CN103605357A - 配电网分界开关控制装置的测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网分界开关控制装置的测试系统，包括模拟电源模块，模拟变电站系统和模拟线路系统；其中，模拟电源模块为本测试系统提供电力，模拟变电站系统模拟实际配电网的各种运行状态，配置不同的网络结构，模拟中性点不接地与经消弧线圈接地方式下的单相接地故障，模拟线路系统模拟实际配电网中不同数量、不同容量的线路，实现分界开关控制装置在中性点经消弧线圈接地和不接地方式下的单相接地故障判别、定位和隔离功能。本发明在低电压等级上实现闭环的试验回路，为分界开关技术的深入研究提供了方便有效的验证手段，也为分界开关控制装置的测试提供了有效平台。
Description
技术领域
本发明属于配电网动态模拟与测试技术领域，尤其涉及配电网分界开关控制装置的测试系统。
背景技术
智能配电网自动化是智能电网建设中的重要的一环，它将现代计算机技术、通信网络技术集于一体，对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制，是改进供电质量、提高供电可靠性、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段，同时也是实现智能电网的重要基础之一。
配电网分界开关是用于线路分支线路或用户线路，具有自动实现故障判别和隔离功能的一种智能开关设备（一体化设计的开关及终端设备），是智能配电网的重要组成部分，主要安装于线路分界点，除了实现故障线路的快速定位并切除故障区域，提高供电可靠性外，还有利于责任界定。所以有必要给配电网分界开关控制装置提供便捷有效的研究、测试与检验手段，同时为分界开关控制器的研究开发与生产调试提供必要的验证环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网分界开关控制装置的测试系统，通过在低压环境中模拟实际配电网的各种运行状态，配置不同的网络结构，模拟中性点不接地与经消弧线圈接地方式下的单相接地故障，实现闭环的试验回路，从而能够验证分界开关控制装置在中性点经消弧线圈接地和不接地方式下的单相接地故障判别、定位和隔离功能，为分界开关技术的深入研究提供了方便有效的验证手段，也为分界开关控制器的测试提供了有效平台。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
配电网分界开关控制装置的测试系统，包括模拟电源模块，模拟变电站系统和模拟线路系统；
所述模拟电源模块由交流三相380V电源、三相调压器和隔离变压器组成，所述交流电源依次连接三相调压器、隔离变压器后接入低压母线；
所述模拟线路系统由线路单元模块与分界开关模块组成；其中，
线路单元模块用于模拟实际配电网中不同数量、不同容量的线路；线路单元模块采用T型等值回路，每个线路单元模块均为三相模型，每一相都由对地电容C和对地电阻R并联组成，模拟1A的电容电流，1条线路由1个线路单元模块或者多个线路单元模块相互串联配置而成；
分界开关模块由开关本体和控制装置两部分组成，用于控制线路单相接地故障的投切，并自动隔离故障区域；
所述模拟变电站系统包括中性点接地方式选择模块、消弧一次设备模块、不平衡电压调节模块、接地故障模块、模拟量测量模块、监控与录波模块；其中，
中性点接地方式选择模块用于实现接地方式的选择，所述接地方式包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种接地方式；接地方式的选择通过投切消弧一次设备模块实现；
消弧一次设备模块包括消弧线圈及其调节机构，阻尼电阻及其控制机构，所述消弧线圈一端接入模拟电源系统的隔离变压器Y0侧的中性点，另一端与阻尼电阻串联后接地；
不平衡电压调节模块用于模拟实际配电网中三相电压不平衡的实际运行状态，不平衡电压调节模块由三个不同容量的对地电容组成，电容之间并联连接，一端连接某一相母线，另一端接地；
接地故障模块用于模拟实际配电网中不同的接地故障；
