二次课程设计打印Word格式文档下载.docx
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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：
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
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
3周
5
撰写报告
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
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
摘要1
第一章引言1
1.1重合器的分类和功能1
1.2分段器的分类和功能2
1.3重合器与电压-时间型分段器配合实现故障隔离3
第二章配电网自动化开关整定的配电网模型3
2.1配电网简化建模3
2.2面向配电自动化开关整定的配电网分层模型4
第三章分段开关整定方法6
第四章联络开关整定方法7
4.1手拉手联络开关整定7
4.2多台联络开关整定9
第五章整定模型及任务设计书的求解10
5.1任务书任务一10
5.2划分子网10
5.3分段器的X时限整定11
5.4联络开关的XL时限整定12
5.5采用计算机算法对联络开关进行整定13
5.6对任意配电网联络开关整定15
参考文献资料15
摘要
当前重合器和电压－时间型分段器配合馈线自动化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（feederautomation，FA）系统能够隔离故障区域和恢复受故障影响的健全区域供电，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
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。
⏹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。
⏹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）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、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。
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，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15s和5s。
电压–时间型分段器均采用短时间间隔，即ΔT=7s，Y–时限为5s，按该法整定，结果如下表
分段开关
A
B
C
D
顺序号
绝对合闸延时时间/s
7
14
21
28
X-时限
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。
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（ΔTL=15s）时，YL–时限自动设为5s，当XL–时限采用长间隔（ΔTL=20s）时，YL–时限自动设为10s。
XL－时限共有6档：
在采用短间隔时分别为45、60、75、90、105、120s；
在采用长间隔时分别为80、100、120、140、160、180s。
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的区域故障时，从故障发生到与故障相连的分段开关比所在分装状态所需的延时时间
和
，取其中较大的一个记作
，则
时限的设置应该大于
。
下面具体阐述这种方法：
对于联络开关一侧的配电线路，其绝对合闸延时最长的分段开关下游区域发生永久故障后，重合器第一次重合到再次跳闸的持续时间
最长，即
（4.1）
式中
为重合器的第一次重合闸延时时间，
绝对合闸延时最长的分段开关合闸延时时间。
类似地，可以计算出该联络开关另一侧的配电线路发生永久故障后，重合器第一次重合到重合器再次跳闸的持续时间
，由此得出：
（4.2）
（4.3）
式中，
为重合器保护继电器的动作时间（含过流情况）最大值；
为为重合器和各分段器整定时间的误差，一般可取
；
为各联络开关的
-时限。
联络开关合闸的目的是故障隔离后实现故障侧健全区域的供电，但又必须确保配电网开环运行，即不形成环网，所以联络开关可以在故障侧馈线完全实现隔离，且电源侧健全区域已恢复供电后合闸。
该方法虽能满足要求，但联络开关的合闸时限必须大于重合器两次启动后实现健全区域供电的时间，整定时限较长。
由于重合器一次重合到再次跳闸即可判断出故障区段并对其进行隔离，所以联络开关可以在故障区段隔离后合闸，即原则二，联络开关的XL–时限要大于两侧绝对合闸延时最长的分段开关下游区域发生永久性故障后，重合器第一次重合到再次跳闸的最长持续时间。
