配电网馈线终端保护的研制

1、答辩人：徐 峰 导 师 ： 秦立军 教授1.1 馈线终端保护实施的必要性a.电力用户对电能依赖程度和质量要求越来越高。 b.配电网供电故障事故中约10%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70%，而且，电源侧事故的70%是接地事故。c.为了防止这种波及事故，一般架空引入线的用户，需要在第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。 至配电线路分界负荷开关控制装置进线主开断设备出线用户配电柜主开关电源侧波及事故约70%（内约70%的接地事故）主开关波及事故约为6%主开关负荷侧波及事故约24%

2、（内约85%的接地事故）馈线终端保护装置的结构图 1.2 国内外类似产品的比较a.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。 b.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10）接地系统，国外产品直接用于我国接地保护不匹配。 c.当用户侧发生单相接地故障时，使用馈线终端保护进行处理，与微机选线装置相比有以下几个显著的优点：电气特征量的选取上实现了多样化。在中性点不接地系统中 ，可以采用零序电流作为单相接地保护的判据。 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

3、电范围。 2.1 终端保护的功能配置a.过电流保护 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,闭锁开关，同时记忆下过电流事故。当变电所的开关跳闸线路无电后，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。b.单相接地保护 负荷开关的负荷侧发生接地故障时，接地继电器动作，开关跳闸打开。由于在电力局的开关跳闸以前可靠的切除故障点，可不构成波及事故 。2.2 装置保护功能的具体实现原理 在配电线路上装设零序互感器（ZCT），通过测量接地电流，即可检出接地事故。 使用无方向性开关时电缆的最大使用长度如下表所示 ： 为避免上述情况

4、，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 。标称截面积（mm2）设定为0.2A时电缆最大可能长度（m）CV及CVT电缆50Hz226038516043100352.3 仿真分析 下图为一典型的10KV配电网系统。 假设S5所在的支路上发生单相接地故障，过渡电阻为100欧，用EMTP进行仿真，结果如下表所示 ：开 关不接地系统消弧线圈接地系统零序电流突变量(A)零序电流突变量(A)S17.1140.678S21.1931.189S35.9215.919S40.2720.273S58.2971.005S60.2760.275S70.3720.3712.4

5、 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。中性点不接地系统及经消弧线圈接地系统：为消除三相负荷、三相CT不平衡及噪声干扰的影响，可采用零序电流突变量作为保护判据。断路器参数的确定和结构的设计制造均按条件最苛刻但却又极少发生的短路保护的要求进行，因而结构复杂、选材严格、造价昂贵。而采用SF6负荷开关很好的避免了这种情况。分界负荷开关采用SF6绝缘的结构，同时内置CT（包括零序CT）和PT。4.1 控制器硬件的整体设计MCU模 拟 量硬 看 门 狗串 行 E2PROM光 耦开 入 |

6、开 出串 行 调 试 口开 关 电 源超 级 电 容4.2 SF6负荷开关的压力采集a.扩散硅压力传感器的原理 扩散硅压力传感器的核心是一个扩散硅敏感元件，该元件的膜片上有用离子注入并经激光修正制成的精密敏感电阻形成的惠斯顿电桥。如下图所示：传感器-+UoutU拉伸区压缩区4个扩散电阻组成的惠斯顿电桥 b.4 20 mA电流输出回路 由于压力传感器安装在负荷开关处，而终端保护装置距离负荷开关比较远。又压力传感器是以电压的形式输出的，而电压信号经过长距离的传输衰减比较大。因而要将压力传感器输出的电压信号转换为电流信号才能进行传送。差分放大器电压电流变换器传感器G-+UI传感器压力电流曲线0246

7、81012141016222834404652586470768288941004.3 终端保护的供电系统 本装置采用开关电源和超级电容联合供电的形式。在系统没有出现故障，供电线路上有电压的时候，由开关电源给装置供电，同时给超级电容器组充电。而当系统发生事故，线路失电时，由超级电容器给保护装置供电。从而保证装置的可靠工作。 a.超级电容的储能原理 采用比表面积很大的多孔性碳和具有准电容特性的RuO2xH2O按一定的比例做成电极材料，使用38%硫酸或胶体高分子聚合物作为电解质，将玻璃聚丙烯隔膜夹在阳极和每片阴极箔之间，组成电极基片，再由此基片组装成超级电容器，其结构如下图所示：集 电 极活 性

8、炭 颗 粒隔 离 膜电 解 质 离 子集 电 极b.超级电容器特点极长的充放电循环寿命 很高的功率密度 非常短的充电时间 贮存寿命极长 可靠性高 c.超级电容在终端保护中的应用 根据馈线终端保护所需备用电源的特点：装置要在检出停电状态0.5秒后，把开关打开。超级电容器组的充、放电曲线 5.1 系统软件的整体结构 在程序结构安排上，我们把诸如报文处理、自检等对实时性要求不高的部分放在主程序中来处理。 而采样计算、软时钟计数、故障处理等对实时性要求较高的部分放在定时中断服务程序中来处理。a.主程序流程图：b.定时器定时采样中断模块 定时器采样中断是通过定时器设置的每隔5/6ms的采样间隔中断一次，

9、每周采样24点。定时器采样中断是最高级别的中断。 采样中断处理程序框图 c.故障处理程序流程图：5.2 系统软件的优化 在嵌入式系统中，实时性是一个核心问题，所以程序的执行速度是衡量一个嵌入式实时系统优劣的一项重要指标。具体优化方法如下：a.利用查表、排序等方法提高程序中分支跳转结构的效率；b.函数和函数调用的优化 ；c.把较小的for循环展开，利用顺序执行的语句代替循环语句 ；d.利用移位代替乘除操作。1. 通过对配电网用户侧故障的统计分析，得出需要在供电公司与用户之间安装故障隔离装置来防止波及事故的影响。2. 通过对配电网故障的仿真分析，得出馈线终端保护应具备的保护功能和具体的实现方式。3. 通过对配电网开关设备的比较