关键词：
配电线路
纵差保护
北斗同步时钟
实时以太网EPA
光纤通信
摘要：
在我国中低压配电系统中,普遍采用三段式电流保护作为线路主保护。电流速断保护只能保护线路全长的一部分,其保护范围以外的区内故障需要通过延时由限时电流速断保护甚至定时限过电流保护来切除。故障切除延时过长导致电气设备变形甚至烧毁、同一母线大量甩负荷、长时间电压跌落、用电设备毁坏、瞬时故障发展成永久故障等问题。同时,配电网网络结构复杂,线路长短不一、多分段且有大量T接支路,导致继电保护整定配合复杂,甚至无法按规程整定。随着经济社会的发展,用户对供电可靠性及电能质量等的要求越来越高,要求尽量减少停电次数、缩短停电时间,因此依赖于时限配合的三段式电流保护已经不能适应配电系统的发展,迫切需要提出新的配电线路保护方案。
本文以纵差保护为基础,结合配电线路多T接支路、中性点不接地或小电流接地等特点,提出了配电线路综合保护方案。纵差保护需要高精度的同步采样和大容量的实时通信作为支撑,因此本文设计了基于北斗卫星导航系统授时功能的高精度北斗同步时钟和基于实时以太网EPA的通信接口,并对光纤通信进行了研究。即本文分为三部分：保护方案的确定、北斗同步时钟设计和EPA通信系统研究。
第一部分,通过比较配电线路故障分量采样值纵差保护的三个候选判据在各种故障下的性能,确定了保护判据,并利用PSCAD对三个候选判据及保护判据进行了仿真分析,验证了理论分析的正确性和保护判据的可行性。提出了配电线路相量纵差保护、配电线路零序纵差保护和T接支路保护等保护判据以及单相接地故障选相判据,并进行了详尽的论证分析和PSCAD仿真验证。最后,介绍了综合保护方案中各保护判据的配合关系和故障隔离供电恢复的动作过程。从而实现了配电线路发生两相或三相故障时,保护准确快速地动作,切除故障并进行故障隔离和供电恢复；配电线路发生单相接地故障时,保护发出告警信息。
第二部分,简要介绍了电力系统常用的同步方法以及北斗卫星导航系统的组成、功能、工作原理、特点和优势等。对北斗卫星导航系统出站信号格式和授时方式进行了深入研究,包括：出站信号的超帧格式、子帧格式和出站广播信息格式以及两种授时方式的基本原理、特点比较和误差分析等。最后,根据电力系统的特殊需求,设计了北斗接收机、北斗同步时钟和北斗／GPS互备同步时钟,并结合原理框图对各模块的原理功能进行了介绍。从而为配电线路保护提供了高精度的同步时钟。
第三部分,简要介绍了电力系统常用的通信技术和EPA的概况、网络拓扑结构、构成设备和特点等。对EPA通信机制进行了深入研究,包括：EPA通信模型、数据链路层模型、确定性调度原理与实现。通过对两种候选通信接口方案的比较,选择了“微处理器+EPA专用芯片+网络芯片”的技术方案,并对通信接口的硬件结构和通信程序进行了设计。最后,对光纤通信的特点、基本原理、通道复用技术和性能参数进行了研究。从而为配电线路保护提供了大容量的实时通信信道。
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