（电力系统及其自动化专业论文）配电网馈线终端保护的研制.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 为提高配电网的供电可靠性，防止用户侧的事故波及配电网，研究了一种配电 网的馈线终端保护。根据对配电网用户侧波及事故的统计分析，得出该保护应具有 过电 流储能跳闸和零序接地保护的动作特性。并结合配电网的实际情况，通过仿真 分析解决了单相接地保护配置的难点问 题。利用先进的软、硬件技术，合理设计保 护装置的结构，使该保护的抗干扰能力、可靠性等得到了较大的提高，很好的满足 了配电网的特殊要求。目 前装置已 投入试运行， 能满足预期的各种功能， 状态良 好。 关键词:馈线终端保护;看门狗;s f 。 负荷开关;超级电容;压力传感器 abs tract t o i m p r o v e t h e p o w e r s u p p l y d e p e n d a b l e o f t h e d i s t r i b u t e d n e t w o r k f o r t h e e x a lt a t i o n , k e e p t h e t r o u b l e o f t h e c u s t o m e r s i d e f r o m s p r e a d in g t o t h e d i s t r i b u t e d n e t w o r k , d e v e l o p e d a k i n d o f f e e d l i n e t e r m i n a l p r o t e c t i o n i n t h e d i s t r i b u t e d n e t w o r k . a c c o r d i n g t o t h e s t a t i s t i c r e s u l t o f t h e f a u l t i n c u s t o m e r s id e , t h i s p r o t e c t m u s t h a v e o v e r - c u r r e n t a n d g r o u n d p r o t e c t iv e a c t i o n s c h a r a c t e r i s t i c . i t i s g o o d t o s a t i s f i e d t o g o t o g e t h e r w i t h t h e s p e c i a l r e q u e s t o f t h e d i s t r i b u t e n e t . t h e c u r r e n t d e v i c e h a s t h r o w n i n t o t ry t h e m o v e m e n t , s a t i s f i e d t h e e x p e c t f u n c t i o n s a n d t h e a p p e a r a n c e i s g o o d . x u f e n g ( e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g a n d a u t o ma t i o n ) d i r e c t e d b y p r o f . q i n l ij u n k e y wo r d s : t e r m i n a l p r o t e c t i o n ; w a t c h d o g ; s f 6 s w i t c h g e a r ; s u p e r c a p a c i t y ; p r e s s u r e s e n s o r 二匕.0口 尸明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取 得的 成果。 尽我所知，除文中已 经注明引用的内 容外， 本学位论文的研究成果不包含任 何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均 己 在文中以明确方式标明。 特此申明。 签名: ; m 辱一 日 期卜矛d车立 引 一 关于学位论文使用授权的说明 本 人完全了 解华北电 力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保管、并向 有关 部门 送交学位论文的原件与复印件; 学校可以 采用影印、缩印或其它复制手段复制并 保存学 位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅: 学校可以学术交流为目 的， 复制赠送和交换学 位论文; 同意学校可以 用不同方式在不同 媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内 容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名:导师签名;律: 日期:乒 d 生l - 2 - t 日 期 : 二 玉 丝 主 ,-l2 -3 ) 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 配网自动化 实行配网自动化的重要性 随着社会经济与科学技术的高速发展和现代化，城市社会对质量好和高可 靠性的电能供应提出了越来越高的要求。