自动装置接线与测量优化方案

相关知识

一、自动重合闸装置（ARD）

电力系统的运行经验证明：架空线路上的故障大多数是瞬时故障，如雷电的放电等。这些故障虽然引起断路器跳闸，但故障消除后，故障点的绝缘一般能自行恢复。如果断路器再合闸，便可以立即恢复供配电，从而提高供配电的可靠性。自动重合闸装置就利用了这一特点。

能使断路器因保护动作跳闸后自动重新合闸的装置称为自动重合闸装置，简称ARD或ZCH。在1 kV 以上的架空线路和电缆线路与架空混合线路中，当装有断路器时，一般均应装设自动重合闸装置；对电力变压器和母线，必要时可以装设自动重合闸装置；电缆线路中一般不用自动重合闸装置，因为电缆线路中的大部分跳闸多因电缆、电缆头或中间接头绝缘破坏所致，这些故障一般不是瞬时的。

1）自动重合闸装置的分类

（1）按照ARD 的作用对象分，可分为线路、变压器和母线的重合闸，其中以线路的自动重合闸应用最广。

（2）按照ARD 的动作方法分，可分为机械式重合闸和电气式重合闸。前者多用在断路器采用弹簧式或重锤式操动机构的变电所中，后者多用在断路器采用电磁式操动机构的变电所中。

（3）按照ARD 的使用条件分，可分为单侧或双侧电源的重合闸，在工厂和农村电网中前者应用最多。

（4）按照ARD 和继电器保护配合的方式分，可分为ARD 前加速、ARD 后加速和不加速三种，究竟采用哪一种，应视电网的具体情况而定，但以ARD 后加速应用较多。

（5）按照ARD 的动作次数分，可分为一次重合闸、二次重合闸或三次重合闸。

2）对自动重合闸装置的基本要求

（1）当值班人员手动操作或由遥控装置将断路器断开时，ARD 装置不应动作。当手动合上断路器时，由于线路上有故障随即由保护装置将其断开后，ARD 装置也不应动作。

（2）除上述情况外，当断路器因继电保护或其他原因而跳闸时，ARD 均应动作，使断路器重新合闸。

（3）为了能够满足前两个要求，应优先采用控制开关位置与断路器位置不对应原则来启动重合闸。

（4）无特殊要求时对架空线路只重合闸一次，当重合于永久性故障而再次跳闸后，就不应再动作。

（5）自动重合闸动作以后，应能自动复归准备好下一次再动作。

（6）自动重合闸装置应能够在重合闸以前或重合闸以后加速继电保护动作，以便更好地和继电保护相配合，减少故障切除时间。

（7）自动重合闸装置动作应尽量快，以便减少工厂的停电时间。一般重合闸时间为0.7 s 左右。

3）自动重合闸继电器的结构和工作原理

DH－2 型自动重合闸继电器由一个时间继电器（时间元件）、一个电码继电器（中间元件）及一些电阻、电容元件组成，其原理接线图如图6－22所示。

图6－22　DH－2 型自动重合闸继电器接线图

（1）时间元件KT。该元件由DS－22 型时间继电器构成，用以调整从装置启动到发出接通断路器合闸线圈回路的脉冲为止的延时，该元件有一对延时且可调整的常开触点和一对延时常闭触点及两对瞬时转换触点。

（2）中间元件KM。该元件由电码继电器构成，是装置的出口元件，用以发出接通断路器合闸线圈回路的脉冲。继电器的线圈由两个绕组构成，一是电压绕组（U），用于中间元件的启动；二是电流绕组（I），用于保持中间元件的吸合。

（3）电容器C。该元件用于保证KAR 只动作一次。

（4）充电电阻R4。该元件用于限制电容器的充电电流，从而影响充电速度。

（5）附加电阻R5。时间元件KT 启动后，R5 即串入其线圈回路内，用于保证KT 线圈的热稳定性。

（6）放电电阻R6。在保护动作，但重合闸不应动作（禁止重合闸）时，电容器经过R6 放电。

（7）信号灯HL。在装置的接线中，HL 用于监视中间元件的触点、控制开关的接通位置及控制母线的电压。故障发生时以及控制母线电压中断时，信号灯应熄灭。

（8）附加电阻R7。该元件用于限制信号灯的电流。

输电线路在正常情况下，KAR 中的电容C 经电阻R4 充满电，整个装置准备动作。需要重合闸时，启动信号接通时间元件KT，经过延时后触点KT（3～4）闭合，电容器C 通过KT（3～4）对KM（U）放电，KM 吸合工作，出口处输出重合闸信号。电容器的放电电流是衰减的，为了保持KM 吸合，KM 中还设了一个KM（D）绕组，将其串接在KM 的出口回路中，靠其输出电流本身来维持KM 的吸合，直到外部切断该电流（完成合闸任务后）为止。如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功，KT 的启动信号随之消失，继电器的触点立即复位。如线路上存在永久性故障，KAR 只动作一次。

