綜合重合閘與繼電保護(hù)的配合研究

徐 健

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶402160）

1 綜合重合閘的運(yùn)行方式

（1）綜合重合閘方式。當(dāng)電力線路發(fā)生短路時(shí)，首先應(yīng)判斷短路類型，看是屬于單相故障還是相間故障。如果是單相故障，則只跳開故障相，瞬時(shí)性故障下重合后即可恢復(fù)運(yùn)行，永久性故障下再跳開三相，并不再重合；如果是相間故障，無(wú)論是兩相相間還是三相相間，都直接跳三相，瞬時(shí)性故障下重合三相恢復(fù)運(yùn)行，永久性故障下重合后再斷開，并不再進(jìn)行重合。（2）三相重合閘方式。電力線路上無(wú)論是單相短路故障還是相間短路故障，都是直接跳三相，即將3個(gè)斷路器同時(shí)斷開，再同時(shí)重合。如果是瞬時(shí)性故障，則重合成功；如果是永久性故障，則再次斷開三相斷路器，并不再進(jìn)行重合。（3）單相重合閘方式。電力線路上發(fā)生的是單相接地短路時(shí)，只對(duì)故障相斷路器進(jìn)行斷開，然后重合，非故障相則可繼續(xù)運(yùn)行。（4）停用方式。指的是將綜合重合閘閉鎖，即電力線路上無(wú)論發(fā)生什么樣的故障，都只是將斷路器斷開，但不進(jìn)行重合。

2 綜合重合閘的特殊問題

綜合重合閘比一般的三相重合閘只是多了一個(gè)單相重合閘的性能。因此，綜合重合閘需考慮的特殊問題是由單相重合閘引起的，主要有：（1）需要設(shè)置故障判別元件和故障選相元件；（2）應(yīng)考慮潛供電流對(duì)綜合重合閘裝置的影響；（3）應(yīng)考慮非全相運(yùn)行對(duì)繼電保護(hù)的影響；（4）若單相重合閘失敗，一般系統(tǒng)不允許長(zhǎng)時(shí)間非全相運(yùn)行，則需要考慮斷開三相斷路器。

2.1 故障判別元件和故障選相元件

（1）電壓選相元件。當(dāng)某相發(fā)生單相短路時(shí)，電壓值降低并出現(xiàn)零序電壓，可利用零序電壓繼電器作為電壓選相元件選出故障相。（2）電流選相元件。利用短路時(shí)電流變大的特點(diǎn)設(shè)置電流繼電器即可。（3）阻抗選相元件。根據(jù)短路時(shí)電流變大、電壓降低的特點(diǎn)可知阻抗值會(huì)明顯變小，據(jù)此設(shè)置阻抗繼電器。（4）相電流差突變電選相元件。當(dāng)某相發(fā)生單相短路故障時(shí)，該相與相鄰兩相的差值會(huì)發(fā)生突變。

2.2 潛供電流對(duì)綜合重合閘動(dòng)作時(shí)間的影響

當(dāng)電力線路發(fā)生單相接地短路故障時(shí)，按照綜合重合閘的要求故障相應(yīng)立即斷開，非故障相可以繼續(xù)運(yùn)行。之后故障相由于沒有了電源，故障消失，但卻與兩個(gè)非故障相形成了電壓差，非故障相與故障相就相當(dāng)于是電容的兩塊極板，形成潛在的電容電流。另外，故障相雖沒有電源，但卻是在非故障相的磁場(chǎng)中，會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，所以故障相與大地也會(huì)形成電壓差，也相當(dāng)于是電容的兩塊極板，又形成一個(gè)電容電流。這些電容電流都是潛在的，其和稱為潛供電流。

由于存在潛供電流，總的電流值會(huì)增大，短路電流也會(huì)增大，則斷路器斷開時(shí)所產(chǎn)生的電弧也隨之增大，電弧熄滅的時(shí)間將延長(zhǎng)。而重合閘只有等電弧熄滅后才可以進(jìn)行動(dòng)作，所以重合閘的動(dòng)作時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加。

2.3 非全相運(yùn)行對(duì)繼電保護(hù)的影響

綜合重合閘要求在單相接地短路時(shí)只跳開故障相的斷路器，這樣在重合閘周期內(nèi)出現(xiàn)了只有兩相運(yùn)行的非全相運(yùn)行狀態(tài)，使線路處于三相不對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)，在此狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流、負(fù)序電壓以及零序電流和零序電壓。這些負(fù)序、零序的電流電壓分量都可能會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的某種繼電保護(hù)動(dòng)作，這種動(dòng)作是不必要的，所以，相應(yīng)的繼電保護(hù)應(yīng)在單相重合閘動(dòng)作時(shí)予以閉鎖，或在保護(hù)的動(dòng)作值上躲開非全相運(yùn)行或動(dòng)作時(shí)限大于單相重合閘周期。當(dāng)零序電壓或負(fù)序電壓取自線路側(cè)電壓互感器時(shí)，保護(hù)在非全相運(yùn)行時(shí)不會(huì)誤動(dòng)作。

2.4 若單相ARC不成功應(yīng)考慮的問題

若單相重合閘失敗，一般系統(tǒng)只允許工作2 h，超出則必須考慮以下問題：（1）長(zhǎng)期出現(xiàn)負(fù)序電流對(duì)發(fā)電機(jī)的影響；（2）長(zhǎng)期出現(xiàn)負(fù)序和零序電流對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響；（3）長(zhǎng)期出現(xiàn)零序電流對(duì)通信線路的干擾。

