继电保护原理

第九章 输电线路的自动重合闸

第九章 输电线路的自动重合闸 第一节 自动重合闸的作用及要求 第二节 单侧电源线路的三相一次自动重合闸 第三节 双侧电源线路的三相一次重合闸 第九章  输电线路的自动重合闸 第一节 自动重合闸的作用及要求 第二节 单侧电源线路的三相一次自动重合闸 第三节 双侧电源线路的三相一次重合闸 第四节 重合器与分段器

第九章 输电线路的自动重合闸 基 本 要 求 1、掌握自动重合闸的作用及对重合闸的基本要求 第九章  输电线路的自动重合闸 基 本 要 求 1、掌握自动重合闸的作用及对重合闸的基本要求 2、掌握自动重合闸装置的基本组成元件及工作原 理，熟练掌握各种工作状况。 3、了解两侧电源的线路上自动重合闸的配置方式 4、掌握自动重合闸与继电保护的配合方式及其特点

第一节 自动重合闸的作用及要求 一、自动重合闸的作用 电力系统的故障中，输电线路的故障占绝大部分，大都是“暂时性”的故障 ，在线路被继电保护迅速动作控制断路器，如果把断开的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。自动重合闸成功率（60%-90%)。此外，还有“永久性故障”， “永久性故障”在线路被断开之后，它们仍然是存在的，即使合上电源，也不能恢复正常供电。 因此，在电力系统中采用了自动重合闸装置，即是当断路器由继电保护动作或其它非人工操作而跳闸后，能够自动控制断路器重新合闸的一种装置。

一、自动重合闸的作用 在电力系统中设置自动重合闸装置有什么好处？ 1、线路发生临时性故障，可迅速恢复供电，大大提高了供电的可靠性。减少线路停电的次数。 2、在有双侧电源的高压输电线路上采用重合闸，可以提高电力系统并列运行的稳定性。 3、在电力网设计中架空线路上采用重合闸，可以暂缓架设双回线路，以节约投资。 4、对断路器本身由于机构不良或继电保护误动作而引起的误跳闸，也能起纠正的作用。

一、自动重合闸的作用 但是，当重合于永久性故障上时，自动重合闸将带来哪些不利的影响？ (1)使电力系统再次受到短路电流的冲击，可能引起电力系统振荡。 (2)同时断路器在短时间内连续两次切断短路电流，这就恶化了断路器的工作条件。对于油断路器，其实际切断容量将比额定切断容量有所降低。 因而在短路电流较大的电力系统中，装设油断路器的线路不允许使用自动重合闸装置。

二、自动重合闸的类型 自动成合闸装置，按其功能可分为三相重合闸，单相重合闸、综合重合闸。 1、三相重合闸 所谓三相重合闸是指不论在输、配电线上发生单相短路还是相间断路时，继电保护装置均将线路三相断路器同时跳开，然后启动自动重合闸再同时重新合三相断路器的方式。若暂时性故障，则重合闸成功了，否则保护再次动作，跳开三相断路器。是否再重合要视情况而定。 目前，一般只允许重合闸动作一次，称为三相一次自动重合闸装置。在特殊情况下，如无人值班的变电所的无遥控单回线，无备用电源的单回线重要负荷供电线，断路器遮断容量允许时，可采用三相二次重合闸装置。

2、单相重合闸 2、单相重合闸 单相重合闸，是指线路发生单相接地故障时，保护动作只断开故障相的断路器，然后进行单相重合。如故障暂时性的，则重合成功；如果是永久性故障，而系统又不允许非全相长期运行，则重合后，保护动作，使三相断路器跳闸，不再进行重合。 当采用单相重合闸时，如果发生相间断路，则一般都跳三相断路器，且并不进行三相重合；如果因其他原因断开三相断路器，则也不再重合。

3、综合重合闸 综合重合闸装置经过转换开关的切换，综合重合闸是将单相重合闸和三相重合闸综合在一起 当发生单相接地故障时，采用单相重合闸方式工作；发生相间短路时，采用三相重合闸方式工作。综合考虑这两种重合闸方式的装置称为综合重合闸装置。 综合重合闸装置经过转换开关的切换，一般都具有单相重合闸、三相重合闸、综合重合闸和直跳 （线路上发生任何类型的故障时，保护通过重合闸装置的出口，断开三相，不再重合闸）等四种运行方式。在110KV及以上的高压电力系统中，综合重合闸已得到广泛应用。

二、对自动重合闸装置的基本要求 1、动作迅速 自动重合闸装置的动作时间应尽可能短。重合闸动作的时间，一般采用0.5～1S. 2、在下列情况下，自动重合闸不动作 ⑴手动跳闸时不应重合。当运行人员手动操作或遥控操作使断路器跳闸时，不应自动重合。 ⑵手动合闸于故障线路时，继电保护动作使断路器跳闸后，不应重合。因为在手动合闸前，线路上没有电压，如合闸到已存在有故障线路处，则线路故障多属于永久性故障。 3、不允许多次重合 自动重合闸的动作次数应符合预先规定的次数。如一次重合闸应保证重合次，当重到永久性故障时再次跳闸后就应不再重合，因为在永久性故障时，多次重合将使系统多次遭受冲击，还可能会使断路器损坏，扩大事故。

