一种故障限流器在线监测、控制、保护系统设计

摘要

随着电力系统容量的逐年增加，电网短路容量和短路电流水平也不断增长。短路电流会直接影响电气设备的选择和电网的安全稳定运行。为限制短路电流水平，通常采用的限流措施主要从电网结构、系统运行方式和设备三个方面考虑。通过改造电网结构来限制短路电流，其费用极其昂贵；通过改变系统运行方式和设备来限制短路电流，容易造成电力系统运行的不稳定或可靠性降低。因此，为保证电力系统的安全稳定运行，如何快速有效地限制短路电流，已成为当前电力系统发展面临的关键技术问题之一。 故障限流器作为一种有效的技术措施，能够限制电网的短路容量，从而极大地减轻断路器等各种高压电气设备的动、热稳定负担，提高其动作可靠性和使用寿命，保证电网的安全与稳定运行。另一方面，由于限制了短路容量，显著降低对电网中各种电气设备(如变压器、断路器、互感器等)以及电网结构的设计容量要求，大大节省投资。 故障限流器的投入运行，需要解决相应的在线监测、控制与保护技术问题。对FCL实行在线监测，可及早发现各组成元件的内部缺陷，便于排除隐患并实施可靠的保护措施，同时又能依据限流器的运行状态进行合理的控制操作。 本文提出了一种新型的经济型FCL的拓扑结构，并给出了具体设计方案。针对此经济型FCL，具体设计了其在线监测、保护与控制系统，包括软、硬件两部分。进一步，本文还就含有故障限流器的线路单相重合闸操作开展了交互影响研究，提出了故障限流器与单相自动重合闸的配合时序与控制策略，并应用于故障限流器的控制系统设计中。最后，本文针对FCL的电容器组、避雷器组、并联间隙、快速合闸开关等元件的运行与维护，结合与单相自动重合闸操作的配合控制，建立了一套FCL的控制与保护策略。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1故障限流技术背景

1.2故障限流的基本措施

1.3故障限流器技术研究的现实意义和应用价值

1.4故障限流器的在线监测、控制、保护问题

1.5本文研究内容

第二章故障电流限制器技术的研究及应用现状

2.1故障限流器的种类

2.2几种类型故障限流器综合比较

2.2.1超导型故障限流器(SFCL)

2.2.2电力电子型故障限流器

2.2.3经济型故障限流器

2.3小结

第三章经济型故障限流器的总体设计方案

3.1故障限流器新型拓扑设计

3.2串联电容器设计方案

3.3串联电抗器设计方案

3.4避雷器设计方案

3.5并联可控放电间隙G设计方案

3.6旁路快速合闸开关K设计方案

3.7隔离开关设计方案

第四章经济型故障限流器在线监测系统的软硬件实现

4.1信号采集及预处理模块

4.2 DSP模块

4.3光纤收发模块

4.3.1 TTL信号与PECL信号之间的转换

4.3.2 TTL信号与RS232信号之间的转换

4.3.3光纤收发模块实验

4.4上位机

4.4.1 LabView软件简介

4.4.2本文用到的LabView相关知识

4.4.3上位机程序工作界面与原理图展示

4.5电源模块

第五章经济性故障限流器与单相重合闸的配合策略研究

5.1超高压输电系统分析模型

5.2故障限流器旁路开关断开时间对潜供电流的影响

5.3潜供电流低频分量的产生机理分析

5.4含FCL的线路单相重合闸操作

5.5小结

第六章经济型故障限流器的控制与保护策略

6.1线路总电流的保护策略

6.2串联电容器的保护策略

6.2.1电容器过电压的保护策略

6.2.2电容器组不平衡电流的保护策略

6.2.3介质损耗角δ保护策略

6.3避雷器的综合保护策略

6.3.1避雷器电流的保护策略

6.3.2避雷器能量的保护策略

6.3.3避雷器阻性电流的保护策略

6.4并联间隙和快速合闸开关的保护策略

6.4.1并联间隙的保护策略

6.4.2快速合闸开关的保护策略

6.5自动重合闸控制策略

第七章结论

参考文献

致谢

附录 A/D采样及SCI串口通讯模块代码