模拟量测量模块提供监控和录波模块和分界开关模块的控制装置所需的模拟量，主要由电压测量元件和电流测量元件组成，电压测量元件与每个线路单元模块并联，电流测量元件与每个线路单元模块串联，各测量元件均与监控和录波模块相连接，并根据控制装置的实际接口接入控制装置；
监控和录波模块用于实时监控测试系统的运行状态，并记录工作波形，监控和录波模块与模拟量测量模块相连接，记录各个模拟量的波形数据，并监视每条线路的运行数据是否在安全范围内。
前述的测试系统有2段母线，每段最多5条线路。
前述的模拟电源系统的三相调压器由三个220V/20A单相调压器组成，Y/Y接线，隔离变压器的变比为400V/400V，△/Y0接线。
前述的分界开关模块的开关本体主要由交流继电器J、零序交流互感器、交流空气开关KG组成，交流继电器J同时投切三相线路与地线，模拟分界开关操作机构，零序交流互感器用来测量线路的零序电流，交流空气开关KG用来控制单相接地故障的投切；控制装置即为被测设备，根据线路零序电流的变化特征，识别出线路的单相接地故障，从而控制交流继电器J的开合，达到隔离故障区域的目的。
前述的接地故障模块中接地故障类型包括金属性接地、弧光接地和电阻接地，其中
金属性接地采用金属线作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地；
电阻接地采用电阻作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地，电阻阻值的调节范围10Ω～640Ω；
弧光接地采用一根将空气间隙两端短接的熔丝作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地；
前述的模拟量测量模块所测得的模拟量具体包括三相母线电压、中性点零序电压、中性点零序电流、每条线路的零序电流、每条线路的相电流、接地点电流。
通过采用上述技术手段，本发明具有如下优点：（1）在交流三相380V电压等级下模拟实际配电网的各种运行状态；（2）在模拟配电网中融入的分界开关模块，满足分界开关控制装置的测试需求；（3）可以根据需求配置线路的数量和容量；（4）可以在线路上模拟各种类型的接地故障；（5）可以调整三相电压的不平衡度；（6）集成数字式监控和录波设备，实时有效地监控低压试验系统的运行状态；（7）本发明为分界开关控制器的各项功能测试提供了有效平台，为分界开关控制技术及单相接地故障定位技术的研究提供了有效保证，并具有一定的应用价值。
附图说明
图1为本发明的配电网分界开关控制装置的测试系统的结构示意图；
图2为本发明的线路单元模块等值回路图；
图3为本发明的分界开关模块结构图；
图4为本发明的无分支线路的组网方案；
图5为本发明的有分支线路的组网方案。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，配电网分界开关控制装置的测试系统，包括模拟电源模块，模拟变电站系统和模拟线路系统；其中
模拟电源模块由交流三相380V电源、三相调压器和隔离变压器组成，交流电源依次连接三相调压器、隔离变压器后接入低压母线；三相调压器由三个220V/20A单相调压器组成，Y/Y接线，能够在0～250V范围内手动无级调节相电压，一方面能够精确控制试验系统的电压等级，另一方面可以避免直接上电对设备带来的冲击，增加了低压试验系统的安全性，隔离变压器的变比为400V/400V，△/Y0接线，避免试验项目对外部电网造成影响。
模拟变电站系统包括中性点接地方式选择模块、消弧一次设备模块、不平衡电压调节模块、接地故障模块、模拟量测量模块、监控与录波模块；其中
中性点接地方式选择模块用于实现接地方式的选择，接地方式包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种接地方式；接地方式的选择通过投切消弧一次设备模块实现；