三、对自动重合闸装置的基本要求 4、动作后自动复归 自动重合闸装置动作后应能自动复归，准备好下次再动作。对于10KV及以下电压级别的线路，如无人值班时也可采用手动复归方式。 5、用不对应原则启动 一般自动重合闸可采用控制开关位置与断路器位置不对应原则启动重合闸装置，对综合自动重合闸，宜采用不对应原则和保护同时启动。 6、与继电保护相配合 自动重合闸能与继电保护相配合，在重合闸前或重合闸后加速继电保护动作，以便更好地与继电保护装置相配合，加速故障切除时间，提高供电的可靠性。

第二节 单侧电源线路三相一次自动重 合闸 在我国电力系统中，三相一次重合闸方式使用非常广泛。目前我国电力系统中重合闸装置有电磁型、晶体管型、集成电路型和微机型四种，它们的工作原理和组成部分完全相同，只是实施方法不同。 一、电磁型三相一次自动重合闸装置 目前各厂家生产的直流一次重合闸继电器型号较多，电磁型常用的有DH-2A（DH-1），DH-3（DCH-1）、DH-4等。其内部元件结构基本相似，内部接线略有不同。

一、电磁式三相一次自动重合闸装置（AAR） （一）AAR的工作原理和构成

（一）AAR的工作原理和构成 图9-1为单侧电源电磁型三相一次自动重合闸（AAR）装置原理接线图。它属于电气式三相一次重合闸，自动复归方式，与继电保护配合可组成自动重合闸前加速或自动重合闸后加速保护。图9-1中虚线框内是DH-3型重合闸继电器，它主要由电容器C（约4μF）、电阻R4（3.4MΩ），时间继电器KT和带有自保持绕组的中间继电器KM组成。 中间继电器KCT是跳闸位置继电器，其绕组串在断路器合闸接触器KO的回路里，当断路器处于跳闸位置时，它通过断路器的辅助触点QF1动作，启动AAR装置，对于3～10KV就地控制线路可直接由断路器辅助触点QF起动AAR装置。电阻R1的作用是限制跳闸位置继电器KCT动作时流入合闸接触器绕组中的电流，以防止断路器误合闸。中间继电器KFJ是防止断路器多次重合的防跳继电器。

（一）AAR的工作原理和构成 图中电流继电器1KA，2KA和时间继电器1KT组成线路定时限过流保护，3KA、4KA组成线路无时限速断保护，保护总出口继电器是1KM，KAC是AAR的加速保护动作继电器。它通过与联接片XB1或XB2相配合，实现前加速保护或后加速保护。图中1SA为转换开关，用以投入或解除AAR装置，SA为控制开关，SA触点通断情况见表9-1。触点KL来自不允许重合闸的闭锁继电器，给电容器C放电并使AAR闭锁。

（一）AAR的工作原理和构成 1、正常情况 断路器处于合闸状态，QF1断开→KCT失电→2KM1断开。而SA处在合后位置，其触点SA21-23接通，触点SA2-4断开→重合闸投入，指示灯HL亮。重合闸继电器的电容C经4R充电，经 15～ 25s后，电容器 C两端电压等于电源电压，此电压可使中间继电器KM起动。 2、线路发生故障时 线路故障，过流保护1KA,2KA常开触点接通1KT1线圈→1KT2延时闭合→断路器跳闸线圈YR→断路器QF跳开后，QF1闭合→KCT得电→KCT1闭合→起动KT→KT经过约0．5～1s的延时→KT动合触点闭合→电容器C放电→KM起动→闭合其常两个开触点KM闭合→ KM电流线圈，自保持→ KS线圈 KFJ2常闭触点→QF1常闭触点→KO合闸接触器线圈→发出合闸脉冲，QF重合闸。另一触点接通加速继电器线圈KAC。 若为瞬时性故障 断路器合闸后，KM因电流自保持线圈失去电流而返回。同时，KCT失电→KCT1断开→KT失电，触点KT1断开→电容器C经4R重新充电，经10～15s又使电容C两端建立电压。整个回路复归，准备再次动作。

（一）AAR的工作原理和构成 若为永久性故障　 → KM不能起动，故QF不能再次重合。 思考：KM会不会起动？ 永久性故障,断路器合闸后，KA1,KA2闭合→1KT1常开触点闭合→KAC2触点因为重合闸时已启动，此时已闭合→XB2→YR得电,QF再次跳闸。→QF1闭合→KCT得电→KCT1闭合，KT起动→KT触点经过约0.5～1s的延时闭合→电容器C放电。 手动跳闸 SA 发出预跳命令→其触点SA2-4接通→将C上的电荷瞬时放掉。同时，SA断开电容C充电回路电源。SA发出跳闸命令→其触点SA6-7接通→断路器跳闸→KCT1闭合→KT起动，经过约0．5～1s的延时→KT1闭合。这时，储能电容器C两端早已没有电压，KM不能起动→ 重合闸不能重合。

