二次课程设计打印(共26页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程设计(实训)报告题 目配电网网络重构及分段器时限整定设计专 业电气工程及其自动化班 级学 号姓 名指导教师符玲电气工程学院二一五年十月 至 二一五年十二月课程设计任务书学生姓名学生学号学生专业学生班级发题日期 2015年 10月 26日完成日期 2015年 12月 20日课程名称配电网络自动化指导教师符玲设计题目配电网网络重构及分段器时限整定设计课程设计主要目的:完成给定配电网的网络重构设计,给出所采用重构方案下各个开关的动作时限,掌握配电网故障恢复的重构方案设计,熟悉分段器和联络开关的时限整定方法。课程设计任务要求:(包括原始数据、技术参数、设计条件、设计要求等
2、)图1配电网结构图原始数据:如图1所示为一多电源环状结构开关运行的配电网。图中“”表示重合器,“”表示分段器,空心代表分闸,实心代表合闸。重合器整定时间:第一次重合时间为10s,第二次重合时间为5s;分段器合闸延时为7s,Y时限统一整定为5s。联络开关的XL时限整定方法:在联络开关两侧与其相连的区域故障时,从故障发生到与故障区域相连的分段开关闭锁在分闸状态所需的最大延时时间为Tmax,保证XL-Tmax=10s。设计要求:1、 结合所学,任意假定一故障,给出完成供电恢复的合理网络重构方案(至少两种);2、 给出所给环状配电网的子网划分;3、 完成各分段器的X时限整定;4、 采用计算机算法,对整
3、个网络中联络开关的时限进行整定(必做);5、 采用计算机算法,完成对任意网络联络开关的时限进行整定(选做)。课程设计主要任务:1、 结合所学,任意假定一故障,给出完成供电恢复的合理网络重构方案(至少两种);2、 给出所给环状配电网的子网划分;3、 完成各分段器的X时限整定;4、 采用计算机算法,对整个网络中联络开关的时限进行整定(必做);5、 采用计算机算法,完成对任意网络联络开关的时限进行整定(选做)。6、 撰写课程设计报告课程设计进度安排:(共8周)序号内容安排时间1学习相关理论知识,设计网络重构方案1周2划分子网1周3分段器的X时限整定2周4采用计算机算法,对整个网络中开关的时限进行整定
4、3周5撰写报告1周注:答疑时间为配电网络自动化上课时间;周一下午2:00-3:30地点:X2222 课程设计参考文献:1 配电网分析及应用 何正友 中国科学出版社2 配电系统及其自动化技术 陈堂 赵祖康 中国电力出版社3 城市电网规划与改造 陈章潮 唐德光 中国电力出版社4 配电系统自动化及其发展 王明俊 于尔铿 中国电力出版社5 配电网络规划与设计 E.Lakervi等著,范明天等译 中国电力出版社指导教师签字系主任审核签字注:1、发题日期为每学期第1周周一,完成日期根据实际情况填写(一般不超过进度安排)。2、页面不够可附加页目录专心-专注-专业摘要当前重合器和电压时间型分段器配合馈线自动化
5、系统的应用越来越广泛,本文研究其参数整定问题,提出了配电网的分层模型,以故障判定过程中任何时刻只能有1台分段开关合闸为原则,论述了分段开关的 X时限的整定方法,通过设置第一第二营救策略,提出了配电网的联络开关XL时限的整定方法。然后对这种整定方法的优缺点进行了讨论,给出优化方案。最后用Matlab编写程序实现了本课程设计的拓扑图的分层、划分子网以及分段开关、联络开关时限的整定,在这一步的基础上实现对任意电网的时限整定。程序结果表明了该方法的可行性。关键词 整定 分段开关 联络开关 Matlab第一章 引言馈线自动化(feeder automation,FA)系统能够隔离故障区域和恢复受故障影响
