输电线路段式电流保护与自动重合闸配合系统设计及模拟仿真研究
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摘 要：继电保护装置是一种由继电器和其它辅助元件构成的安全自动装置，它能反映电气元件的故障和不正常运行状态，并动作于断路器
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申明:本网站内容仅用于学术交流，如有侵犯您的权益，请及时告知我们，本站将立即删除有关内容。 摘 要：继电保护装置是一种由继电器和其它辅助元件构成的安全自动装置，它能反映电气元件的故障和不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号。继电保护与自动重合闸相配合是维护电力系统安全运行的重要手段，因而对其基本原理及其实现技术的研究就显得极为重要。本文以其中比较典型的段式电流保护与自动重合闸相配合为例，对其工作过程进行了模拟仿真研究，对电力研究人员具有一定的指导意义。 关键词：段式电流保护；自动重合闸；模拟仿真中图分类号：TM5
文献标识码：A
文章编号：1005-5312（2010）18-0181-02随着社会的发展，，社会生活和企业生产对电力发展要求越来越高，没有电力的发展，社会发展根本就无法进行。基于电力的重要性，对电力整个生产过程的维护就极为重要。
继电保护与自动重合闸相配合是维护电力系统安全运行的重要手段，对其基本原理及实现技术的研究具有重要的实际应用价值[1]。一、段式电流保护原理
由无时限电流速断（Ⅰ段）、带时限电流速断（Ⅱ段）与定时限过电流保护（Ⅲ段）相配合构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。其中Ⅰ、Ⅱ段联合作为线路的主保护，Ⅲ段作为本线路的近后备和相邻线路的远后备保护[2]。段式电流保护整定配合的基本原理如图1所示，当在L1线路首端f1点短路时，保护1的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段均启动，由于Ⅰ将故障瞬时切除，Ⅱ段和Ⅲ段返回；在线路末端f2点短路时，保护Ⅱ段Ⅲ段启动，Ⅱ段以0.5s时限切除故障，Ⅲ段返回。若Ⅰ，Ⅱ段拒动，则过电流保护以较长时限将QF1跳开，此为过电流保护的近后备作用。当在线路L2上f3点发生故障时，应由保护2动作跳开QF2，但若QF2拒动，则有保护Ⅰ的过电流保护动作将QF1跳开，这是过电流保护的远后备作用。二、自动重合闸作用及自动重合闸装置在电力系统的故障中，大多数的故障是送电线路（特别是架空线路）的故障。运行经验表明，架空线路故障大都是“瞬时性”的，例如，由雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，鸟类以及树枝的那个物掉落在导线上引起的短路等，在线路被继电保护迅速断开以后，电弧即行熄灭，外界物体也被电弧烧掉而消失。此时，如果把断开的线路断路器再合上，就能够恢复正常的供电，因此，称这类故障为“瞬时性故障”。除此之外，也有“永久性故障”，例如由于线路倒杆，断线，绝缘子击穿或损坏等引起的故障，在线路被断开以后，它们依然是存在的。这时，即使再合上电源，由于故障依然存在，线路还要被继电保护再次断开，因而就不能恢复正常的供电。
由于送电线路上的故障具有以上性质，因此，在线路被断开以后再进行一次合闸就有可能大大提高供电的可靠性。为此在电力系统中广泛采用了当断路器跳闸以后能够自动地将断路器重新合闸的自动重合闸装置。DH3型三相一次重合闸装置用于输电线路上实现三相一次自动重合闸，它是重要的保护设备，其内部接线如图2所示。装置由一只DS32时间继电器（作为时间元件），一只电码继电器（作为中间元件）及一些电阻，电容元件组成。在输电线路正常工作的情况下，重合闸装置中的电容器C经电阻R4已经充足电，整个装置处于准备动作状态。当断路器由于保护动作或其它原因而跳闸时，断路器的辅助接点起动重合闸装置的时间元件KT，经过延时后触点KT闭合，电容器C通过KT对KM(V)放电，KM起动后接通KM(I)回路并自保持到断路器完成合闸。如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功后，电容器自形充电，装置重新处于准备动作的状态。如线路上存在永久性故障，此时重合闸不成功，断路器第二次跳闸，但这一段时间远远小于电容器充电到使KT（V）起动所必须时间（15-25s），因而保证装置只动作一次。三、段式电流保护与自动重合闸配合系统结构设计