（一）AAR的工作原理和构成 手动合闸 思考：断路器能不能自动重合？ 防跳继电器KFJ的功用： SA发出合闸命令→ SA5-8触点闭合，接通合闸回路，QF合闸。SA21-23触点闭合，起动加速继电器KAC。当合于故障线路时，保护动作，经KAC的常开触点经XB2→YR得电使QF加速跳闸。 思考：断路器能不能自动重合？ 这时，电容器 C尚未充满电，所以断路器不能自动重合。 防跳继电器KFJ的功用： 在手动合闸及自动重合闸过程中防止断路器跳跃。如：控制开关SA5-8触点粘住或KM两对串联常开接点卡住或粘住时，可以由KFJ来防止将断路器多次重合到永久性故障上。

（二）AAR装置与继电保护的配合 在电力系统中，继电保护和自动装置配合使用可以简化保护装置，加速切除故障，提高供电的可靠性。AAR装置与继电保护装置配合方式有两种： 1、自动重合闸前加速 2、自动重合闸后加速。

一、自动重合闸前加速 当线路发生故障时，继电保护加速电流保护的第III段，造成无选择性瞬时切除故障(无论K1或K2点短路，AAR与继电保护配合都无选择性瞬时切除故障。)，然后重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路就恢复了供电。若重合于永久性故障，则保护带时限有选择性地切除故障。 系统的每条线路都装设过电流保护，1QF处装设自动重合闸装置，变电站B和C没有装自动重合闸装置。 K1 K3 图9-2AAR装置前加速保护动作原理说明图

一、自动重合闸前加速 1、当线路发生故障时,过流保护动作，1KA和2KA常开触点闭合→1KT线圈得电→1KT1闭合→KAC1→XB1→KFJ线圈→QF常开触点此时闭合→YR断路器跳闸线圈得电，QF无选择性瞬间跳闸。 2、AAR重合闸，如永久性故障则 1KA、2KA触点闭合→1KT线圈得电→1KT2触点延时闭合→KFJ线圈→QF常开触点闭合→YR得电，QF有选择性的延时跳闸。为什么不通过1KT1回路接通YR呢，应为在AAR重合闸时已启动加速继电器KAC,KAC1已断开，KAC2构成自保持。这种AAR与继电保护配合方式称为自动重合闸前加速。 6 7 SA XB1 KFJ QF YR 1KT1 KAC1 1KA 2KA 1KT 21 23 KAC KAC2 13 12 KM 1KT2 AAR装置前加速接线图

35kV以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路。 一、自动重合闸前加速 K1 K2 采用前加速保护的优点： （1） 能快速地切除瞬时性故障。 （2）使瞬时性故障不至于发展成永久性故障．从而提高重合闸的成功率。 （3）使用设备少，只需装设一套重合闸装置，简单、经济。 采用前加速保护的缺点： （1） 断路器1QF的工作条件恶劣，动作次数增多。 （2）对永久性故障，故障切除时间可能很长。 （3）如果重合闸或断路器1QF拒绝合闸，将扩大停电范围。 应用: 35kV以下由发电厂或重要变电所引出的直配线路。

二、自动重合闸后加速 就是当线路发生故障时，首先保护有选择性动作切除故障，重合闸进行一次重合。若重合于瞬时性故障，则线路恢复供电；如果重合于永久性故障上，则保护装置加速动作，无选择性的瞬时切除故障。 图9-3 AAR装置后加速保护原理说明图

二、自动重合闸后加速 线路故障，过流保护动作 1KA、2KA触点闭合→1KT线圈得电→1KT2延时闭合→KFJ线圈→QF常开触点闭合→YR得电,QF有选择性跳闸，然后启动重合闸，如永久性故障，则过流保护动作1KA和2KA闭合→1KT线圈→1KT1闭合→KAC2触点因为AAR动作已启动闭合→XB2→KFJ线圈→QF触点闭合→YR得电,QF无选择性瞬时跳闸。这种AAR与继电保护配合方式称为自动重合闸前加速。 12 13 KAC KM 21 23 KFJ YR SA QF 6 7 1KT2 KAC1 XB1 1KT1 KAC2 XB2 1KT 1KA 2KA AAR装置后加速接线图

35KV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路。 二、自动重合闸后加速 后加速保护的的优点： （1）第一次有选择性的切除故障，不会扩大停电范围。 （2）保证永久性故障能瞬时切除，并仍然是有选择性的。 （3）和前加速保护相比，使用中不受网络结构和负荷条件的限制。 后加速保护的的缺点： （1）每个断路器上都需要装设一套重合闸，与前加速相 比较为复杂。 （2）第一次切除故障可能带有延时。 应用： 35KV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路。

二、单侧电源线路晶体管型三相一次自动重合闸的工 作原理

当线路正常运行时 断路器在合闸位置，QF1接点接通，三极管V31截止，电容器C3两端经R5和R6充满至电源电压，1点电位为+E，2点电位为0V，充满此电压所需的时间为15～ 25s。由于2点电位为0V，因此，稳压管V22（其击穿电压选为10V）截止，V32由R7供给基流而导通，V32的导通使V33截止，因此信号继电器KS和重合闸执行继电器1KM均不动作。