4）电气一次自动重合闸装置

电气一次自动重合闸装置原理图如图6－23所示。重合闸继电器采用DH－2 型，SA1为断路器控制开关，SA2 为自动重合闸装置选择开关（只有ON 和OFF 两个位置），用于投入和解除ARD。

图6－23　电气一次自动重合闸装置原理图

（1）故障跳闸后的自动重合闸过程。线路正常运行时，SA1 和SA2 都扳到合闸（ON）位置。重合闸继电器KAR 中的电容器C 经R4 充电，指示灯HL 亮，表明母线电压正常，电容器已在充电状态。

一次线路发生故障时，保护装置发出跳闸信号，跳闸线圈YR 得电，断路器跳闸。QF 的辅助触点全部复位，而SA1 仍在合闸位置。QF（1—2）闭合，通过SA1（㉑－㉓）触点给KAR 发出重合闸信号。经KT 延时，出口继电器KM 给出重合闸信号，其常闭触点KM（1—2）断开，使HL 熄灭，表示KAR 已经动作，其出口回路已经接通；合闸接触器KO 经＋WC→SA2→KM（3—4）→KM（5—6）→KM 电流线圈→KS →XB →KM1（3—4）→QF（3—4）接通负电源，从而使断路器重新合闸。触点QF（1—2）断开，解除重合闸启动信号，触点QF（3—4）断开合闸回路，亦使KAR 的中间继电器KM 复位，解除KM 自锁；若线路故障是暂时的，此时故障应已消失，继电器保护不会再动作，则重合闸合闸成功；若故障是永久性的，则继电保护又使断路器跳闸，QF（1—2）再次给出重合闸启动信号，但这段时间内KAR 中正在充电的电容器C 两端电压没有上升到KM 的工作电压，KM 拒动，断路器就不会再次合闸，从而保证了一次重合闸。

在KAR 的出口回路中串联信号继电器KS，是为了记录KAR 的动作，并为KAR 动作发出灯光信号和音响信号。(www.xing528.com)

（2）手动跳闸时，重合闸不应重合。人为操作断路器跳闸是运行的需要，无须重合闸。利用SA1 的触点（㉑－㉓）和（②—④）来实现。控制开关跳闸时，SA1 的（㉑－㉓）触点不通，跳闸后仍保持断开状态，从而可靠切断了重合闸的正电源，使重合闸不可能动作。此外，在“预备跳闸”和“跳闸”后，SA1 的（②—④）触点接通，使电容器与R6 并联，C 充电不到电源电压而不能重合闸。

（3）防跳功能。当ARD 重合永久性故障时，断路器将再一次跳闸，为了防止KAR 中的出口继电器KM 的输出触点有粘连现象，设置了KM 两对触点（3—4）、（5—6）串联输出，若有一对触点粘连，另一对也能正常工作。另外，KM1的电流线圈因跳闸而被启动并自锁，触点KM1（1—2）闭合，KM1电压线圈通电保持，KM1（3—4）断开，切断合闸回路，防止跳跃现象。

（4）采用了后加速保护装置动作的方案。一般线路都装有带时限过电流保护和电流速断保护。如果故障发生在线路末端的“死区”，则速断保护不会动作，过电流保护将延时动作于断路器跳闸。如果一次重合闸后，故障仍未消除，过电流保护继续延时使断路器跳闸。这将使故障持续时间延长，危害加剧。本电路中，KAR 动作后，一次重合闸的同时，KM（7—8）闭合，接通加速继电器KM2，其延时断开的常开触点KM2立即闭合，短接保护装置的延时部分为后加速保护装置动作做好准备。若一次重合闸后故障仍存在，保护装置将不经延时，由触点KM2 直接接通保护装置的出口元件，使断路器快速跳闸。ARD 与保护装置的这种配合方式称为ARD 后加速。

ARD 与继电保护的配合还有一种前加速的配合方式。不管哪一段线路发生故障，均由装设于首端的保护装置动作，瞬时切断全部供配电线路，继而首端的ARD 动作，使首端断路器立即重合闸。如为永久性故障，再由各级线路按其保护装置整定的动作时间有选择性地动作。