段式电流保护与自动重合闸配合系统结构设计图如图3所示，左边部分为自动重合闸装置原理图，右边部分是模拟段式电流保护的设计图。在输电线路正常工作时，重合闸装置中的电容器C经电阻R4已经充足电，整个装置处于准备动作状态。当断路器由于保护动作或其他原因导致YR跳闸线圈跳闸时，断路器的辅助接点启动重合闸装置，使YO合闸线圈得电后实现合闸，完成自动重合闸动作。四、模拟系统结构三段式电流保护的交流回路接线如图4所示，其中三相调压器用以调节电压，无限时电流速断保护，带时限电流速断保护，定时限过电流保护配合构成三段式电流保护系统，KA1(DL-21C), KA2(DL-21C), KA3(DL-21C)三个电流继电器串联于线路中，SB1,SB2,SB3,QS四个开关按钮分别并联于四个都带有可变电阻的支路。QS开关闭合，SB1，SB2，SB3三个开关分别用来模拟Ⅰ段，Ⅱ段，Ⅲ段电流保护时各段作用时继电器的动作情况。QS开关闭合时，电路的电阻处于最大值，线路正常运行。当闭合SB3时，电阻减小，电流增大，模拟第Ⅲ段定时限过电流保护发挥作用。当闭合SB2时，模拟第Ⅱ段带时限电流速断保护发挥作用。当闭合SB1时，模拟电路发生瞬时短路，第Ⅰ段电流速断保护发挥作用。
三段式电流保护直流回路接线图如图5所示，其中中间继电器的型号分别为DZ-31B,DZS-12B,时间继电器的型号为DS-21C，信号继电器的型号为DX-8,电流继电器的型号为DL-21C。三个信号继电器KS1,KS2,KS3对应三个光示牌分别模拟三段各自发生电流短路时的报警情况。Ⅱ段，Ⅲ段分别串联有时间继电器，起到通电延时的作用。例如当回路发生瞬时短路的时候，断路器由于保护作用断开，KA1继电器得电，KA1触点动作闭合，则KS1线圈得电使得KS1触点闭合，KM线圈得电KM触点闭合，对应的光示牌变亮，与此同时，YR线圈得电实现跳闸。断路器跳闸之后，起动自动重合闸装置合闸。
五、模拟结果及分析（一）跳闸部分三段式电流保护与自动重合闸系统配合模拟操作，当线路的QS开关闭合时，电路的电阻处于最大值，线路正常运行。当闭合SB3时，电阻减小，电流增大，第Ⅲ段电流定时限保护发挥作用。若闭合SB2，第Ⅱ段电流带时限保护发挥作用。若闭合SB1的话，电路发生瞬时短路，第Ⅰ段电流速断保护发挥作用。经过电流整定和动作时限的整定后，相对应的电流继电器KA1，KA2，KA3过流启动，交流回路的断路器由于保护动作而断开，直流回路的断路器触电闭合，同时跳闸线圈YR得电实现跳闸。（二）合闸部分线路过流时，对应的电流继电器线圈得电，相应触点闭合后，串联有时间继电器的线圈得电，经过一定的通电延时后对应触点闭合，KM线圈得电，KM触点闭合，三个信号继电器线圈得电后相应KS1,KS2,KS3触点闭合，发生短路故障的对应光示牌亮灯。由于在输电线路正常工作时，重合闸装置中的电容器C经电阻R4已经充足电，整个装置处于准备动作状态。当断路器跳闸时，断路器的辅助接点启动重合闸装置的时间继电器KT，经过延时后触点KT闭合，电容器C通过KT对KM(V)放电，KM起动后接通KT（I）回路并自保持到断路器合闸。自动重合闸装置的KM线圈得电后KM触点闭合，在12接口形成一个电流脉冲后使得合闸线圈YO得电后合闸，自动重合闸成功。根据合闸后，故障状态存在与否，决定断路器是否跳闸，情况如下：1、如果线路上发生的暂时性故障，如模拟Ⅲ段过流后，瞬时断开开关SB3，则故障消失。合闸成功后，电容器自行充电，装置重新处于准备动作的状态。
2、如果线路上存在永久性故障，如模拟Ⅱ段短路后，SB2保持闭合状态，则故障永久存在，相当于重合闸于永久故障上。由于第二次跳闸时，重合闸装置从合闸到跳闸的时间远远小于电容器充电使KM（V）启动所必须的时间，所以自动重合闸装置只能重合一次。
综上所述，所设计的段式电流保护与自动重合闸模拟系统能够模拟其在实际线路中的运行情况，再现其工作的全部内容，有利于深刻理解段式电流和自动重合闸装置的工作原理，认识其在提高供电可靠性方面的作用，从而为构建段式电流保护与自动重合闸装置配合的实际工作过程奠定基础。参考文献：[1]孙国凯.电力系统继电保护原理[M].北京：中国水利水电出版社，2002.[2]李火元.电力系统继电保护及自动装置[M].北京：中国电力出版社，2006.[3]贺家李，电力系统继电保护原理（第三版）[M].北京：中国电力出版社，1994.[4]王维俭.电力系统继电保护基本原理[M].北京：清华大学出版社，1991. [5]张保全、尹项根.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2005.[6]江苏省电力公司编.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京：中国电力出版社，2009.