当线路发生故障时 断路器跳闸，QF1接点打开→ C1经R1充电，经预定的延时后，C1两端充电电压达稳压管V21的击穿电压→V31经R1和V21供给基流而导通，故V1也正向导通→ 1点电位突变为0V，2点电位被迫变为-E →V22被击穿，使负电压加于V32的基极→ V32截止，随之V33导通，1KM和KS动作，向断路器发出合闸脉冲，同时给出重合闸动作的信号。

若线路发生的是永久性故障时 则在重合闸以后，继电保护将再次动作跳闸→此时QF1接点又将打开→”重合闸起动与时间元件”动作同前→使V31导通，但是由于C3尚来得及充满电压→ V32并不截止，“一次合闸脉冲元件”就不会再发出宽度为0.1秒的脉冲，这就保证了只进行一次重合。

控制开关手动跳闸时 当控制开关在预跳位置， SA2接点接通→一方面接通了C3经R4和V2的放电回路，使C3放电→另一方面又使V32的集电极输出经V4接通0V，实现手动闭锁就保证了手动跳闸以后不致重合。在手动跳闸以后。QF1接点打开，则C3一直处于放电状态。

用控制开关手动合闸时 合闸后QF1接点接通→V31截止，C3开始充电→经 15～ 25s时间后，C3充满电压。如果线路上存在故障→继电保护动作跳闸后→ C3两端的充电电压尚不足以使V32截止→不会发生断路器自动重合。

双侧电源线路的三相一次重合闸 第三节 一、 双侧电源线路重合闸的特点 （1）时间的配合。当线路上发生故障时，两侧的保护装置可能以不同的时限动作于跳闸，例如一侧为第I段动作，而另一侧为第II段动作，此时为了保证故障点电弧的熄灭和绝缘强度的恢复，以使重合闸有可能成功，线路两侧的重合闸必须保证在两侧的断路器都跳闸以后，再进行重合； （2）同期问题。当线路上发生故障跳闸以后，常常存在着重合闸时两侧电源是否同步，以及是否允许非同步合闸的问题。应根据电网的接线方式和具体运行情况，采用不同重合闸方式。

二、双侧电源线路重合闸的主要方式 （一）三相快速自动重合闸方式 采用快速重合闸的条件如下： 1、必须装设全线速动保护，如高频保护。 2、线路两侧装设可以进行快速重合闸的断路器，如快速空气 断路器。 3、在两侧断路器非同期重新合闸瞬间，输电线路上出现的冲击电流，不能超过电力系各元件的冲击电流的允许值。 如对于变压器

（二）非同期自动重合闸 非同期重合闸就是当线路两侧断路器跳闸以后，不管线路两侧电源是否同步，一般不需附加条件，即可进行重合，在合闸瞬间两侧电源可能同步亦可能不同步非同期合闸后，系统将自行拉入同步。采用非同期重合闸的条件是： 1、当线路两侧电源电势之间的相角差δ为180°合闸时，所产生的最大冲击电流不超过规定的允许值。当线路两侧电源电势的幅值相等时，所出现的最大冲击电流的周期分量为： 式中 ZΣ——系统的总阻抗； δ——两侧电源电动势的相角差，最严重情况时为180°； E——发电机电动势有效值，对同步发电机的电动势取1.05UN，UN为发电机的额定电压。 （9-5）

Xd〞，Xdˊ ——发电机的纵轴次暂态电抗、暂态电抗的标么值； （二）非同期自动重合闸 规定由上式计算所得的，通过发电机、变压器等元件的最大冲击电流周期分量不应超过表9-2的规定值： 表9-2 最大冲击电流周期分量允许值 汽轮发电机 水轮发电机 同步调相机 电力变压器 有阻尼绕组 无阻尼绕组 注 表中IN——各元件的额定电流； Xd〞，Xdˊ ——发电机的纵轴次暂态电抗、暂态电抗的标么值； UK%——电力变压器的短路电压百分值。 （2）采用非同步重合闸后，在两侧电源由非同步运行拉入同步的过程中，系统处在振荡状态，在振荡过程中对重要负荷的影响要小，对继电保护的影响也必须采取措施躲过。

三、检查同期重合闸 （具有同步检定和无电压检定的重合闸） 1、线路发生故障: 两侧断路器跳闸以后，检定线路无电压的M侧重合闸首先动作，使断路器投入。 若重合不成功：断路器再次跳闸。N侧同步检定继电器不动作，该侧重合闸不起动。 若重合成功：N侧在检定同步之后，再投入断路器，线路即恢复正常工作。

2、在检定线路无电压一侧的断路器，如重合不成功，就要连续两次切断短路电流，因此，该断路器的工作条件就要比同步检定一侧断路器的工作条件恶劣。如何解决这个问题呢？ 解决方法： 通常在每一侧都装设无电压检定和同步检 定的继电器，利用联接片进行切换，使两侧断路器轮换使用每种检定方式的重合闸，因而使两侧断路器工作的条件接近相同。

3、 在M侧，当其断路器在正常运行情况下由于某种原因而跳闸时，由于对侧并未动作，因此，线路上有电压，因而就不能实现重合。如何解决这个问题呢？ 解决方法： 在检定无电压的一侧同时投入同步检定继电器，两者的触点并联工作。此时如遇上述情况，则同步检定继电器就能够起作用，当符合同步条件时，即可将误跳闸的断路器重新投入。

