引言

在电力系统继电保护领域，自动重合闸装置（Auto-Reclosing, AR）是提高供电可靠性的关键技术之一。然而，重合闸后加速保护（简称“后加速”）作为其重要组成部分，其正确动作与否直接关系到故障是否能被快速、可靠地切除，以及非故障线路的稳定运行。本文将通过具体案例分析，深入探讨后加速保护的动作原理、常见问题及实际应用中的优化策略。

一、后加速保护的基本原理

1.1 定义与目的

后加速保护是指在自动重合闸动作后，如果故障仍然存在（即重合于永久性故障），保护装置将立即加速跳闸，不再经过延时，以最大限度地缩短故障持续时间，减轻对系统和设备的冲击。

1.2 动作逻辑

典型的后加速保护逻辑如下：

  1. 启动条件：线路保护装置检测到故障并跳闸，同时启动重合闸。
  2. 重合闸动作：经过预设的重合闸时间（如0.5s、1s），断路器合闸。
  3. 后加速判据：合闸后，保护装置立即（或在极短延时内）检测故障电流/电压。如果故障依然存在，则立即发出跳闸命令。
  4. 闭锁条件：如果合闸后故障消失，则后加速功能自动退出，系统恢复正常运行。

1.3 技术实现方式

后加速保护通常通过以下方式实现：

  • 电流/电压突变量启动：合闸瞬间，若检测到电流突变量超过定值，则判定为故障。
  • 过流元件瞬时动作：合闸后，过流保护元件的延时被短接，直接动作于跳闸。
  • 方向元件配合：对于方向性保护（如距离保护、方向过流），后加速需考虑故障方向，防止误动。

二、典型案例分析

案例一：瞬时性故障重合成功，后加速未动作

背景：某110kV线路，采用三段式电流保护+自动重合闸。重合闸时间为1.0s，后加速功能投入。 事件：线路发生雷击瞬时性故障，保护动作跳闸，重合闸成功，系统恢复正常。 分析：

  • 动作过程：故障发生→保护跳闸→重合闸启动→1.0s后合闸→合闸后检测到故障电流消失→后加速未启动。
  • 结论：这是后加速保护的正常行为，体现了其“只加速永久性故障”的设计初衷。瞬时性故障重合成功，后加速不动作，避免了不必要的再次跳闸。

案例二：永久性故障重合后加速动作

背景：同一条110kV线路，因树木倾倒导致永久性接地故障。 事件：保护动作跳闸，重合闸动作合闸，后加速保护立即动作再次跳闸。 分析：

  • 动作过程：故障发生→保护跳闸→重合闸启动→1.0s后合闸→合闸后检测到故障电流持续存在→后加速保护在合闸后约20ms内动作跳闸。
  • 数据记录：故障录波显示，合闸瞬间A相电流从0突增至1200A（超过定值800A），后加速保护动作时间总计约1.02s（从故障发生到最终跳闸）。
  • 结论：后加速保护正确动作，快速切除了永久性故障，避免了对系统和设备的二次冲击。

案例三：后加速保护误动案例

背景：某220kV线路，采用距离保护+自动重合闸。后加速功能通过距离保护的I段元件瞬时动作实现。 事件：线路正常运行时，对侧变电站进行倒闸操作，产生操作过电压，导致本侧保护装置检测到电压突变，后加速保护误动跳闸。 分析：

  • 误动原因：
    1. 后加速启动判据过于灵敏：电压突变量定值设置过低，将操作过电压误判为故障。
    2. 缺乏方向闭锁：后加速启动未考虑故障方向，而操作过电压可能被误判为反向故障。
    3. 时间配合不当：重合闸启动后，后加速保护立即动作，未考虑系统扰动的暂态过程。
  • 改进措施：
    1. 调整电压突变量定值，增加启动门槛。
    2. 引入方向元件闭锁，仅当检测到正向故障时才开放后加速。
    3. 设置极短延时（如10-20ms）作为后加速动作的缓冲，避免暂态干扰。

案例四：后加速保护拒动案例

背景：某10kV配电网线路，采用过流保护+自动重合闸。后加速功能通过过流保护瞬时元件实现。 事件：线路发生高阻接地故障，保护动作跳闸，重合闸动作合闸，但后加速保护未动作，导致故障持续存在，最终由上级保护切除。 分析：

  • 拒动原因：
    1. 故障电流小：高阻接地故障电流可能低于过流保护定值，合闸后电流仍小于定值，后加速无法启动。
    2. 保护配置不合理：过流保护对高阻接地故障不灵敏，未配置零序保护或小电流接地选线装置。
    3. 后加速启动元件不完善：仅依赖过流元件，未考虑零序电流、电压等其他判据。
  • 改进措施：
    1. 增加零序过流保护，并配置后加速功能。
    2. 采用小电流接地选线装置，提高高阻接地故障的检测能力。
    3. 优化后加速启动判据，综合电流、电压、零序分量等多参量。

