合闸的特点是必须考虑
线路跳闸后电力系统可能分裂成两个彼此独立的部分，有可能进入非同期运行状态，因此除应满足单电源线路的三相自动重合闸的基本条件外，还必须考虑时间配合和同期条件两个问题。所谓时间配合，是指线路两侧保护装置可能以不同时限断开两侧断路器。重合闸时间应考虑故障电弧的熄灭时间和足够的去游离时间，并留有一定时间裕度，通常取0.5～3.0s。所谓同期问题，是指线路断路器断开后，线路两侧电源电动势相位差将增大，有可能失去同期。这时，后合闸一侧的断路器重合闸时，应考虑线路两侧电源是否同期以及是否允许非同期合闸问题。一般情况下，双电源线路应采用检查线路无电压（简称"检无压"）和检查同期（简称"检同期"）的三相自动重合闸。显然，这种重合闸方式不会产生危及设备安全的冲击电流，也不会引起系统振荡。合闸后能很快拉入同期，其工作流程如图3-20所示。对干双电源供电的平行线路，可采用检查相邻线路有电流的三相自动重合闸。
如图3-21所示为双侧电源线路检无压和检同期的三相自动重合闸的原理示意图。这和重合闸方式通过在单侧电源线路的三相一次自动重合闸的基础上增加附加条件来实现的。即除在线路两侧均装设单侧电源线路三相一次重合闸 ARC外，两侧还装设有检定线路无压的低电压元件（KV）和检定两侧电源同步的检同期元件（KSY）。正常运行时，两侧KSY共投入，而KV仅一侧投入，另一侧KV通过控制字断开。通过KV定期改换工作方式，可比使两侧断路器的工作条件接近，同时也可以选择其中对系统稳定性危害较少的一侧先合，以减少重合不成功时对系统的冲击，防止重合不成功时对机组的损伤。
当线路发生故障，两侧断路器跳闸以后，采用"检无压"重合的一侧的重合闸先动作，如果故障继续存在，则断路器再次跳闸，重合不成功。此时，由于线路采用"检同期"重合闸的一侧检不到电压，根本不会重合。如果重合成功，则采用"检同期"重合的一侧在检定同期之后断路器合闸，则线路恢复供电。
在采用"检无压"重合闸的一侧，当其断路器在正常运行情况下由于某种原因（如误碰跳闸机构，保护误动作等）而跳闸时，由于对侧并未动作，线路上有电压，因而不能实现重合，所以通常都是在"检无压"的一侧也同时投入"检同期"功能。
三、重合闸与继电保护的配合
为了能尽量利用重合闸所提供的条件加速切除故障，继电保护与自动重合闸装置必须适当配合，一般采用如下两种方案。
1.重合闸前加速保护
重合闸前加速保护方式一般用于多级辐射型线路中。当线路上（包括相邻线路及以后的线路）发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作于跳闸，重合闸后，如为永久性故障，则按照保护的时限配合实行选择性跳闸。
这种先用速断保护无选择地将故障切除，然后再进行重合闸的方式，称为ARC前加速保护方式。它既能加速切除瞬时性故障，又能在ARC动作后有选择性地断开永久性故障。
ARC前加速保护方式的优点是能快速切除瞬时性故障;其缺点是保护首次会无选择性，一旦断路器或ARC拒动，将使停电范围扩大，且配置有ARC功能的断路器动作次数较多。
ARC前加速保护方式主要适用于10kV的直配线上，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。
2.重合闸后加速保护
当线路发生故障后，保护有选择性地动作切除故障后，重合闸装置进行一次重合以恢复供电。若重合于永久性故障时，保护装置瞬时动作断开断路器，这种方式称为重合闸后加速。
"后加速"的配合方式广泛地应用于35kV及以上的网络及对重要负载供电的送电线路上。因为在这些线路上都装有性能比较完善的保护装置，如三段式电流保护、距离保护等。因此，第一次有选择性地切除故障时间均为系统运行所允许的，而在重合闸以后，如果是永久性故障，选择性已在第一次切除故障时满足，所以可加速保护的动作，以便更快地切除永久性故障。
"后加速"的优点是保护动作是有选择性地切除故障，不会扩大停电范围;且保证了永久性故障在重合闸后能瞬时切除。
为了适应高压电网加速保护的要求，在手动合闸时也启动后加速，以便于手动合闸于故障线路时加速切除故障。
目前在电力系统中，当采用检定同期重合闸时，不采用后加速。因为若故障属于永久性故障，无压侧重合后已再次断开，此时采用后加速已无意义。若故障属于瞬时性故障，无压侧重合成功，故障已不存在，故检同期侧不采用后加速，以免合闸冲击电流引起误动。重合闸后加速广泛应用在高压、低压成套保护中。被加速的保护可以是独立整定的电流保护（称为加速段）。
四、重合闸和加速保护逻辑
如图3-22所示为三相一次自动重合闸和保护加速逻辑框图。图中IAjs、IBjs、ICjs为加速段电流元件，IA、IB、IC为检测线路有无电流的元件，T1为重合闸充电的时间元件，T2、T4为手动合闸、自动重合加速保护的时间元件，T5为重合闸动作的时间元件，KG4为加速段保护投退控制字，KG5为重合闸动作前保护加速控制字，KG6为不检无压不检同期控制字，KG7为检线路无压重合的控制字，KG8为检同期重合的控制字，KG9为二次重合的控制字。动作原理说明如下。
（1）断路器投入运行（QF未跳闸）、保护未启动、在没有闭锁重合闸信号时，T1时间元件开始充电，经15s充满电，为重合闸启动做好准备（为与门Y1动作准备条件）。
（2）保护动作或断路器跳闸，在三相确认无电流后（IA、IB、IC电流元件均不动作），与门Y1动作，重合闸即启动。
（3）若是不检无压不检同期重合闸，则KG6为"1"，T5 启动;若是检无压及检同期侧，则KG7、KG8为"1"（线路侧电压小于30%Un检为无压;线路侧电压大于70%Un，检为有压），T5启动;若是检同期侧，则KG8为"1"，T5启动。T5启动后，经tch时间，发出重合闸动作脉冲，命断路器重合。
（4）在 T5时间元件动作发出重合脉冲瞬间，T4输出3s宽的加速脉冲（KG5 断开时），对保护实现加速，这是重合闸动作后加速保护;当KG5 为"1"时，T4时间元件不会启动，此时只要 T1充好电（即T1时间元件动作），与门Y2动作，对保护实现加速，这是重合闸动作前加速保护。
手动合闸时，通过 T2时间元件动作，实现加速保护，加速保护的时间为3s。
（5）A为"1"时，T1时间元件瞬时放电并禁止充电，重合闸被闭锁。遥控跳闸、手动跳闸、控制回路断线、外部闭锁、低频减载（低压减载）动作、弹簧未储能、过负载保护动作等均闭锁重合闸。
一次重合闸时（KG9为"0"），重合闸在发出重合闸脉冲的同时，将T1时间元件瞬时放电，因要15s才能开放重合闸，所以即使重合于永久性故障，重合闸不会再次重合。如是二次重合闸，则第二次重合闸动作时才对 T1时间元件放电。