无电压检定继电器：KY 就是一般的低电压继电器，其整定值的选择应保证只当对侧断路器确实跳闸之后，才允许重合闸动作。根据经验，通常都是整定为0.5倍额定电压。 电磁型同步检定继电器内部接线： 由铁芯、两个电压线圈、反作用弹簧及触点等构成。两个电压线圈，分别从母线侧和线路侧的电压互感器上接入同名相的电压UM和UN，两组线圈在铁心中所产生的磁通方向是相反的。 KY

铁芯中的总磁通反应于两个电压所产生的磁通之差，即反应于两个电压之差，如左图中的U，而U的数值则与两侧电压UM和UN之间的相位差有关。当UM=UN时， 结论： U的大小与断路器两侧电压的幅值和相位差有关，如=0时，U=0，=0；增加，也增大，则作用于活动舌片上的电磁力矩增大。当大到一定数值后，电磁吸力吸动舌片，即把继电器的常闭触点打开，将重合闸闭锁，使之不能动作。当UM=UN时、20时，同步检定继电器KY常闭触点闭合，起动重合闸继电器，重合闸继电器经0.5～1s后，发出合闸脉冲。

第四节 单相自动重合闸与综合自动重合闸 一、单相自动重合闸 单相自动重合闸，要求保护只跳开单相，然后重合闸只自动重合单相。普通的三相自动重合闸只管合闸，不管跳闸，线路发生故障时，由于继电保护直接作用于断路器跳闸机构使三相断路器跳闸。对于单相自动重合闸则要求在单相接地短路时，只跳开故障相，因此，必须对故障相进行判断，从而确定跳哪一相，完成这一任务的元件称为选相元件。单相重合闸必须设置故障选相元件，而且还必须考虑潜供电流的影响和非全相运行状态的影响。

（一）选相元件 选相元件的作用是当线路发生单相接地短路时选出故障相。对选相元件的基本要求是，首先保证选择性，即选相元件与继电保护相配合只跳开发生故障的那一相，而接于另外两相的选相元件不动作，其次是在故障相线路末端发生单相接地短路时，保证该相的选相元件有足够的灵敏性。 根据电网接线和运行特点，常用选相元件有以下几种。 ⑴相电流选相元件 在系统的三相线路各装设一个过电流继电器，其启动电流按躲过线路最大负荷电流和单相接地非故障相电流来整定。这种选相元件适于装在线路的电源端，并仅在短路电流较大的线路上才能采用，对于长距离重负荷线路不能采用，一般作为阻抗选相元件消除死区的辅助选相元件。

（一）选相元件 ⑵相电压选相元件 在系统三相线路上均装设一个低电压继电器作为相电压选相元件，其动作电压按躲过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侧电源受电侧，因为这一侧如果用电流选相元件，不能满足选择性和灵敏性的要求。在很短线路上也可采用，但要检验灵敏度。通常也只作为辅助选相元件。

（一）选相元件 ⑶阻抗选相元件 用三个低阻抗继电器分别接于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，到保护安装处的正序阻抗成正比。 对于故障相和非故障相，其测量阻抗的差别很大，因此，阻抗选相元件能明确地选择故障相，它比以上两种选相元件具有更高的选择性和灵敏性，因此在复杂电网中得到广泛的应用。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阻抗继电器，目前多采用带有记忆作用的方向阻抗继电器。

⑷相电流差突变量选相元件 ⑷相电流差突变量选相元件 上述三种选相元件虽然在电力系统中广泛应用，但它仍然不是理想的选相元件。相电流差突变量选相元件是利用短路时，电气量发生突变这一特点构成的。在我国电力系统中，最初用它作为非全相运行时的振荡闭锁元件。近年来，在超高压电网络中被用作综合重合闸的选相元件。微机型成套线路保护装置中均采用具有此类原理的选相元件。 这种选相元件要求在线路三相上各装设一个反映电流突变量的电流继电器。这三个电流继电器所反映的电流分别是：

每一个电源突变量继电器的原理接线图如图9-8所示。它由电抗变换器，突变量滤过器、整流滤波器、触发器和脉冲展宽回路构成。 图9-8相电流突变量继电器原理接线图 每一个电源突变量继电器的原理接线图如图9-8所示。它由电抗变换器，突变量滤过器、整流滤波器、触发器和脉冲展宽回路构成。

⑷相电流差突变量选相元件 电抗变换器UX一次侧输入两相电流差（例如IA－IB），而二次侧的输出端接于由R、L、C组成电桥电路的突变量过滤器，L、C的参数调谐至对工频产生并联谐振，由于电感线圈内阻r的存在，并其等值阻抗为一数值很高的纯电阻，组成电桥电路的两臂。突变量过滤器的输出电压经全波整流和经由C1、R2组成的增量电路后，接入执行元件触发器（或极化继电器）。由于突变量继电器动作只能输出很短脉冲，故在触发器后加上脉冲展宽回路。采用增量回路的目的是躲开正常运行情况下由于频率变化，电桥回路调谐不准确以及电流中其它谐波分量在突变量过滤器输出端产生不平衡输出引起的不利影响。 在正常运行或短路进入稳态后，突变量电桥的四臂平衡，所以其输出端电压Umn=0。 而在线路发生短路瞬间，突变量电桥有电压Umn输出，经增量电路使执行元件动作。

