10kV中性点不接地配电网系统故障检测装置的分析与设计开题报告

- 0 -1.毕业设计的主要内容、重点和难点研究内容故障检测装置安装在架空线、环网柜、箱变、电缆、电缆分支箱里，用来指示故障电流的通路。线路发生故障后，巡线人员可以借助检测装置的报警显示，快速确定发生故障区段 ，找出故障点。与此同时，故障检测装置能够做到实时检测线路的运行状态和发生故障的地点，比如送电、停电、接地、短路、过流等。在线路运行状态发生变化时迅速告知值班人员，做出处理决定，可以极大地提高供电可靠性、提高用户的满意度 。配电网系统中，线路分支很多，运行方式较复杂，线路的管理、维护工作量很大。发生故障时检查费时费力，导致供电可靠性较低。而故障检测装置能够弥补上述输电故障查询的不足，省时省力，为快速查询故障点，快速恢复供电提供有力的保障。研制适用于 10 KV 配电网中性点不接地系统的，能够正确反映接地故障、短路故障的故障检测装置，采用故障检测装置和零序互感器组合方式，反映零序电流突变，并和继电检测接地动作和线路重合闸相匹配，确保系统接地故障引起跳闸后，故障检测装置能够正确动作，能自动或手动复位。我国生产故障检测装置的企业及相关技术的发展历史都不长，但是，在科技高速发展的推动下，故障检测装置的生产规模日益扩大，产品技术含量越来越高，能针对用户的需求生产出相应的产品，新产品的推出频率也越来越高，有些产品已达到国际先进技术水平。（1）通过科技论文、技术资料的检索，调研 10kV 中性点不接地系统的运行方式，了解中性点不接地系统及地故障特征和检测方法；（2）分析中性点不接地系统接地故障特征，给出仿真分析波形，并对仿真结果进行分析；设计并实现中性点不接地系统故障监测装置样机；（3）通过分析确定装置的设计的方案，并制定技术路线；（4）通过仿真验证方案的可行性，制作控制器样机并给出初步的试验结果。研究重点及难点重点（1）了解电压电流互感器的结构及原理，掌握高电压大电流的精确检测采集及数据处理方法；（2）掌握 A/D 转换的数据采集功能，熟悉微处理器的基本功能；（3）了解断路器的结构及原理特性，控制驱动电路使装置能够检测 0-30A 零序电流出现的故障并动作。- 1 -难点（1）电力系统在运行的过程中会出现各种各样的状况，有正常和不正常的，电流也比较复杂，要区分正常运行的电流电压特性、合闸操作的电流电压特性和故障的电流电压特性；（2）装置在复杂的电磁环境下工作应有较强的抗干扰能力，使保护装置能在正常操作下不动作以及在故障状态下可靠动作以实现系统可靠安全运行。- 2 -2.准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）查阅过的文献资料1 王承玉，海涛，陈勇等.配电网自动化开关设备M.北京：中国电力出版社，2007.101-1092 高研,毕锐, 杨为, 等. 分布式发电对配电网继电检测的影响J. 电网与清洁能源, 2009,25(4):3 Muench, F.J.Wright,G.A.Fault Indicators: Types, Strengths & ApplicationsJ. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1984,VolPAS-103 （12）:3688 3693.4 曾育彬.变压器中性点接地短路分析J.电机电器技术,2004,(4):23-26.5 陈鸿基中性点不接地系统的一种消谐方法J.广东电力，1999,12(4):31-32.6 施伟斌基于 10kV 小电阻接地系统的架空线路接地故障指示器J.低压电器,2007, 13:34-36.7 穆大庆，尹项根，甘正宁.中性点不接地系统中单相接地保护的新原理探讨J.长沙 电力学院学报(自然科学版),2005,20(01):6-9.8 Yasin Zuhaila Mat, Rahman Titlik Khawa Abdul. Influence of distributed generation on distributionnetwork performance during network reconfiguration for service restorationC. First InternationalPower and Energy Conference, (PEC on 2006) Proceedings, Putrajaya Malaysia, 2006: 566-5709 牟龙华, 孟庆海. 供配电安全技术M. 北京: 机械工业出版社, 2003, 8-11.10 张明君, 林敏. 