6、的健全区域供电,对于提高供电可靠性,减小停电面积、缩短停电时间具有重要意义。重合器与电压时间型分段器配合的馈线自动化系统是无主站馈线自动化系统的典型代表,具有造价较低、动作可靠等优点,在国内外得到较好地推广应用1。该系统适合于辐射状、“手拉手”环状和多分段多连接的简单网格状配电网,一般不宜用于更复杂的网架结构。应用该系统的关键在于重合器和电压时间型分段器参数的恰当整定,若整定不当,不仅会扩大故障隔离范围,也会延长健全区域恢复供电的时间。因此本文分别论述了分段器以及联络开关的整定方法,针对本课程设计给出的拓扑图,进行了实际计算,结果具有一定的参考价值。下面介绍分段开关、联络开关以及重合器,分别对
7、应拓扑图中的三个符号。有三种典型的配电自动化开关设备的相互配合实现馈线自动化的模式:即重合器和重合器配合模式、重合器和电压-时间型分段器配合模式以及重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式。本文研究的是第二种方法。1.1重合器的分类和功能重合器(Reclose)是一种自具控制及保护功能的开关设备,它能按预定的开端和重合顺序自动进行开断和重合操作,并在其后自动复位或闭锁。重合器的分类如下图所示 油 按绝缘介质和灭弧介质分类 真空 SF6 液压控制 分离元件控制电路 按控制装置分类 电子控制 集成电路控制电路 微处理机控制电路 重合器 电子液压混合控制单相按相数分类三相 柱上按安装方式分类 地面 地下
8、重合器的功能是当事故发生后,如果重合器经历了超过设定值得故障电流,则重合器跳闸,并按预定整定的动作顺序做若干次合、分的循环操作,如重合成功则自动终止后续动作,并经一段延时后恢复到预先的整定状态,为下一次故障做好准备,若重合失败则闭锁在分闸状态,只有通过手动复位才能解除闭锁。一般重合器的动做特性可以分为瞬动特性和延时动作特性两种。瞬动特性是指重合器按照快速动作时间-电流特性跳闸;延时动作特性则是指重合器按照某条慢速动作时间-电流特性跳闸。通常重合器的动作特性课整定为“一快二慢”、“二快二慢”、“一快三慢”等。1.2分段器的分类和功能分段器是一种与电源侧前级开关配合,在失压或无电流的情况下自动分闸
9、的开关设备。当发生永久故障时,分段器在预定次数的汾河操作后闭锁于分闸状态,从而达到分离故障状态的目的。若分段器未完成预定次数的分和操作,故障就将被其他设备切除了,则其将保持在合闸状态,并经一段延时后恢复到预先的整定状态,为下一次故障做准备。分段器一般不能断开短路故障电流。分段器的关键部件是故障检测继电器。根据判断故障方式的不同,愤怒短期可分为电压-时间型分段器和过流脉冲计数型分段器两类。n 电压-时间型分段器电压-时间型分段器是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的,失压后分闸,加压后合闸或闭锁。电压-时间型分段器即可用于辐射状网和树状网,又可用于环状网。电压-时间型分段器有两个重要参数需要整
10、定。其一为X时限,它是指从分段器电源侧加压至该分段合闸的时延;另一个参数为Y时限,又称为故障检测时间,它的含义是:若分段器合闸后再未超过Y时限的时间内又失压,则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态,待下一次再得电时也不再自动重合。其有两套功能,一套是面向处于常闭状态的分段开关;另一套是应用于常开状态的联络开关,这两套功能可以通过一个操作手柄相互切换。电压-时间型分段器又称为重合分段器,由开关本体(SW)、两个单相电源变压器(SPS)和故障检测继电器(FDR)三部分组成,原理图如下图所示:故障发生时,做为电源开关的重合器跳闸,随后沿线分段器因失压而分闸,经延时后重合器第一次重合,作为分段开关的电压时间