下面根据突变量电流继电器工作原理，分析各种短路时，三个两相电流差的突变量电流继电器的工作情况。 1、单相（如A相）接地短路 A相接地短路时，只有A相电流发生变化，而B相和C相电流基本不变，所以，凡与故障相相关的突变量继电器有输出，即: 可见，除dIBC继电器不动作外，其余两个继电器都动作。同理当B（或C）相接地短路时，dICA（dIAB或）的元件不动作，其余两个元件均动作。

（2）B、C两相短路 当线路B、C两相短路时，IB、IC均发生变化，而IA基本不变，所以有 可见，三个两相差突变继电器都动作。同理，AB、CA两相两种短路时，三个两相电流差突变量继电器也都会动作。 (3)B、C两相接地短路 当B、C两接地短路时，IB、IC均发生变化，IA基本不变。所以三个两相电流差突变量元件都会动作。同理，在其它两种两相接地短路时，三个两相电流差突变量继电器也都会动作。

⑷相电流差突变量选相元件 表9-3 两相电流差突变量继电器的动作情况 - + +表示动作 -表示不动作 （4）三相短路 当线路三相短路时，IA、IB、IC均发生突变，所以三个两相差电流突变量继电器也都会动作。 将上述各种不同类型短路时，三个两相电流差突变量继电器动作情况用表9-3表示。 表9-3 两相电流差突变量继电器的动作情况 继 电 器 单 相 短 路 两相短路或两相接地短路 三相 短路 备注 K（1） K(2),K(1,1) K(3) K(1) A K(1) B K(1) C KAB KBC KCA diBC diCA diAB - + +表示动作 -表示不动作

⑷相电流差突变量选相元件 为了构成单相接地短路故障的选相元件，三个继电器应联接成图9-9所示，当线路A相发生接地短路时，d（IA－IB）和d（IC－IA）动作有输出，只有与门1开放，而发生B相单相短路时，与门2开放，发生C相单相短路时，与门3开放。在其它相间短路时，与门1、与门2、与门3均开放。利用这一特点可以选出故障相。达到选相目的。3I0的元件是接地故障判别元件。当发生不接地的相间故障时，保护不经选相元件而直接接通三相跳闸回路。当单相接地故障（如K(1)A）时，与门1、与门4开放，其信号送至与门7，若此时保护也动作，与门7开放，并有输出，接通A相跳闸回路。当发生两相接地故障时，所有与门元件都开放，接通A相、B相和C相跳闸回路。

图9-9 由相电流差突变量继电器构成选相元件接线图 ⑷相电流差突变量选相元件 图9-9 由相电流差突变量继电器构成选相元件接线图

⑷相电流差突变量选相元件 由于两相电流差突变量元件只在暂态过程中动作，而在短路尚未切除但已进入稳定，它会返回，为了保证选相正确，可靠地切除故障相，在选相逻辑电路，见图9-9中采用自保持措施，自保持电路如图9-9中与门4、5、6的反馈箭头所示。 采用两相电流差突变量继电器作为选相元件时，在全相正常，非全相负荷状态以及电力系统振荡时，选相元件都不会误动作，因此，它可以作为非全相运行发生故障时加速保护动作的启动元件。

（二）潜供电流和恢复电压对AAR的影响 当线路的故障相两侧断路器跳闸后，由于非故障相与故障相之间存在电容与互感，虽然短路相电源已被切断，但故障点弧光通道中仍有一定的电流通过，这个电流称为潜供电流。潜供电流是因为相间电容和互感影响由非故障相向故障点提供的，如图9-10（a）所示的输电线上，当C相发生暂时性接地故障时，C相两侧断路器会跳闸，这时短路电流虽然被切断，但A、B两相仍处在工作状态。由于各相之间存在着电容，所以A、B两相将通过电容CAC、CBC和对地电容C0向K点提供电流。同时由于各相之间存在互感M，所以A、B两相的负荷电流，也将通过互感M的电磁耦合，在C相中感应电动势。此感应电动势也向短路点提供电流。这两部分电流总和构成潜供电流，如图9-10（b）所示。

（a）潜供电流的产生；（b）潜供电流的计算 （二）潜供电流和恢复电压对AAR的影响 角星变换 星角变换 图9-10 潜供电流的影响 （a）潜供电流的产生；（b）潜供电流的计算

（二）潜供电流和恢复电压对AAR的影响潜供电流为： 式中C ——线路相间电容； C0——线路每相对地电容； UA 、UB——非故障相A、B的相电压 由于潜供电流的存在，将使短路时弧光通道的去游离受到严重阻碍，而单相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。另外在潜供电流熄灭瞬间，断开相C相电压立即上升。这个电压亦由两部分组成，一是非故障相A、B相电压通过电容耦合形成的电压，另一是A、B相负荷电流通过互感产生的互感电动势。这两部分电压存在，使故障相短路点的对地电压可能升得较高，从而使弧光重燃，再次出现弧光接地现象，使弧光复燃的短路点对地电压，简称恢复电压。