城市社会越发达，承受停电扰动的能 力越弱，有时即使是很短时的停电扰动也往往会给城市社会造成不安定的心理 影响，以及极大的经济损失。长期以来，我国配电网的建设资金短缺，设备技 术性能落后，导致事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，特 别是随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出， 形成电力需求与电网设施不协调的局面。为了解决这一矛盾，只有进一步深入 的加强城网改造，并逐步实现配电系统自动化，才有可能迅速的提高我国供电 的 可 靠 性 水 平 (1(z 1 1 . 1 . 2配电自动化与馈线自动化 配电自 动化 ( d a )是配电管理系统 ( d ms 的重要组成部分。配电管理系 统一般可看作是运行一些功能的综合系统，它能保证配电网络的运行效率，主 要功能包括:配电管理功能和配电自 动化控制功能等。具体为: 配电管理功能:数字地图系统、网络设备文件、冗余部件管理、检修计划 骨理、运行规划等。 配电自动化控制功能: s c a d a系统、电压/ 无功控制、 保护的协调和控制、 馈线控制、馈线开关和馈线重组、故障识别、定位、隔离和恢复供电、自动读 表、负荷管理等。 配电自动化 ( 又称配电网自动化或配网自 动化)的重点是馈线自动化，国 外配电自动化的内容首先是围绕着馈线自 动化展开的。因此，国外的配电自动 化也往往称为馈线自动化。 并且一般实现配网自动化主要是指 1 0 千伏配电网实 现馈线自 动化 ( 队 ) 。 馈线自 动化是配电网建设高水平发展的结果。在配电网的 建设与发展中为了减少占地面积和投资，提高供电质量，提高供电可靠性和灵 活性，供电部门愈来愈多地采用安装在户外馈电线路上的柱上开关、分段器、 华北电力大学硕士学位论文 第一章 引言 1 . 1 配网自动化 实行配网自动化的重要性 随着社会经济与科学技术的高速发展和现代化，城市社会对质量好和高可 靠性的电能供应提出了越来越高的要求。城市社会越发达，承受停电扰动的能 力越弱，有时即使是很短时的停电扰动也往往会给城市社会造成不安定的心理 影响，以及极大的经济损失。长期以来，我国配电网的建设资金短缺，设备技 术性能落后，导致事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，特 别是随着电力的发展和电力市场的建立，配电网的薄弱环节显得越来越突出， 形成电力需求与电网设施不协调的局面。为了解决这一矛盾，只有进一步深入 的加强城网改造，并逐步实现配电系统自动化，才有可能迅速的提高我国供电 的 可 靠 性 水 平 (1(z 1 1 . 1 . 2配电自动化与馈线自动化 配电自 动化 ( d a )是配电管理系统 ( d ms 的重要组成部分。配电管理系 统一般可看作是运行一些功能的综合系统，它能保证配电网络的运行效率，主 要功能包括:配电管理功能和配电自 动化控制功能等。具体为: 配电管理功能:数字地图系统、网络设备文件、冗余部件管理、检修计划 骨理、运行规划等。 配电自动化控制功能: s c a d a系统、电压/ 无功控制、 保护的协调和控制、 馈线控制、馈线开关和馈线重组、故障识别、定位、隔离和恢复供电、自动读 表、负荷管理等。 配电自动化 ( 又称配电网自动化或配网自 动化)的重点是馈线自动化，国 外配电自动化的内容首先是围绕着馈线自 动化展开的。因此，国外的配电自动 化也往往称为馈线自动化。 并且一般实现配网自动化主要是指 1 0 千伏配电网实 现馈线自 动化 ( 队 ) 。 馈线自 动化是配电网建设高水平发展的结果。在配电网的 建设与发展中为了减少占地面积和投资，提高供电质量，提高供电可靠性和灵 活性，供电部门愈来愈多地采用安装在户外馈电线路上的柱上开关、分段器、 华北电力大学硕士学位论文 重合器、无功补偿电容器、环网柜及环网分段开关等设备。早期这些线路上的 设备自动化程度低，一 般都是人工操作控制。随着现代计算机技术、电子技术， 尤其是通信技术的巨大进步，以及人们在变电站综合自动化系统和无人值班中 所获得约经验与效益，使得人们研究如何应用这些最新成果对配电线路上的设 备进行远方实时监测、协调和控制，这样就产生了馈线 自动化技术。 馈线自 动化，是指变电站出口到用户用电设备之间的馈线线路自动化。按 照国际电气电子工程协会 i e e e 对配电自动化的定义，馈线 自动化系统 ( f a s - f e e d e r a u t o m a t i o n s y s t e m )是对配电线路上的设备进行远方监视、 协调 及控制的集成系统。内容可归结为二个方面:一是正常情况下的状态检测、数 据测量和进行优化及调压:二是事故状态下的故障检测、故障隔离、负荷转移 和 恢 复 供电 t3 l 提高供电可靠性不仅是供电部门的极端重要的任务，也是馈线自动化所要 追求的主要目标。