三、实际应用中的常见问题与对策

3.1 问题一：后加速保护与重合闸时间的配合

问题描述：后加速保护动作时间过快，可能重合于瞬时性故障的恢复过程中，导致误动。 对策：

  • 设置合理的后加速动作延时：在合闸后设置一个极短的延时（如10-50ms），以避开合闸暂态过程。
  • 采用自适应重合闸：根据故障性质（瞬时性或永久性）动态调整重合闸时间和后加速策略。例如，对于架空线路，瞬时性故障概率高，可适当延长重合闸时间，让电弧充分熄灭。

3.2 问题二：后加速保护与系统稳定性的矛盾

问题描述：后加速保护快速切除永久性故障，但可能对系统暂态稳定性产生不利影响，特别是在弱联系系统中。 对策：

  • 引入系统稳定判据：在后加速保护中增加系统频率、电压等稳定判据，当系统处于不稳定边缘时，适当延缓后加速动作。
  • 采用重合闸前加速与后加速结合：对于重要线路，可配置前加速保护（故障时先无选择性跳闸，再由重合闸恢复），但需谨慎使用，避免扩大停电范围。

3.3 问题三：后加速保护与保护定值的配合

问题描述：后加速保护定值与正常保护定值配合不当，导致后加速保护灵敏度不足或误动。 对策：

  • 定值整定原则：

    • 后加速过流定值应略低于正常过流保护定值，以提高灵敏度。
    • 后加速方向元件定值应与正常保护定值一致，确保方向判断准确。
    • 对于距离保护，后加速应使用距离I段定值，但需考虑合闸后阻抗的暂态变化。

  • 示例定值（以10kV过流保护为例）：

    # 假设正常过流保护定值
normal_overcurrent_set = 800  # A
# 后加速过流定值（通常为正常定值的0.8-0.9倍）
reclose_acceleration_set = 0.85 * normal_overcurrent_set  # 680 A
# 后加速动作时间（合闸后延时）
reclose_acceleration_delay = 0.02  # 20 ms

3.4 问题四：后加速保护与一次设备的配合

问题描述：断路器合闸时间、灭弧能力等一次设备特性影响后加速保护的效果。 对策：

  • 断路器选型与维护：选择合闸时间短、灭弧能力强的断路器，确保后加速保护能及时动作。
  • 合闸时间测试：定期测试断路器合闸时间，确保其与后加速保护动作时间匹配。
  • 示例：某断路器合闸时间为50ms，后加速保护动作时间设定为20ms，则从故障发生到最终跳闸的总时间约为1.07s（1.0s重合闸时间+50ms合闸时间+20ms后加速动作时间）。

囇、后加速保护的优化策略

4.1 智能化后加速保护

  • 基于人工智能的故障识别：利用机器学习算法分析故障录波数据，准确区分瞬时性故障和永久性故障，优化后加速策略。
  • 自适应后加速：根据系统运行状态（如负荷水平、故障类型）动态调整后加速定值和动作逻辑。

4.2 与广域保护的结合

  • 广域信息共享：通过广域保护系统获取相邻线路的故障信息，综合判断故障性质，避免后加速保护误动或拒动。
  • 示例：当本线路重合闸后，若相邻线路同时检测到故障，则判断为永久性故障，后加速保护立即动作；若仅本线路检测到故障，则可能为瞬时性故障，后加速保护可适当延时。

4.3 与新能源接入的配合

  • 新能源场站的影响：新能源（如风电、光伏）的低惯性、弱阻尼特性可能影响后加速保护的动作特性。
  • 对策：
    1. 增加新能源场站的故障电流贡献分析，调整后加速定值。
    2. 配置新能源场站的快速保护，与后加速保护协调配合。

五、结论

后加速保护作为自动重合闸的重要组成部分，在提高供电可靠性方面发挥着关键作用。通过案例分析可见，其正确动作依赖于合理的定值整定、完善的启动判据以及与一次设备的协调配合。实际应用中，需针对不同电压等级、不同网络结构的特点，优化后加速保护策略，特别是在新能源接入、智能电网发展的背景下，后加速保护技术仍需不断创新和完善。未来，随着人工智能、广域保护等技术的发展，后加速保护将更加智能化、自适应，为电力系统的安全稳定运行提供更可靠的保障。

六、参考文献（示例）

  1. 《电力系统继电保护原理与应用》（贺家李，宋从矩）
  2. 《自动重合闸装置技术规范》（DL/T 584-2007）
  3. IEEE Std C37.104-2012, IEEE Guide for Automatic Reclosing of Transmission Lines
  4. 近期相关学术论文及工程案例报告（可根据实际情况补充）

注：本文案例基于典型工程实践抽象而成，具体参数和细节可能因实际系统而异。在实际应用中，应严格遵循相关规程和标准进行设计、整定和调试。