（一）选相元件 可见由于潜供电流和恢复电压的影响，短路处的电弧不能很快熄灭，弧光通道去游离受到严重阻碍。自动重合闸只有在故障点电弧熄灭，绝缘强度恢复以后才有可能成功。因此，单相重合闸的动作时间必须充分考虑它们的影响。 潜供电流的大小与线路参数有关，线路电压越高，负荷电流越大，则潜供电流越大，单相重合闸动作时间越长，为了保证单相重合闸有良好的效果，要正确选择单相重合闸的动作时间，一般都应比三相重合闸时间长。 此外，单相重合闸方式将导致系统非全相运行。这时非全相运行产生的序分量将对电力系统中的设备、继电保护和附近的通信设施产生影响，必须作相应的考虑，以消除这些影响所带来的不良后果。

二、综合自动重合闸 我国在220KV及以上的高压电力系统中，广泛应用综合自动重合闸装置，它是由单相自动重合闸和三相自动重合闸综合在一起构成的装置。适用于中性点直接接地电网，具有单相重合闸和三相重合闸的两种性能。在相间短路时，保护动作跳开三相断路器，然后进行三相重合闸；在单相接地短路时，保护和装置配合只断开故障相，然后进行单相重合闸。 综合自动重合闸除必须装设选相元件外，还应该装设故障判别元件（简称判别元件），用它来判别故障是接地故障还是相间故障。由于在单相接地故障时，某些高压线路保护（如相差高频保护）也会动作，使三相跳闸，如果综合自动重合闸不装设判别元件，就会在发生单相接地故障时发生跳三相的后果。

二、综合自动重合闸 判别元件一般由零序电流继电器和零序电压继电器构成。线路发生相间短路时，判别元件不动作，由继电保护启动三相跳闸回路使三相断路器跳闸。接地短路时，判别元件启动，继电保护在选相元件判别短路是单相短路，还是两相接地短路后，将决定跳单相还是跳三相。判别元件与继电保护，选相元件配合的逻辑电路如图9-11所示。

二、综合自动重合闸 图9-11保护、选相和判别元件的逻辑配合图

二、综合自动重合闸 图9-11中，1KR、2KR、3KR为三个反应A、B、C单相接地短路的阻抗继电器作为选相元件，零序电流继电器KAZ作为判别是否发生接地短路的判别元件。 当线路发生相间短路时，没有零序电流，判别元件KAZ不动作，继电保护通过与门8跳三相断路器。当线路发生接地短路故障时，故障线路上有零序电流，判别元件KAZ动作，与门1、2、3中之一开放，跳单相断路器，如果两个选相元件动作，则说明发生了两相接地短路，与门4、5、6中之一开放，保护将跳三相断路器。

（一）综合自动重合闸运行方式 根据电力系统的要求，综合重合闸运行方式有以下几种 ⑴综合自动重合闸方式。线路上发生单相接地短路时，实行单相自动重合闸，当重合到永久性故障时，断开三相并不再进行自动重合；线路上发生相间短路时，实行三相自动重合闸，当重合到永久故障时，断开三相并不再进行自动重合闸。 ⑵三相自动重合方式。线路上无论发生任何形式的短路故障，均实行三相自动重合闸，当重合到永久性故障时，断开三相并不再进行重合。⑶线路上发生单相接地短路时，实行单相自动重合闸，当合闸到永久性故障时，断开三相不再进行重合。 ⑶线路上发生单相接地短路时，实行单相自动重合闸，当合闸到永久性故障时，断开三相不再进行重合。 ⑷直跳方式。线路上发生任何形式的故障时，均断开三相不再进行自动重合闸。此方式也称为停电方式。

（二）综合自动重合闸与继电保护的配合 在综合自动重合闸装置中，为满足与各种保护之间的配合，一般设有四个端子，即M、N、Q、R端子。

第五节 重合器与分段器 一、线路自动重合器的功能与特点 第五节 重合器与分段器 一、线路自动重合器的功能与特点 自动重合器是一种具有保护、检测、控制功能的自动化设备，具有不同时限的安秒曲线和多次重合闸功能，是一种集断路器、继电保护、操动机构为一体的机电一体化新型电器。

一、线路自动重合器的功能与特点 可自动检测通过重合器主回路的电流，当确认是故障电流后，持续一定时间按反时限保护自动开断故障电流，并根据要求多次自动地重合，向线路恢复送电。如果故障是瞬时性的，线路恢复正常供电；如果是永久性故障，重合器将完成预先整定的重合闸次数后，自动闭锁，不再对线路送电，直至排除故障后，重新将重合器合闸闭锁解除，恢复正常状态。

一、线路自动重合器的功能与特点 （1）重合器在开断性能上具有开断短路电流、多次重合闸操作、保护特性操作的顺序、保护系统的复位功能。 （2）重合器的结构由灭弧室、操动机构、控制系统合闸线圈等部分组成。 （3）重合器是本体控制设备，在保护控制特性方面，具有自身故障检测、判断电流性质、执行开合功能，并能恢复初始状态，记忆动作次数，完成合闸闭锁等操作顺序选择。用于线路上的重合器，无附加操作装置。 （4）重合器适用于户外柱上各种安装方式。