配网发生异常或故障时，要迅速切除故障段，使非故障用户 尽快恢复供电，这就是要求故障范围缩短的越小越好，非故障范围恢复供电越 快越好。馈线自 动化的主要价值，主要效益也在这里。因此，对故障的自动隔 离是馈线 自动化的重点，是首先需要解决好的问题。 1 . 13馈线自动化的作用 作为实现配电网自动化的最重要的部分， 馈线自 动化的作用主要体现在以下 几个方面: 1 )减少停电时间， 提高供电可靠性 据有关统计资料显示，计划停电和故障停电是造成用户停电的两个主要原 因。传统配电线路一般采用辐射型结构，线路中间无分段开关，在线路上某一 处故障或进行检修时，会造成全线全部停电，这种供电结构将严重影响供电可 靠性指标，改进配网供电结构是保证实现供电可靠性指标的基础工作。城市供 电网的发展方向是采用环网“ 手拉手”供电方式并用负荷开关将线路分段，这 样正常计划检修时可以做到分段检修，避免因线路检修造成全线停电。另外， ;p j 用馈线自动化系统，实现故障段的自动定位和隔离，及无故障区段的自动恢 复供电，可缩小故障停电范围，减少对用户的停电时间，一般故障停电时间可 以缩短到几分钟之内，大大提高了供电的可靠性。 2 ) 降低网损，提高供电质量 华北电力大学硕士学位论文 重合器、无功补偿电容器、环网柜及环网分段开关等设备。早期这些线路上的 设备自动化程度低，一 般都是人工操作控制。随着现代计算机技术、电子技术， 尤其是通信技术的巨大进步，以及人们在变电站综合自动化系统和无人值班中 所获得约经验与效益，使得人们研究如何应用这些最新成果对配电线路上的设 备进行远方实时监测、协调和控制，这样就产生了馈线 自动化技术。 馈线自 动化，是指变电站出口到用户用电设备之间的馈线线路自动化。按 照国际电气电子工程协会 i e e e 对配电自动化的定义，馈线 自动化系统 ( f a s - f e e d e r a u t o m a t i o n s y s t e m )是对配电线路上的设备进行远方监视、 协调 及控制的集成系统。内容可归结为二个方面:一是正常情况下的状态检测、数 据测量和进行优化及调压:二是事故状态下的故障检测、故障隔离、负荷转移 和 恢 复 供电 t3 l 提高供电可靠性不仅是供电部门的极端重要的任务，也是馈线自动化所要 追求的主要目标。配网发生异常或故障时，要迅速切除故障段，使非故障用户 尽快恢复供电，这就是要求故障范围缩短的越小越好，非故障范围恢复供电越 快越好。馈线自 动化的主要价值，主要效益也在这里。因此，对故障的自动隔 离是馈线 自动化的重点，是首先需要解决好的问题。 1 . 13馈线自动化的作用 作为实现配电网自动化的最重要的部分， 馈线自 动化的作用主要体现在以下 几个方面: 1 )减少停电时间， 提高供电可靠性 据有关统计资料显示，计划停电和故障停电是造成用户停电的两个主要原 因。传统配电线路一般采用辐射型结构，线路中间无分段开关，在线路上某一 处故障或进行检修时，会造成全线全部停电，这种供电结构将严重影响供电可 靠性指标，改进配网供电结构是保证实现供电可靠性指标的基础工作。城市供 电网的发展方向是采用环网“ 手拉手”供电方式并用负荷开关将线路分段，这 样正常计划检修时可以做到分段检修，避免因线路检修造成全线停电。另外， ;p j 用馈线自动化系统，实现故障段的自动定位和隔离，及无故障区段的自动恢 复供电，可缩小故障停电范围，减少对用户的停电时间，一般故障停电时间可 以缩短到几分钟之内，大大提高了供电的可靠性。 2 ) 降低网损，提高供电质量 华北电力大学硕士学位论文 实施馈线自 动化， 可为实现配网潮流优化和经济运行打下良好基础。 同时馈 线自动化系统可以实时监视线路电压的变化，自动调节变压器输出电压或分段 投切无功补偿电容器组，保证用户电压满足要求，实现电压合格率指标。上述 措施可以大大改善电网的网损状况，从中带回可观的经济效益。 3 ) 实现状态检修，减少电压运行和维护费用 馈线自 动化系统对配电系统及设备运行状态进行实时监视， 为实施状态检修 提供了第一手材料，创造了有利条件。 这样就可以有目的地适时安排设备检修， 从而减少了检修的盲目性，利用馈线自动化提供的数据与资料，可以及时地分 析和确定线路故障点及故障原因，缩短故障修复时间，节省修复费用。 4 ) 节省总体投资，提高经济效益和社会效益 上馈线自动化，虽然单从一条线路计算，增加了投资，但从总体上考虑则可 节省投资。以往为保证重要用户或可靠性要求较高用户的供电可靠性，一般采 用由变电站直接双路甚至多路供电， 互为备用的作法。 这种方式设备利用率低， 需要的线路较多，电力电缆投资很大，一次设备投资很高。而实现馈线自动化 后， 合理地安排网络结构 ( 如双端电源、环网供电等) ，在给用户供电的线路故 障退出运行以后，通过操作联络开关，由其他健康线路供电。因此，在保证同 样可靠性的前提下，与传统做法相比，馈线自动化可以充分发挥设备的潜力， 提 高 利 用 率 ， 显 著 地 节 省 线 路 上 的 投 资 4 115 16 l17 1 2 馈线终端保护的意义和论文的主要工作 近几年，随着电力系统的规模不断扩大，自动化水平不断提高，电力用户 对电能依赖程度和质量要求也越来越高。在我们的生活中，2 4小时不间断供电 己成为现代社会中正常的事情。