3 對(duì)綜合重合閘接線回路的基本要求

（1）綜合重合閘的啟動(dòng)方式。在綜合重合閘的啟動(dòng)回路中有兩種啟動(dòng)方式，其中以不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)的方式為主，保護(hù)啟動(dòng)方式作為補(bǔ)充。（2）綜合重合閘的運(yùn)行方式。重合閘應(yīng)配置功能切換開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)綜合重合閘、三相重合閘、單相重合閘和停用重合閘4種不同的運(yùn)行方式。（3）綜合重合閘與繼電保護(hù)的配合在設(shè)置綜合重合閘的線路上，保護(hù)動(dòng)作后一般要經(jīng)過(guò)綜合重合閘才能使斷路器跳閘，考慮到非全相運(yùn)行時(shí)某些保護(hù)可能誤動(dòng)，須采取措施進(jìn)行閉鎖，因此，為滿足綜合重合閘與各種保護(hù)之間的配合，一般設(shè)有5個(gè)保護(hù)接入端子，即 M、N、P、Q、R端子。1）M端子接本線路非全相運(yùn)行時(shí)會(huì)誤動(dòng)而相鄰線路非全相運(yùn)行時(shí)不會(huì)誤動(dòng)的保護(hù)；2）N端子接本線路和相鄰線路非全相運(yùn)行時(shí)不會(huì)誤動(dòng)的保護(hù)，如相差高頻保護(hù)；3）P端子接相鄰線路非全相運(yùn)行時(shí)會(huì)誤動(dòng)的保護(hù)；4）Q端子接任何故障都必須切除三相并允許進(jìn)行三相重合的保護(hù)，如進(jìn)行重合閘的母線保護(hù)；5）R端子接只要求跳三相斷路器而不再進(jìn)行重合閘的保護(hù)，如長(zhǎng)延時(shí)的后備保護(hù)。（4）當(dāng)選相元件拒動(dòng)時(shí)，應(yīng)能跳開三相斷路器并進(jìn)行三相重合。如重合不成功，應(yīng)再次跳三相。（5）當(dāng)單相接地故障時(shí)，故障相跳開后重合閘拒絕動(dòng)作時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)跳開其余兩相。（6）無(wú)論單相或三相重合閘，在重合不成功后，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)加速切除三相斷路器，即實(shí)現(xiàn)重合閘后加速。

4 綜合重合閘與繼電保護(hù)的配合

自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)都屬于電力系統(tǒng)的二次設(shè)備，即對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)、控制的自動(dòng)裝置，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系，只有在一起配合得當(dāng)，才可能發(fā)揮出最大的作用。它們的配合方式有兩種，一種是在重合閘之前加速繼電保護(hù)動(dòng)作，另一種是在重合閘之后加速繼電保護(hù)動(dòng)作。

4.1 自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)

自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)，指的是在線路首端即最靠近電源的一端裝設(shè)重合閘，其他地方都不設(shè)置。當(dāng)電力線路上任一點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，都只跳開離電源最近的這個(gè)斷路器，而且是加速跳開，然后再進(jìn)行重合，所以稱為重合閘前加速保護(hù)，簡(jiǎn)稱“前加速”。

當(dāng)線路上任意一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，電流速斷保護(hù)因不帶延時(shí)，故總是首先動(dòng)作瞬時(shí)跳開電源側(cè)斷路器，然后啟動(dòng)重合閘裝置，將該斷路器重新閉合。如果是瞬時(shí)性故障，則重合成功，恢復(fù)運(yùn)行；如果是永久性故障，再根據(jù)選擇性的要求斷開相應(yīng)的線路繼路器。

采用ARC前加速的優(yōu)點(diǎn)主要是當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)能很快恢復(fù)運(yùn)行，而且只使用了一套重合閘裝置，投資少，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)主要是當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，要使斷路器多動(dòng)作一次，切除故障時(shí)間變長(zhǎng)，短路影響增大，隨著動(dòng)作次數(shù)的增加，對(duì)電源側(cè)第一個(gè)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)有較大影響。因此，前加速僅用于容量小、電壓低的電力系統(tǒng)中，比如35 k V以下的電力系統(tǒng)。

4.2 自動(dòng)重合閘后加速保護(hù)

自動(dòng)重合閘后加速保護(hù)，指的是在每條線路上都裝設(shè)一套重合閘。當(dāng)電力線路上某點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，先根據(jù)選擇性跳開斷路器，然后重合，如果是瞬時(shí)性故障，重合成功，則恢復(fù)運(yùn)行；如果是永久性故障，重合不成功，則加速斷開，所以稱為重合閘后加速保護(hù)，簡(jiǎn)稱“后加速”。

采用ARC后加速的優(yōu)點(diǎn)是滿足了繼電保護(hù)選擇性的要求，哪里出故障就斷開哪里的斷路器，不會(huì)使停電范圍擴(kuò)大，而且即便遇到了永久性故障也可以加速斷開，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。缺點(diǎn)是由于保證了選擇性，因而對(duì)于瞬時(shí)性故障反應(yīng)較前加速要慢，并且要設(shè)置多套重合閘裝置，投資大。所以，一般只有在大容量、高電壓的系統(tǒng)中才會(huì)使用“后加速”，比如35 k V及以上的電力系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合重合閘既可斷開三相斷路器，又可斷開單相斷路器，它可根據(jù)自帶的邏輯器件進(jìn)行分析，應(yīng)該說(shuō)是種較智能的重合閘方式。綜合重合閘與繼電保護(hù)一起配合使用，可以最快的速度處理瞬時(shí)性短路故障，提高了電力系統(tǒng)的供電可靠性。

［1］趙維洲，吳政寬.220 k V線路綜合重合閘的使用分析［J］.華北電力技術(shù)，2005（S1）.

［2］戴列峰，蘇理，戴湘寧.110 k V及以上電力系統(tǒng)重合閘運(yùn)行方式綜述［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2012（2）.