一、线路自动重合器的功能与特点 （5）不同类型重合器的闭锁操作次数、分闸快慢动作特性、重合间隔等特性一般都不同，其典型的四次分断三次重合的操作顺序为： ，其中t1、t2可调，且随不同产品而异，它可以根据运行中的需要调整重合次数及重合闸间隔时间。 （6）重合器的相间故障开断都采用反时限特性，以便与熔断器的安—秒特性相配合。重合器有快慢两种安—秒特性曲线。通常它的第一次开断都整定在快速曲线，使其在 0. 03～0．04 s内即可切断额定短路开断电流，以后各次开断，可根据保护配合的需要，选择不同的安—秒曲线。

二、线路自动分段器的功能与特点 分段器是配电系统中用来隔离故障线路区段的自动保护装置，通常与自动重合器或断路器配合使用。 分段器不能开断故障电流。当分段线路发生故障时，分段器的后备保护重合器或断路器动作，分段器的计数功能开始累计重合器的跳闸次数。

二、线路自动分段器的功能与特点 当分段器达到预定的记录次数后，在后备装置跳开的瞬间自动跳闸分断故障线路段。重合器再次重合，恢复其它线路供电。 若重合器跳闸次数未达到分段器预定的记录次数已消除了故障，分段器的累计计数在经过一段时间后自动消失，恢复初始状态。

二、线路自动分段器的功能与特点 （1）分段器具有自动对上一级保护装置跳闸次数的计数功能。 （2）分段器不能切除故障电流，但是与重合器配合可分断线路永久性故障。可作为手动操作的负荷开关使用。 （3）分段器可进行自动和手动跳闸，但合闸必须是手动的。分段器跳闸后呈闭锁状态，只能通过手动合闸恢复供电。 （4）分段器有串接于主电路的跳闸线圈，更换线圈即可改变最小动作电流。 （5）分段器与重合器之间无机械和电气的联系，其安装地点不受限制。 （6）分段器没有安一秒特性，故在使用上有特殊的优点。

三、重合器与分段器的配合 自动重合器和自动分段设备的配合动作可实现排除瞬时故障，隔离永久性故障区域，保证非故障线段的正常供电。由于重合器与分段器的功能不同，首先应根据系统运行条件合理确定线路的分段布局，以提高配电线路自动化程度和供电可靠性。

重合器、分段器配合的原则： （1）分段器必须与重合器串联，并装在重合器的负荷侧。 （2）后备重合器必须能检测到并能动作于分段器保护范围内的最小故障电流。 （3）分段器的记录次数必须比后备保护闭锁前的分闸次数少一次以上。 （4）分段器的热稳定额定值和动稳定额定值必须满足要求。

重合器、分段器配合示例： 变电所出口选用重合器，整定为“一快三慢”。分支线路选用六组跌落式自动分段器F1、F2、F3、F4、F5、F6将其线路分成L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7段。分段器的额定启动电流值与重合器启动电流值相配合，F1计数次数3次，F2、F3、F5计数次数2次，F4、F6计数次数1次。

重合器、分段器配合示例： 1、若故障d1发生在WL5段，重合器、分段器S1、S3、S4通过故障电流，重合器自动分闸，线路失压，S4达到整定1次计数次数自动分闸跌落，隔离故障WL5段，重合器自动重合后恢复线路WL1、WL2、WL3、WL4、WL6、WL7段供电。

重合器、分段器配合示例： 2、若故障d2发生在WL6段，重合器、分段器S1、S5通过故障电流，重合器自动分闸，如果为瞬时故障，重合器自动重合成功恢复供电。S1、S5没有达到整定计数次数应处于合闸状态。如果为永久性故障，重合器自动重合不成功，再次分闸，线路失压，S5达到整定2次计数次数自动分闸跌落，隔离故障WL6段，S1没有达整定的计数次数处于合闸状态。重合器重合后恢复线路WL1、WL2、WL3、WL4、WL5段供电。

重合器、分段器配合示例： 3、若故障d3发生在WL2段，重合器、分段器S1通过故障电流，重合器自动分闸。如果为瞬时故障，重合器自动重合成功恢复供电。S1没有达到整定计数次数应处于合闸状态。如果为永久性故障，重合器重合不成功，分闸，重合器再次重合不成功，再次分闸，线路失压，S1达到整定3次计数次数自动分闸跌落，隔离故障WL2段，重合器重合后恢复线路WL1段供电。

课内复习思考题与课外作业 课内复习思考题 1 为什么要采用自动重合闸？对自动重合闸装置有哪些要求？ 2 电磁式重合闸主要组成元件是什么？各起什么作用？ 3 为什么电磁式一次重合闸只能重合一次？ 4 电磁式重合闸为什么手动分闸和手动合闸时不重合？ 5 什么叫重合闸的前加速和后加速？它们各有什么优缺点？ 6 同步检定继电器的工作原理是什么？ 课外作业 9-4，9-5，9-8，9-10

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