而配电网供电故障事故中约 1 0 %是由用户端的 用电设备故障引起的波及事故，用户事故中主开关电源侧的事故约占 7 0 %，而 且， 电源侧事故的7 0 %是接地事故。 一个高压用户的事故使整条配电线路停电， 这样的波及事故对社会的影响极大。特别是近几年，各地利用计算机的情况多 了起来，由于停电使系统丢失功能，会对社会造成巨大的影响和损失，对供电 可靠性的要求逐年提高，防止由于波及事故带来的停电成为了重要的课题。 由于用户电气设备的事故而波及到配电线路，造成全线路停电时，使用同 一线路的其它用户也不得不停电。为了防止这种波及事故，一般架空引入线的 用户，都在第 1 根电线杆的责任分界点处，或者在靠近责任分界点不怕事故波 华北电力大学硕士学位论文 实施馈线自 动化， 可为实现配网潮流优化和经济运行打下良好基础。 同时馈 线自动化系统可以实时监视线路电压的变化，自动调节变压器输出电压或分段 投切无功补偿电容器组，保证用户电压满足要求，实现电压合格率指标。上述 措施可以大大改善电网的网损状况，从中带回可观的经济效益。 3 ) 实现状态检修，减少电压运行和维护费用 馈线自 动化系统对配电系统及设备运行状态进行实时监视， 为实施状态检修 提供了第一手材料，创造了有利条件。 这样就可以有目的地适时安排设备检修， 从而减少了检修的盲目性，利用馈线自动化提供的数据与资料，可以及时地分 析和确定线路故障点及故障原因，缩短故障修复时间，节省修复费用。 4 ) 节省总体投资，提高经济效益和社会效益 上馈线自动化，虽然单从一条线路计算，增加了投资，但从总体上考虑则可 节省投资。以往为保证重要用户或可靠性要求较高用户的供电可靠性，一般采 用由变电站直接双路甚至多路供电， 互为备用的作法。 这种方式设备利用率低， 需要的线路较多，电力电缆投资很大，一次设备投资很高。而实现馈线自动化 后， 合理地安排网络结构 ( 如双端电源、环网供电等) ，在给用户供电的线路故 障退出运行以后，通过操作联络开关，由其他健康线路供电。因此，在保证同 样可靠性的前提下，与传统做法相比，馈线自动化可以充分发挥设备的潜力， 提 高 利 用 率 ， 显 著 地 节 省 线 路 上 的 投 资 4 115 16 l17 1 2 馈线终端保护的意义和论文的主要工作 近几年，随着电力系统的规模不断扩大，自动化水平不断提高，电力用户 对电能依赖程度和质量要求也越来越高。在我们的生活中，2 4小时不间断供电 己成为现代社会中正常的事情。而配电网供电故障事故中约 1 0 %是由用户端的 用电设备故障引起的波及事故，用户事故中主开关电源侧的事故约占 7 0 %，而 且， 电源侧事故的7 0 %是接地事故。 一个高压用户的事故使整条配电线路停电， 这样的波及事故对社会的影响极大。特别是近几年，各地利用计算机的情况多 了起来，由于停电使系统丢失功能，会对社会造成巨大的影响和损失，对供电 可靠性的要求逐年提高，防止由于波及事故带来的停电成为了重要的课题。 由于用户电气设备的事故而波及到配电线路，造成全线路停电时，使用同 一线路的其它用户也不得不停电。为了防止这种波及事故，一般架空引入线的 用户，都在第 1 根电线杆的责任分界点处，或者在靠近责任分界点不怕事故波 华北电力大学硕士学位论文 及的地方，设置开关设备，防止事故波及到电力公司的配电线路。 为了防止这种波及事故的发生，而使用的开关称为有 s o g ( s t o r a g e o v e r c u r r e n t g r o u n d ) 功能的负荷开关。s o g功能的负荷开关可以连续承受额定电流， 在一定时间内承受短路电流，一定时间内进行低于所定电流的负荷电流，接地 电流的关合等，但没有开断发生短路事故时的短路电流的能力。配电网终端负 荷控制器与柱上分界负荷开关配套，共同组成馈线终端保护装置。馈线终端保 护装置， 通常也称作馈线看门 狗” 装置阁 。 这种装置是在万一发生事故时， 为了 将事故的影响限制到最小范围而使用的，因此应具有迅速，准确的判断事故地 点并进行选择开断的能力。装置的具体结构如图 工 . 1 所示: i ? e电线路 开关波及 故约为6 % 开关负荷侧波及事故 2 4 % ( 内约8 5 %的接地 主开关电源侧波及事故 约7 0 %( 内约7 0 %的接 她事故) 事故) 图1 . 1馈线终端保护装置的结构图 配电网终端用户变电站进线开关和户内外环网柜进线开关通常采用断路器 保护，从体积，维修性及经济性考虑，在这两种场合通常不设直流屏和继电保 护屏。 这样在发生过流及短路故障时就要求继电保护装置自具电源。 传统的电 磁式过流继电器无需外接电源，但可靠性低，过流保护选择性差，已逐渐被淘 汰，需要高性能的微机继电保护来取代。我国配电网中性点过去为不接地系统， 而近来大城市开始采用经小电阻 如 1 0 4)接地系统，国外产品直接用于我国 接地保护不匹配。国内有经主回路一相电流互感器取电流，经变换对蓄电池充 电作为自 具电源的方案。而采用从一次侧电压互感器取电源直接对超级电容器 华北电力大学硕士学位论文 组充电的相关产品未见报道4 1 1 4 1 而且当用户侧发生单相接地故障时，使用 s o g负荷开关进行处理，与微机 选线装置相比有以下几个显著的优点: ( 扮 传统的微机选线装置的传感环节仅仅是零序 c t ，只有零序电流可以得 到。