消弧一次设备模块包括消弧线圈及其调节机构，阻尼电阻及其控制机构，消弧线圈一端接入模拟电源系统的隔离变压器Y0侧的中性点，另一端与阻尼电阻串联后接地；消弧线圈的类型为目前应用最为广泛的调匝式，输出电流调节范围为1A～15A，可以进行遥控操作，实现消弧线圈的自动运行方式，阻尼电阻与消弧线圈串联工作，避免谐振电压带来的影响，阻值0～50Ω可调，功率500W，并配置投切继电器，同样可以进行遥控操作；
不平衡电压调节模块用于模拟实际配电网中三相电压不平衡的实际运行状态，不平衡电压调节模块由三个不同容量的对地电容组成，电容之间并联连接，一端连接某一相母线，另一端接地，根据不平衡电压的要求，在母线的某一相上增加不平衡电容，通过改变不平衡电容参数达到调节三相电压不平衡的目的，不平衡度在0.5%～15%范围内可调；
接地故障模块可以模拟实际配电网中可能发生的金属性接地、弧光接地和电阻接地等不同类型的接地故障，接地故障模块可以根据试验要求灵活地选择连接位置，一端连接接地故障点，另一端接地；对于三种接地故障，金属性接地试验可用足够截面的金属线直接接地，电阻接地试验可用足够容量的电阻接地，阻值调节范围10Ω～640Ω，弧光接地试验可通过一根将空气间隙两端短接的熔丝接地，空气间隙的两极由足够截面的金属线组成，进行接地试验时能形成稳定电弧并且熔丝能被融化；
模拟量测量模块提供监控和录波模块和分界开关模块的控制装置所需的模拟量，主要由电压测量元件和电流测量元件组成，可以根据试验需求选择不同的元件配置，电压测量元件与每个线路单元模块并联，电流测量元件与每个线路单元模块串联；模拟量测量模块所测得的模拟量具体包括三相母线电压、中性点零序电压、中性点零序电流、每条线路的零序电流、每条线路的相电流、接地点电流等，各模拟量均接入监控和录波模块，同时可以有选择性地接入被测装置，有选择性是根据控制装置的实际接口选择，一般必选的是三相中其中的两相母线电压和每条线路的零序电流，其它的为选配；
监控与录波模块可以实时监控低压测试系统的运行状态，并可以记录工作波形，该模块与模拟量测量模块相连接，监控部分可以监视低压测试系统中的每个模拟量的运行数据是否在安全范围内，采样精度0.5%，每通道采样率12.8kb/s，支持24路电压通道和70路电流通道，能够识别过压、失压、过流、断线等运行故障，并能实现跳闸保护等控制功能，同时能够监视中性点位移电压、消弧线圈补偿状态、阻尼电阻投切状态、故障信息等运行状态；录波部分能够记录各相对地电压、中性点零序电压、各线路相电流和零序电流、接地残流等波形数据，每路录波可实现256点/周波，能够记录一万次以上的录波数据，并能方便地查询录波波形，每次录波能够记录故障发生前50周波、故障发生后450个周波、故障消失前10个周波和故障消失后40个周波的波形数据。
模拟线路系统由线路单元模块与分界开关模块组成；其中
线路单元模块用于模拟实际配电网中不同数量、不同容量的线路；线路单元模块设计如图2所示，采用T型等值回路，能够模拟1A的电容电流，1条线路由1个线路单元模块或者多个线路单元模块相互串联配置成测试所需的各类不同数量、不同容量的线路，本发明的测试系统设计为2段母线，每段最多5条线路，至少能够模拟13A的电容电流，其中，每条线路均为三相模型，每一相都由对地电容C和对地电阻R并联组成，根据配电网单相接地运行特征和欧姆定律，可以计算出每相对地电容C的容值为：
每相对地电阻R的阻值，按自然阻尼率dR为2%计算：
R＝33kΩ
其中，XC为电容抗，
为系统相电压，I0为线路单元模块电容电流，ω为角频率，
参考到实际电容、电阻元件的常用型号及参数，最终确定对地电容C为5uF，对地电阻R为30kΩ，这样，实际每个线路单元模块能够模拟的电容电流为1.04A，基本符合1A的设计值。
分界开关模块由开关本体和控制装置两部分组成，用于控制线路单相接地故障的投切，并自动隔离故障区域，其开关本体由交流继电器J、零序交流互感器、交流空气开关KG组成，而控制装置即为被测设备，根据线路零序电流的变化特征，识别出线路的单相接地故障，从而控制交流继电器J的开合，达到隔离故障区域的目的。