对于暂时性故障，重合器第一次重合后，联络开关在XL–时限内检测到其两端带电，
时间计数器归零，不合闸。
设重合器的两次重合闸延时时间分别为15s和5s。
电压–时间型分段器均采用短时间间隔。
图4.1典型手拉手环状配电网
对于图4.1所示的配电网，假设BC处发生暂时性故障，则电源开关S1处断路器跳闸，沿线分段开关A、B、C、M、N、L、P因失压而分闸，联络开关D因一侧失压而启动合闸计数器，故障后29s分段开关B合闸，由于暂时性故障已排除，故电源开关不跳闸。
故障后43s分段开关C合闸，将电送到联络开关D，联络开关检测到两端带电后，合闸计数器归零，不合闸。
故障后64s分段开关N合闸，至此完全实现了健全区域恢复供电。
对于永久性故障，若发生在主干线路上，XL时间内已实现故障隔离，且联络开关一侧始终失压，XL–时限后联络开关即可合闸，实现健全区域供电，而不致造成闭环。
对于图4.1所示配电网，假设BC处发生永久性故障，则电源开关S1处断路器跳闸，沿线分段开关A、B、C、M、N、L、P因失压而分闸，联络开关D因一侧失压而启动合闸计数器，故障后29s分段开关B合闸，由于故障并未排除，分段开关B因合闸后维持时间未超过Y–时限而闭锁在分闸状态，同时故障对侧分段开关C因残压闭锁功能也被闭锁在分闸状态，至此完全实现了故障隔离。
故障后34s重合器第二次合闸对故障上游健全区域进行供电。
故障后60s联络开关D因计数时间到而合闸，对故障下游健全区域进行供电。
若故障发生在分支线路上，XL时间内重合器一次重合将电送到联络开关，联络开关检测到两侧带电后时间计数器归零，当合到故障线路后重合器再次跳闸，联络开关重新记数，由于第二次重合闸的延时时间小于第一次重合闸的延时时间，即可保证在XL时间内联络开关检测到两端带电，不合闸。
对于图4.1所示配电网，假设分段开关P下游区域发生故障，则电源开关S1处断路器跳闸，沿线分段开关A、B、C、M、N、L、P因失压而分闸，联络开关D因一侧失压而启动合闸计数器，故障后43s分段开关C合闸，将电送到联络开关D，联络开关检测到两端带电后，合闸计数器归零，故障后57s分段开关P合闸，由于合到故障线路，电源开关S1再次跳闸，联络开关D重新计数。
5s后重合器第二次重合，33s后分段开关C合闸，将电送到联络开关D，联络开关检测到两端带电后，合闸计数器再次归零，不合闸。
完全由电源对健全区域进行供电。
4.2多台联络开关整定
多台联络开关按照如下方法进行整定：
第一步：
分别计算出这些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延时时间，取其中最大者记为
第二步：
设置第一营救策略
第三步：
第二营救策略
，
（4.4）
上述中
表示从联络开关i合闸到将电送到联络开关j的时间。
若这里读者不太明白，可以参考《配电化系统》第二版（刘健、倪键立、邓永辉编著）的第71页。
下面以图4.2为例，说明联络开关E、H时限的确定方法。
图4.2多台联络开关示意图
第一步：
假设d区域故障，从故障发生到D开关闭锁在分闸状态所需延时时间：
10s+5s+5s+5s=25s;
假设e区域故障，从故障发生到F开关闭锁在分闸状态所需延时时间：
10s+5s=15s;
假设g区域故障，从故障发生到G开关闭锁在分闸状态所需延时时间：
10s+5s+5s+10s=30s;
假设h区域故障，从故障发生到M开关闭锁在分闸状态所需延时时间：
则
=30s。
第二步：
确定E合闸为第一营救策略，则
第三步：
设置H合闸为第二营救策略，则
第五章整定模型及任务设计书的求解
本任务课程设计的配电网拓扑图如图5.1所示
图5.1配电网络拓扑图
5.1任务书任务一
题目要求任意假定一故障，给出完成供电恢复的合理网络重构方案
在这里，建设29、30之间线路发生故障，根据第一章可知道，供电回复的重构方案有很多下面列举两种：
方案一：
分段开关29、30闭锁，其余分段开关全部合闸；
联络开关28合闸，其余全部处于分闸状态，这样既隔离了故障又恢复了全部区域的供电。
方案二：
分段开关29、30闭锁，其余分段开关全部处于合闸状态；
联络开关20合闸，其余全部处于分闸状态，这样既隔离了故障又恢复了全部区域的供电。
方案三：
联络开关53合闸，其余全部处于分闸状态，这样既隔离了故障又恢复了全部区域的供电。
5.2划分子网
配电网子网的定义：
由电源开关开始至联络开关或者线路末梢截止，沿潮流方向所经过的所有分段器均属于一个子网。
根据本定义，子网划分结果如图5.2如下：
图5.2子网划分结果
子网
分段开关编号
1234
9872161822231415161719
24252612271113
32313041294042433744453839
E
4647483549563436
F
5554
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