而 s o g 负荷开关由于还需要对相间故障进行处理，因此往往安装了三相c t 和零序 c t ，这就使得电气特征量的选取上实现了多样化。除了零序电流外，我 们还可以考虑采用负序电流作为故障特征量。 ( 2 )在中性点不接地系统中，故障产生的零序电流是由各线路对地电容引 起的电容性零序电流。微机选线装置只是对各条线路出口处的零序电流进行比 较，如果某条线路较长，往往会出现该线路的零序电流与故障线的零序电流很 接近的情况，造成选线困难。而 s o g负荷开关都是安装在各条分支线路上的， 分支线路一般很短，非故障情况下产生的电容性零序电流也很小，而发生单相 接地故障的分支线路的零序电流是全网各条线路的零序电流之和，其值是很大 的，因此只要选取合适的定值，完全可以采用零序电流作为单相接地保护的判 据。 3 )在中性点经消弧线圈接地系统中，由于消弧线圈的补偿作用，故障分 支的零序电流也会变得很小，这时使用零序电流来判断可靠性会降低。不过我 们可以使用5 次谐波电 流或负序电流作为单相接地保护的判据。 ( 4 )微机选线装置选出故障线后，可以令该线路的出口断路器跳闸，但这 样整条线路都会停电。而 s o g负荷开关判断出是本条分支上发生单相接地时， 自动跳闸，这时仅仅使本支路停电，而对干线及干线上的其他分支线路的供电 没有任何影响，从而大大缩小了停电范围。 综上所述， 对于隔离用户侧事故， 采用s o g功能的负荷开关具有较大优势。 因此自 具电源的适用于负荷开关保护的新型终端用户微机装置就具有重要的研 究价值。 综合来讲，本论文的研究工作主要有以下几方面: 1 . 对装置所要具备的功能进行整体的分析，得出合理的设计方案。并通过理论 分析和仿真验证得出装置保护的具体配置; 2 .利用先进的技术对装置的软、硬件进行设计和开发。并对装置的供电，负荷 开关 s f 6 气体压力的采集和装置的软件结构设计等难点问题得出合理的设计方 案，并加以实现; 3 .完成装置的调试和现场的试验、运行。 华北电力大学硕士学位论文 第二章 装置功能的配置和实现的原理 本章介绍配电网馈线终端保护装置所具有的功能和相应实现的原理，并通 过仿真分析验证。该装置通过实时检测配电线路的电流、电压来实现相应的保 护功能，从而对用户事故进行很好的隔离。 2 . 1终端保护的功能配置 1 )过电 流蓄能跳闸 由于发生过负荷或短路故障，在负荷开关上流过超过闭锁电流值的电流时 ( 所谓闭锁电流值是制造厂设定的超过额定电流值但不超过开关能遮断的上限 电流值的允许过电流值，一旦超过这个电流，必须保持闭锁状态使开关不会自 动跳闸而损坏。 ) ，闭锁开关，同时记忆下过电流事故。当变电所的开关跳闸后， 线路无电后，负荷开关跳闸打开把事故点切除。接着电力公司再送电的时候， 线路健全区段正常供电，非故障用户恢复正常。 即发生短路事故时，电源侧断路器动作，停电后跳问 ( s o动作) 。 2 )接地跳闸 负荷开关的负荷侧发生接地故障时，装在 “ 看门狗”内部的z c t( 零序电 流互感器)检出接地电流，接地继电器动作，开关跳闸打开。由于在电力局的 开关跳il以前可靠的切除故障点，可不构成波及事故。 即发生接地事故时，立即跳闸 ( g动作) 。 如接地和短路事故同时发生， 则按 s o动作。 考虑到上述负荷开关的特点，再结合实际中的要求，终端保护的二次侧控 制器所要完成的功能具体如下; 1 )检测过电 流事故， 一旦闭锁动作， 控制装置同时将事故记忆下来。当电力 公司的开关跳闸呈停电状态，检出停电状态后经过 0 . 5 秒以上的时间 ( 的确 无充电状态后) ，自 动打开开闭器把事故点切除。 2 )根据测到的零序电流和零序电压判断， 如负荷侧发生了接地事故， 立即对跳 闸线圈通电，开闭器自动打开。 3 )跳闸回路等的 控制回路的长期监视功能， 万一控制回路发生异常， 异常指示 和外部报警接点动作的同时， 为防止误动作， 闭锁控制功能。 显示控制电源 华北电力大学硕士学位论文 第二章 装置功能的配置和实现的原理 本章介绍配电网馈线终端保护装置所具有的功能和相应实现的原理，并通 过仿真分析验证。该装置通过实时检测配电线路的电流、电压来实现相应的保 护功能，从而对用户事故进行很好的隔离。 2 . 1终端保护的功能配置 1 )过电 流蓄能跳闸 由于发生过负荷或短路故障，在负荷开关上流过超过闭锁电流值的电流时 ( 所谓闭锁电流值是制造厂设定的超过额定电流值但不超过开关能遮断的上限 电流值的允许过电流值，一旦超过这个电流，必须保持闭锁状态使开关不会自 动跳闸而损坏。 ) ，闭锁开关，同时记忆下过电流事故。当变电所的开关跳闸后， 线路无电后，负荷开关跳闸打开把事故点切除。接着电力公司再送电的时候， 线路健全区段正常供电，非故障用户恢复正常。 即发生短路事故时，电源侧断路器动作，停电后跳问 ( s o动作) 。 2 )接地跳闸 负荷开关的负荷侧发生接地故障时，装在 “ 看门狗”内部的z c t( 零序电 流互感器)检出接地电流，接地继电器动作，开关跳闸打开。由于在电力局的 开关跳il以前可靠的切除故障点，可不构成波及事故。 即发生接地事故时，立即跳闸 ( g动作) 。 如接地和短路事故同时发生， 则按 s o动作。 