11、型分段器设置在第一套功能,在一侧带电后延时 X时限自动合闸,当合到故障点时,引起重合器和分段器第二轮跳闸。并由于与故障区段相连的分段器维持合闸时间未超过 Y时限,而将其闭锁在分闸状态。与此同时,与故障区段相连的下游分段器依靠残压闭锁机理也闭锁在分闸状态。经一段延时后,重合器第二次重合即可恢复故障线路电源侧的健全区段供电。做为联络开关的电压时间型分段器设置在第二套功能,发生故障时,其故障侧失压,经过 XL时限后自动合闸,恢复故障线路非电源侧的健全区段供电。若联络开关两侧带电时间未超过YL时限,则该联络开关不重合。残压闭锁机理是为避免隔离环网故障区段时,联络开关合闸后,导致对侧电源开关分闸,致使全
12、线健全区域停电,扩大故障范围而研发的。其具体做法为:当分段器一侧加压后,若立即检测到其任何一侧出现高于额定电压 30%的异常低电压的时间超过150ms 时, 该分段器将被闭锁在分闸状态。n 过流脉冲计数型分段器过流脉冲计数型分段器通常与前级的重合器或断路器配合使用,它不能开断短路故障电流,但有一段时间内,记忆前级开关设备开断故障电流动作次数的能力,在预定的记录次数后,在前级的重合器或断路器,将线路从电网中短时切除的无电流间隙内,过流脉冲计数型分段器分闸达到隔离故障区段的目的。若前级开关设备未达到预定动作次数,则过流脉冲计数型分段器在一定的复位时间后会清零并恢复到预先整定的初始状态,为下一次故障
13、做准备。1.3重合器与电压-时间型分段器配合实现故障隔离如下图所示的情况,若分段器2下线发生永久性故障,则: 重合器分闸;分段器1、2、3、4感应到失压后,分闸,重合器第一次重合闸,分段器1感应到电压后,按预先设定的合闸顺延合闸。分段器2感应到电压后,延时7S后合闸,关合到故障线路上。重合器感应到故障电流,再次分闸;分段器1、2感应到失压后也再次分闸,其中分段器2在检测时限内检测到电压又失去电压,因此分闸后闭锁;分段器3、4仍保持在分闸状态。第二章 配电网自动化开关整定的配电网模型2.1 配电网简化建模配电网的简化模型将配电网看作是一种赋权图,将母线、开关节点、电源点和T接点(不包括各种负荷)
14、当作节点,节点的权为流过该节点的负荷。将相邻节点间的配电馈线和负荷综合当作边。本课程设计采用等长邻接表来描述配电网的简化模型,以达到减小占用空间和缩短处理时间的目的。将配电网的馈线当作无向图,对于N 节点的配电网,可以定义 N 行 5 列的网基结构DT为DT 中的第一列元素 di,1描述各节点的类型,其取值可以为0,1,2 或3,分别表示该节点是普通节点、T节点、电源点或末梢节点。 DT 中的第二列元素 di,2描述各节点是否过负荷,如果顶点vi过负荷,则di,2=1,如果顶点vi不过负荷,则di,2=0。DT 中的第三列元素至第五列元素描述和各顶点邻接的顶点的序号,如果顶点 vi和顶点vk、
15、vm和vn相邻接,则di,3=k,di,4=m,di,5=n;在邻接表 DT 中的空闲位置的元素填-1,在填写过程中,若节点 vi有一个相邻节点,则填入 di,3;若有两个相邻节点,则分别填入 di,3和di,4;若有三个相邻节点,则分别填入 di,3、di,4和di,5。因此非T接点的第5 列元素均为-1。如下图所示建立DT表为2.2面向配电自动化开关整定的配电网分层模型绝大多数配电网都是开环运行的,其运行方式都可以看作是由许多以电源点为根、以末梢点和联络开关为终点的数组成的森林,对于这种辐射状的配电子网可以建立分层模型,即分层模型的最里层是电源点,最外层为末梢点和联络开关。在分层模型中,定
16、义沿着潮流的方向,从一个开关节点i到另一个开关节点j 所途径的开关节点数目num再加上 1 为从开关节点 i 到开关节点 j 的间距(distance), 记作:Dis(i,j)=num+1(2.1)定义与节点k 的间距为 m 的所有开关节点(如节点 a,b,f )处于以 k 为根的第 m 层记作:Hie(a,b,f|k)=m(2.2)定义第 m-n 层中与第 m 层节点相连的节点为第 m 层节点的上 n 层父节点,相应的第 m层节点为第m-n 层相应节点的下n层子节点。如下图所示该配电网共分为5层,6为第一层,13 为第二层,10、1、15、14为第三层,以此类推。节点10是节点2的父节点,