电力系统微机检测M. 第 2 版. 北京, 冶金工业出版社, 2011.11 杨国福. 电力系统继电检测技术的现状与发展趋势J. 电气制造, 2007, (7): 36-38.12 宋建成, 梁翼龙等. 矿用隔爆型真空馈电开关中的过电流检测J. 继电器, 1999, (9).调研情况随着我国国民经济的迅速发展，电力需求迅猛增长，电力网络也在不断的扩大，更多的配电设备应用在电网中，电力系统配电网络以及电力设备的安全运行显的越来越重要，如今电网普遍使用各种检测保护装置来保障系统安全可靠运行。故障检测装置是一种安装在架空线路上、电力电缆及开关柜母线排上，用于指示故障电流通路的装置。一旦线路发生短路，巡线人员可借助指示器上的红色报警显示，迅速确定故障区段、分支、及故障点。短路故障以检测线路相电流越限作为判断依据，接地故障以检测线路零序电流越限作为判断依据，均通过指示仪表上的指示灯显示。指示仪表上的接地指示灯亮，表明发生单相接地故障；指示仪表上的短路指示灯亮，表明发生了相间短路故障。- 3 -通过查阅科技文献及调研，了解 10KV 配电网中性点不接地系统故障的类型及其特点，以及目前配电网中故障指示器的使用情况，结合本设计的要求，以单片机系统为核心，通过对三相电流和零序电流信号的采集、处理，然后判断出是否为故障电流，控制灯光给出相应的指示。现有设备及实验条件个人计算机、51 单片机开发板、示波器、直流稳压电源、数字万用表，开放实验室。3.实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料实施方案10kV 配电网中性点不接地系统故障检测装置设有三个短路故障传感器，一个接地故障传感器，一个读数仪表连接导线是电缆或光缆，读数仪表中配有时间复位电路及赋值电路接地故障由一个闪光 LED 灯指示，每根电缆上的短路故障由一个闪光的 LED灯指读数仪表配有测试/复位按钮，每一个传感器由检测短路及接地故障引起脉冲电流的线圈组成。如图 1 是整体设计框架图。如图 2 是模拟样机的信号采集与处理过程示意图。模拟样机用电流信号发生器来模拟产生电流互感器二次侧的正常运行电流和故障电流，然后经滤波整流，I/V 转换保持，A/D 采样，单片机处理，根据采样的值与各种状况相应的值对比得出电路运行状况，如果判断是是系统故障，则立即启动程序驱动控制电路给出故障显示并跳闸切断电路。图 1.整体设计框架电池 单片机系 统 指示牌电场、磁场 感应装置电源 电池 发光及翻牌信号模拟信号输入 单片机系 统A/D转换多路转换 器采样保持低通滤波 器电压形成- 4 -图 2 模拟样机的信号采集与处理过程框图进度实施计划第一阶段（2015 年 12 月 28 日至 2016 年 3 月 06 日）：查找文献、资料，深入学习 10KV 配电网中性点不接地系统故障检测装置的相关知识，完成开题报告。第二阶段（2016 年 3 月 07 日至 2016 年 3 月 13 日）：翻译四万字符与毕业设计题目相关的英文文献。第三阶段（2016 年 3 月 14 日至 2016 年 3 月 20 日）：根据故障检测装置方案进行器件选型，硬件电路原理仿真，用 MATLAB 进行故障检测装置的仿真、分析，解决出现的问题，进行方案的优化。第四阶段（2016 年 3 月 21 日至 2016 年 4 月 04 日）：根据硬件原理图绘制 PCB图，制作硬件并调试。第五阶段（2016 年 4 月 05 日至 2016 年 5 月 22 日）：软件编程，并与硬件进行调试，根据课题任务与要求，做出可供调试的模拟样机，并进行系统测试。第六阶段（2016 年 5 月 23 日至 2016 年 5 月 30 日）：完成毕业设计，提交论文。预交毕业设计资料1) 两万字以上的毕业设计说明书一份；2) 四万字符以上的指定英文资料翻译一份（附英文原文） ；3) 可供演示的系统故障检测装置样机一台；4) 本系统软件源代码、硬件原理图纸等资料一套。5) 设计说明书应说明系统方案的工作原理，给出两套各有特点的系统实现方案，并选择其中之一进行详细设计。设计说明书应详细说明电流转化为电压信号电路、精密全波整流电路、低通滤波器电路、单片机最小系统电路等的工作原理、系统硬件电路的工作原理和元器件参数的计算选择过程、控制算法并附上全部程序代码。详细说明系统验证实验中的调试过程和结果。- 5 -指导教师意见指导教师（签字）：2016 年 3 月日开题小组意见开题小组组长（签字）：2016 年 3 月日院（系、部）意见- 6 -主管院长（系、部主任）签字：2016 年 3 月日