考虑到上述负荷开关的特点，再结合实际中的要求，终端保护的二次侧控 制器所要完成的功能具体如下; 1 )检测过电 流事故， 一旦闭锁动作， 控制装置同时将事故记忆下来。当电力 公司的开关跳闸呈停电状态，检出停电状态后经过 0 . 5 秒以上的时间 ( 的确 无充电状态后) ，自 动打开开闭器把事故点切除。 2 )根据测到的零序电流和零序电压判断， 如负荷侧发生了接地事故， 立即对跳 闸线圈通电，开闭器自动打开。 3 )跳闸回路等的 控制回路的长期监视功能， 万一控制回路发生异常， 异常指示 和外部报警接点动作的同时， 为防止误动作， 闭锁控制功能。 显示控制电源 华北电力大学硕士学位论文 l o , v o ，事故诊断，g动作以及 s o动作等。检查包含开关的跳闸回路有无 断线，如发生断线自 我诊断显示灯就闪亮。 a )整定接地动作电流，接地动作时间，接地动作电压 ( 有方向性开关) 。 馈线终端保护作为馈线自 动化的重要的一部分，是隔离配电网络和用户电 力设施的重要环节。起到了电力公司 “ 看门狗”的作用。 2 . 2装置保护功能的具体实现原理 据上文所述，终端保护装置应主要具备两个具体的保护:过流和零序电流 保护。其中过流保护的原理比较简单，在此不再赘述。下面主要介绍一下零序 电流保护的实现原理。 配电线路发生事故时， 产生接地 ( 零序电流) ， 在不接地系统里其回返路径 如图2 . 1 所示，其大小由配电线路的对地充电电流，也就是对地电容决定。 a 相 日 相 c 相 / 才接 地 电 流 山|1一一一 图2 . 1接地电流的返回路径 在配电线路上装设零序互感器，通过测量接地电流，即可检出接地事故。 如图2 . 2 , 2 . 3 所示， 2 c t 装设在用户侧 ( n 侧) ，当系统在 a , b 两处分别发生 单相接地短路故障时，互感器都能感受到零序电流。在负荷侧的电缆较短的情 况下，无方向性即可满足一般使用f a i l 华北电力大学硕士学位论文 l o , v o ，事故诊断，g动作以及 s o动作等。检查包含开关的跳闸回路有无 断线，如发生断线自 我诊断显示灯就闪亮。 a )整定接地动作电流，接地动作时间，接地动作电压 ( 有方向性开关) 。 馈线终端保护作为馈线自 动化的重要的一部分，是隔离配电网络和用户电 力设施的重要环节。起到了电力公司 “ 看门狗”的作用。 2 . 2装置保护功能的具体实现原理 据上文所述，终端保护装置应主要具备两个具体的保护:过流和零序电流 保护。其中过流保护的原理比较简单，在此不再赘述。下面主要介绍一下零序 电流保护的实现原理。 配电线路发生事故时， 产生接地 ( 零序电流) ， 在不接地系统里其回返路径 如图2 . 1 所示，其大小由配电线路的对地充电电流，也就是对地电容决定。 a 相 日 相 c 相 / 才接 地 电 流 山|1一一一 图2 . 1接地电流的返回路径 在配电线路上装设零序互感器，通过测量接地电流，即可检出接地事故。 如图2 . 2 , 2 . 3 所示， 2 c t 装设在用户侧 ( n 侧) ，当系统在 a , b 两处分别发生 单相接地短路故障时，互感器都能感受到零序电流。在负荷侧的电缆较短的情 况下，无方向性即可满足一般使用f a i l 华北电力大学硕士学位论文 公羊 一牛一 牛 年韧 供电系统 g用户钡 9 图2 . 2系统接线 图2 . 3零序网络 当电缆较长的情况下，在电源侧发生完全接地事故时的零序电流大于 s o g 控制装置的动作电流整定值的情况下，无方向性就有误动作 ( 波及事故)的可 能，在这种场合，就有必要使用有方向性的 s o g功能开关。使用无方向性开关 时电缆的最大使用长度如表 2 . 1 所示。 标称截面积 ( m m ) 设定为 0 . 2 a 时电缆最大可能长度 m ) c v 及c v t电缆 5 0 h z 2 2 6 0 3 8 5 1 6 0 4 3 1 0 0 3 5 表2 . 1无方向性时使用电缆的最大可能长度 为避免上述情况，有必要引入保护安装处的零序电压与零序电流共同组成 方向性零序电流保护，来检出事故线路，检出原理如图 2 . 4 所示。 华北电力大学硕士学位论文 土二 二 开 关 c电 源侧的 对地电 容， c = : 负荷侧对地电容， z c 丁 零序电 流互感器， z p d :零序电 压互然器 图2 . 4方向性的检出原理 由于零序电流即是充电电流、 相位超前电压9 0 度 ( 实际上由于有泄露电流 而为6 0 - 8 5 度) ， 通过判断这个相位即可判断事故是在用户侧还是在电源侧。 般情况下的相位特性如图2 . 5 所示。 1 2 0 0 + _ 1 5 0 动作 负荷侧事故) 不动作 电源侧事故) - 6 0 0 + _ 1 b 0 图2 . 5方向 性的相位特性 一般情况下，配电系统的中性点接地方式有非接地，经小电阻接地，消弧 线圈接地等。消弧线圈接地方式也可以与上述相同的方法来检出接地事故。经 小电阻接地 ( 中性点电流数安培) ，接地电流相对较大，零序电压也较大，一般 华北电力大学硕士学位论文 认为零序电流与零序电压结合的接地继电器性能很好。 