17、节点14是节点16和节点9的父节点。图2.1 配电网分层模型流程图第三章 分段开关整定方法从重合器与分段器配合实现故障区段的隔离中可以看出,重合器与电压-时间型分段器配合方式的整定的关键条件是不能在同一个时刻有两台及两台以上的分段开关同时合闸,只有这样才能避免对故障的误判。因此,在对线路分叉处以及其后面的分段开关进行整定时,必须特别注意。分段开关整定方法如下:1) 确定分段器合闸时间间隔,并从联络开关处将配电网分割成若干以电源开关为根的树状)配电子网络。2) 定义沿着潮流的方向,从某个开关节点到电源节点所途经的开关数目加1为该开关节点的层数,依此原则对各个配电子网分层。3) 对各个配电子网从第
18、一层依次向外将各台开关排好顺序。4) 确定每台分段开关的绝对合闸延时时间,计算方法是:各台开关按照所排的顺序,以确定的分段开关合闸时间间隔依次递增。5) 某台分段器的X-时限等于该开关的绝对合闸延时时间减去其同一条馈线上的上一层分段开关的绝对合闸延时时间(电源点的绝对合闸延时时间认为是0)。 举个简单的例子如下:图3.1 示例配电网图在上图所示的配电线路图中,电源点 S 为重合器,分段开关 A、B、C、D 为电压时间型分段器。A 处于第一层,B、C 处于第二层,D 处于第三层,设重合器的两次重合闸延时时间分别为15 s 和 5 s。电压时间型分段器均采用短时间间隔,即T=7 s,Y时限为5 s
19、,按该法整定,结果如下表分段开关ABCD顺序号1234绝对合闸延时时间/s7142128X-时限77147开关B下游区域发生永久性故障,则故障发生时,重合器S速断保护动作跳闸,沿线分段开关 A、B、C、D 因失压而分闸,如图 3.2(a)所示。故障后 15s 重合器S 第 1 次重合闸启动,将电送到分段开关 A,如图 3.2(b)所示。再过 7s 即故障后 22s 分段开关A因一侧带电而合闸,将电送到分段开关B、C,如图3.2(c)所示。再过7s 即故障后 29s 分段开关 B 合闸,因合到故障线路,致使重合器 S 再次跳闸,分段开关 A、B因失压而再次分闸,因分段开关B维持合闸时间未能超过
20、Y时限,而闭锁在分闸状态,至此实现故障隔离,如图 3.2(d)所示。故障后55s 重合器第2次重合,将电送到A、C段实现健全区域供电,如图3.2(e)所示。图3.2 辐射状网故障区段隔离过程第四章 联络开关整定方法4.1手拉手联络开关整定对联络开关的整定要遵从四个原则:原则一:重合器第一次重合引起的故障判定过程中任何时刻只能有 1台分段开关合闸。 原则二:联络开关 XL时限大于其两侧配电线路发生永久故障后,经重合器与分段开关的第一次重合将电送到故障区段导致重合器再次跳闸的最长持续时间 。 原则三:由故障所在线路的电源恢复尽可能多的区段供电,与之相联络的线路每条最多为故障线路的某个区段提供电源。
21、 原则四:多分段多联络方式的馈线上的各个联络开关应具有相同的 XL时限。做为联络开关的电压时间型分段器设置在第二套功能,其YL时限由电压时间型。分段器内部设置,仅需整定XL时限。当 XL时限采用短间隔(TL=15 s)时,YL时限自动设为5 s,当 XL时限采用长间隔(TL=20 s)时,YL时限自动设为 10 s。XL时限共有6 档:在采用短间隔时分别为 45、60、75、90、105、120 s;在采用长间隔时分别为 80、100、120、140、160、180 s。对于“手拉手”的环状配电网,即只有一台联络开关参与故障处理的情形,计算方法如下:分别计算出假设该联络开关两侧与该联络开关相连
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