ARD 后加速动作能快速地切除永久性故障，但每段线路都需装设ARD；前加速保护使用ARD 设备少，但重合闸不成功会扩大事故范围。

二、备用电源自动投入装置（APD）

在对供配电可靠性要求较高的变电所中，通常采用两路及以上的电源进线。或互为备用，或一为主电源，另一为备用电源。备用电源自动投入装置就是当主电源线路发生故障而断电时，能自动且迅速将备用电源投入运行，以确保供配电可靠性的装置，简称APD。

当工作电源不论由于何种原因而失去电压时，备用电源自动投入装置（APD）能够将失去电压的电源切断，随即将另一备用电源自动投入以恢复供配电。

1.对备用电源自动投入装置的基本要求

对备用电源自动投入装置的基本要求具体如下：

（1）工作电源不论因何种原因消失时，APD 应动作。

（2）工作电源继电保护动作（负载侧故障）跳闸或备用电源无电时，APD 均不应动作。

（3）APD 只应动作一次，以免将备用电源合闸到永久性故障上去。

（4）APD 的动作时间应尽量缩短。

（5）电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时，APD 不应误动作。

（6）主电源正常停电操作时APD 不能动作，以防止备用电源投入。

2.备用电源自动投入装置的接线

由于变电所电源进线及主接线的不同，因而对所采用的APD 要求和接线也有所不同。如APD 有采用直流操作电源的，也有采用交流操作电源的。电源进线运行方式有主（工作）电源和备用电源方式，也有互为备用电源方式。

（1）主电源与备用电源方式的APD 接线。图6－24所示为采用直流操作电源的备用电源自动投入原理接线图。当主（工作）电源进线因故障断电时，失压保护动作，使QF1跳闸，其辅助常闭触点QF1（1—2）闭合，常开触点QF1（3—4）打开，时间继电器KT 线圈失电，由于KT 触点延时打开，故在其打开前，合闸接触器KM 得电，QF2 的合闸线圈YO2通电合闸，QF2两侧面的隔离开关预先闭合，备用电源被投入。应当注意，这个接线比较简单，有些未画出，如母线WB 短路引起QF1跳闸，也会引起备用电源自动投入，这是不允许的。只有电源进线上方发生故障，而QF1以下部分没有发生故障时，才能投入备用电源，只要是QF1以下线路发生故障，就会引起QF1 跳闸，应加入备用电源闭锁装置，禁止APD 投入。

图6－24　备用电源自动投入原理接线图

（a）一次电路；（b）二次回路展开图

（2）互为备用电源的APD 接线。当双电源进线互为备用时，要求任一主工作电源消失时，另一路备用电源自动投入装置动作。接线图如图6－25所示。

图6－25　双电源互为备用方式的APD 接线

（a）一次电路；（b）二次回路展开图；（c）电压互感器与电流互感器的接线

正常时QF1和QF2合闸，QF2处于断开位置，两路电源QF3 和G2 分别向母线段Ⅰ和Ⅱ供配电。QF1 和QF2常开触点闭合，闭锁继电器KL 处于动作状态，其延时断开常开触点KL（1—2）、KL（3—4）闭合。电压继电器KV1～KV4 均处于动作状态，APD 处于准备动作状态。

当某一电源（如G1）失电时母线工作电压降低，接于TV1 上的KV1、KV2 失电释放，其常闭触点KV1（1—2）、KV2（1—2）闭合。此时若G2 电源正常，常开触点KV4（1—2）是闭合的，时间继电器KT1 启动，经预定延时后延时闭合触点KT1（1—2）闭合，接通跳闸线圈YR1 使QF1 跳闸。QF1 跳闸后，其常闭辅助触点QF1（7—8）闭合，使QF3 的合闸接触器YO 经闭锁继电器的KL（1—2）触点（延时断开）接通，QF3 合闸，APD 动作完成。原来由G1 电源供配电的负载，现在全部切换至G2 电源继续供配电，待G1 电源恢复正常后，再切换回来。如果QF3 合闸到永久性故障上，则在过电流保护作用下QF3 立即跳闸，QF3 跳闸后其合闸回路中的常闭触点QF3（1—2）又重新闭合，但因闭锁继电器的KL（1—2）触点此时已经断开，保证了QF3 不会重新合闸。

如果是G2 电源发生事故而失电，则通过APD 操作将原来由G2 电源供配电的负载切换至G1 电源继续供配电，操作过程同上。

任务实施

重合闸继电器电气特性测定

任务实施表如表6－6所示。

表6－6　任务实施表

续表

评价总结

根据学生重合闸继电器电气特性测定过程进行综合评议总结，并填写成绩评议表（表6－7）。

表6－7　成绩评议表