经过对北京市的 i o k v 中压配电网的考察知道， 北京城区的配电网己全部采 用中性点经小电阻接地方式，而郊区配电网大多采用中性点经消弧线圈接地方 式，中性点不接地系统只在个别地区存在 12 , 23仿真分析 线路i 线路2 线路3 图2 . 6仿真采用的 l o k v 系统 图2 . 6 为一典型的1 0 k v 配电网系统。 其中: 线路i 为架空线， 长度为3 0 k m , 第一条分支距线路首端 1 2 k m ， 长度为0 . 5 k m ， 第二条分支距第一条分支9 k m ， 长 度为0 . 4 k m ;线路 2 为架空线，长度也为 3 0 k m ,第一条分支距线路首端 1 8 k m , 长度为0 . 7 k m ;线路3 为电缆线路，长度为 1 8 k m ,第一条分支距线路首端9 k m , 长度为 l k m 。这里，所有分支线路均为电缆。图中，s i , s 2 , s 3为各线路出口 的断路器，s 4 , s 5 , 5 6 , s 7 为各分支上的s o g 负荷开关。 假设s 5 所在的支路上发生单相接地故障，过渡电阻为 1 0 0 欧，用e m t p 进 行仿真计算， 得到的结果如表2 . 2 所示 ，3 。 华北电力大学硕士学位论文 认为零序电流与零序电压结合的接地继电器性能很好。 经过对北京市的 i o k v 中压配电网的考察知道， 北京城区的配电网己全部采 用中性点经小电阻接地方式，而郊区配电网大多采用中性点经消弧线圈接地方 式，中性点不接地系统只在个别地区存在 12 , 23仿真分析 线路i 线路2 线路3 图2 . 6仿真采用的 l o k v 系统 图2 . 6 为一典型的1 0 k v 配电网系统。 其中: 线路i 为架空线， 长度为3 0 k m , 第一条分支距线路首端 1 2 k m ， 长度为0 . 5 k m ， 第二条分支距第一条分支9 k m ， 长 度为0 . 4 k m ;线路 2 为架空线，长度也为 3 0 k m ,第一条分支距线路首端 1 8 k m , 长度为0 . 7 k m ;线路3 为电缆线路，长度为 1 8 k m ,第一条分支距线路首端9 k m , 长度为 l k m 。这里，所有分支线路均为电缆。图中，s i , s 2 , s 3为各线路出口 的断路器，s 4 , s 5 , 5 6 , s 7 为各分支上的s o g 负荷开关。 假设s 5 所在的支路上发生单相接地故障，过渡电阻为 1 0 0 欧，用e m t p 进 行仿真计算， 得到的结果如表2 . 2 所示 ，3 。 华北电力大学硕士学位论文 不接地系统的仿真结果消弧线圈接地系统的仿真结果 开. 关一 零 序 电 流 突 变 量 (a ) 负序电流突变量 ( a ) 零序电流突变量 ( a ) 负序电流突变量 ( a ) s17 . 1 1 47 . 8 310 . 6 7 81 . 2 3 5 s 21 . 1 9 30 . 0 4 71 . 1 8 90 刀1 4 5 . 9 2 10 . 0 4 55 . 9 1 90 乃1 3 0 . 2 7 20 . 2 3 50 . 2 7 30 . 0 3 9 s 58 . 2 9 78 . 2 7 01 . 0 0 51 . 3 0 8 s 60 . 2 7 60 . 0 2 00 . 2 7 50 . 0 0 6 s 70 . 3 7 20 力1 40 . 3 7 10 . 0 0 4 表2 . 2仿真结果 在中性点不接地系统中，比较s 1 , s 2 , s 3 处的零序电流突变量，由 表2 . 2 可见，此时s 1 和 s 3 处的零序电流突变量很接近，会造成选线困难。而此时故 障分支 s 5 处的零序电流突变量要明显大于非故障分支 s 4 , s 6 , s 7 处的零序电 流突变量，因此各分支线路上的s o g 负荷开关只要选择适当的定值( 例如 1 a ) 就完全可以利用零序电流突变量来进行用户侧单相接地故障的处理。 在中性点经消弧线圈接地系统中，由表 2 , 2可见，由于消弧线圈的补偿作 用， 故障支路s 5 处的零序电流突变量大大减小， 这时再用零序电流突变量来判 断可靠性会降低，但是利用负序电流突变量来判断还是很可靠的。 2 . 4结论 综合上面的分析比较，我们可以采取如下的单相接地故障处理方案: 中性点经小电阻接地系统: 实质上仍是大电流接地系统，因此仍然可采用零序 过流原理构成保护判据。 中性点不接地系统:为消除三相负荷、三相 c t不平衡及噪声千扰的影响，可 采用零序电流突变量作为保护判据。 中性点经消弧线圈接地系统:可采用零序电流 5次谐波突变量和负序电流 突变量作为保护判据。 华北电力大学硕士学位论文 不接地系统的仿真结果消弧线圈接地系统的仿真结果 开. 关一 零 序 电 流 突 变 量 (a ) 负序电流突变量 ( a ) 零序电流突变量 ( a ) 负序电流突变量 ( a ) s17 . 1 1 47 . 8 310 . 6 7 81 . 2 3 5 s 21 . 1 9 30 . 0 4 71 . 1 8 90 刀1 4 5 . 9 2 10 . 0 4 55 . 9 1 90 乃1 3 0 . 2 7 20 . 2 3 50 . 2 7 30 . 0 3 9 s 58 . 2 9 78 . 2 7 01 . 0 0 51 . 3 0 8 s 60 . 2 7 60 . 0 2 00 . 2 7 50 . 0 0 6 s 70 . 3 7 20 力1 40 . 3 7 10 . 0 0 4 表2 . 2仿真结果 在中性点不接地系统中，比较s 1 , s 2 , s 3 处的零序电流突变量，由 表2 . 2 可见，此时s 1 和 s 3 处的零序电流突变量很接近，会造成选线困难。而此时故 障分支 s 5 处的零序电流突变量要明显大于非故障分支 s 4 , s 6 , s 7 处的零序电 流突变量，因此各分支线路上的s o g 负荷开关只要选择适当的定值( 例如 1 a ) 就完全可以利用零序电流突变量来进行用户侧单相接地故障的处理。 在中性点经消弧线圈接地系统中，由表 2 , 2可见，由于消弧线圈的补偿作 用， 故障支路s 5 处的零序电流突变量大大减小， 这时再用零序电流突变量来判 断可靠性会降低，但是利用负序电流突变量来判断还是很可靠的。 2 . 4结论 综合上面的分析比较，我们可以采取如下的单相接地故障处理方案: 中性点经小电阻接地系统: 实质上仍是大电流接地系统，因此仍然可采用零序 过流原理构成保护判据。 中性点不接地系统:为消除三相负荷、三相 c t不平衡及噪声千扰的影响，可 采用零序电流突变量作为保护判据。 中性点经消弧线圈接地系统:可采用零序电流 5次谐波突变量和负序电流 突变量作为保护判据。 华北电力大学硕士学位论文 第三章 一次侧的分界负荷开关 本章主要介绍了在配电网馈线终端保护装置中所采用的 s f 6 负荷开关的优 点和在开关内装设的零序电流互感器如何提高它的采样准确性，从而提高零序 电流保护的灵敏度的问题。 3 . 1终端保护一次侧分界负荷开关 开关是实现配电自动化的一次设备中的主要元件。对开关的基本要求是动 作可靠、运行稳定。为了实现配电自动化的基本功能，还要求开关能通过开关 控制器完成测控等操作。因而， 除原有 t o k v开关所要求的基本内容外， 还需要 提供保护测量 p t , c t 、 操作电源及控制器工作电源等。这部分开关主要有柱上 开关和台式、多路组合开关柜两大类。 柱上开关用于架空线路，主要有线路分段开关和联络开关。对柱上开关要 求不检修、免维护、符合无渗漏标准。尽可能采用无油无气开关，开关本体有 较好的防锈能力。 对操作机构要求有一万次寿命， 遥控操作的正确率应是 1 0 0 %o 一般为负荷开关，要求能开断负荷电流，不需要开断短路电流，但需要关合短 路电流。 台式、多路组合开关柜是一种适合地下电缆环网配电网用组合开关柜。一 般为一路进线一路出线，与网络上其它节点构成环网也可一路进线，多路出线。 这种开关柜露天安装，结构上考虑保安、防雨、防腐蚀等，也是长寿命、免维 护的。 分界负荷开关采用s f 6 绝缘的结构，同时内置c t( 包括零序c t )和p t . s f 6 气体作为绝缘和灭弧介质是一种不易与其他物质反应的稳定化合物， 一般在 1 5 0以下，化学性能稳定，在5 0 0时仍不自 行分解，它是一种高绝缘强度 的气体，在均匀电场下，为同气压下空气的 2 . 5 倍左右，在 3 个大气压力下的 绝缘性能达到了变压器油的绝缘水平。它的灭弧能力也很强，约为空气的5 - 1 0 倍， s f 6 气体在低温下易液化，允许最低运行温度为一 2 0左右: 14 1 15 1 s f 。 负荷开关是近年来不少用户体会到的一种优良负荷开关， 除电寿命长， 开断力强等与真空负荷开关有共同的优点外， 其突出优点是容易实现二工作位 ( 接通、 断开和接地) ，小电流( 电感、电容)开断， 抗严酷环境条件能力强。 适宜 华北电力大学硕士学位论文 第三章 一次侧的分界负荷开关 本章主要介绍了在配电网馈线终端保护装置中所采用的 s f 6 负荷开关的优 点和在开关内装设的零序电流互感器如何提高它的采样准确性，从而提高零序 电流保护的灵敏度的问题。 3 . 1终端保护一次侧分界负荷开关 开关是实现配电自动化的一次设备中的主要元件。对开关的基本要求是动 作可靠、运行稳定。为了实现配电自动化的基本功能，还要求开关能通过开关 控制器完成测控等操作。因而， 除原有 t o k v开关所要求的基本内容外， 还需要 提供保护测量 p t , c t 、 操作电源及控制器工作电源等。这部分开关主要有柱上 开关和台式、多路组合开关柜两大类。 柱上开关用于架空线路，主要有线路分段开关和联络开关。对柱上开关要 求不检修、免维护、符合无渗漏标准。尽可能采用无油无气开关，开关本体有 较好的防锈能力。 对操作机构要求有一万次寿命， 遥控操作的正确率应是 1 0 0 %o 一般为负荷开关，要求能开断负荷电流，不需要开断短路电流，但需要关合短 路电流。 台式、多路组合开关柜是一种适合地下电缆环网配电网用组合开关柜。一 般为一路进线一路出线，与网络上其它节点构成环网也可一路进线，多路出线。 这种开关柜露天安装，结构上考虑保安、防雨、防腐蚀等，也是长寿命、免维 护的。 分界负荷开关采用s f 6 绝缘的结构，同时内置c t( 包括零序c t )和p t . s f 6 气体作为绝缘和灭弧介质是一种不易与其他物质反应的稳定化合物， 一般在 1 5 0以下，化学性能稳定，在5 0 0时仍不自 行分解，它是一种高绝缘强度 的气体，在均匀电场下，为同气压下空气的 2 .