根据分界开关本体的实际结构，结合低压模拟环境的试验需求，分界开关的模块设计如图3所示：虚框内部为分界开关本体的内部结构，内部结构主要由交流继电器J、零序交流互感器、交流空气开关KG组成，其中，交流继电器J同时投切三相线路与地线，模拟分界开关操作机构，零序交流互感器用来测量线路的零序电流，交流空气开关KG用来控制单相接地故障的投切。
其中，接口端子A,B,C,E用作电源进线与地线；
接口端子a,b,c,e用作电源出线与地线；
接口端子K1,K2用作交流继电器线圈电源；
接口端子S1,S2用作交流继电器常开触点；
接口端子I1,I2用作零序交流互感器二次接口；
接口端子G用作单相接地实验接口。
下面通过具体实施例对本发明的测试过程进行解释说明：
图4和图5即为两类典型的组网模式，图4模拟了5条出线，其中线路1、线路3和线路4为短线路模型，线路2和线路5为长线路模型，其中长线路分为5段，每一段由一套分界开关进行控制，模拟不同线路长度对故障判别的影响。图5模拟了3条线路，其中线路1为短线路模型，线路2和线路3为长线路模型，其中长线路2具有两条分支线路，能够模拟多分支线路对故障判别的影响。
下面结合附图5对本发明的测试过程说明如下，
1、启动本发明的配电网分界开关控制装置的测试系统
1）启动监控和录波模块；
2）选择中性点接地方式，本实施例中选择中性点经消弧线圈接地方式；
3）选择试验所需的消弧线圈类型和阻尼电阻阻值，使消弧一次设备模块接入测试系统；
4）选择线路单元模块的组成，线路1容量为1A，线路2容量为7A，含有两条容量分别为1A的分支线路，线路3容量为5A；
5）闭合进线电源的三相开关，通过三相调压器调节低压母线上的各相电压，同时观察监控和录波模块中实时采样数据，最终使三相电压调至额定值220V；
6）调节不平衡电压调节模块，选择性的使不平衡度满足0.5%～15%；
7）启动分界开关的控制装置。
2、模拟单相接地故障
1）选择线路2作为故障线路，A点作为故障点；
2）选择接地故障模块类型，本实施例中选择电阻接地；
3）闭合分界开关模块的交流空气开关KG进行单相接地试验。
3、试验结果
1）分界开关控制装置h通过零序电流的变化特征判断能够正确判断线路2中的分支线路2发生单相接地故障；
2）分界开关控制装置h能够及时控制对应的分界开关本体内的交流继电器动作，从而切除线路2中的分支线路2，隔离故障区域；
3）其余线路恢复正常运行。
4、测试系统退出
1）退出分界开关控制装置；
2）退出模拟电源模块，通过三相调压器调节低压母线上的各相电压至零，并断开进线电源的三相开关；
3）退出不平衡电压调节模块；
4）退出线路单元模块；
5）退出消弧一次设备模块；
6）退出监控和录波模块。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.配电网分界开关控制装置的测试系统，包括模拟电源模块，模拟变电站系统和模拟线路系统；
所述模拟电源模块由交流三相380V电源、三相调压器和隔离变压器组成，所述交流电源依次连接三相调压器、隔离变压器后接入低压母线；
所述模拟线路系统由线路单元模块与分界开关模块组成；其中，
线路单元模块用于模拟实际配电网中不同数量、不同容量的线路；线路单元模块采用T型等值回路，每个线路单元模块均为三相模型，每一相都由对地电容C和对地电阻R并联组成，模拟1A的电容电流，1条线路由1个线路单元模块或者多个线路单元模块相互串联配置而成；
分界开关模块由开关本体和控制装置两部分组成，用于控制线路单相接地故障的投切，并自动隔离故障区域；
所述模拟变电站系统包括中性点接地方式选择模块、消弧一次设备模块、不平衡电压调节模块、接地故障模块、模拟量测量模块、监控与录波模块；其中，
中性点接地方式选择模块用于实现接地方式的选择，所述接地方式包括中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种接地方式；接地方式的选择通过投切消弧一次设备模块实现；
消弧一次设备模块包括消弧线圈及其调节机构，阻尼电阻及其控制机构，所述消弧线圈一端接入模拟电源系统的隔离变压器Y0侧的中性点，另一端与阻尼电阻串联后接地；
不平衡电压调节模块用于模拟实际配电网中三相电压不平衡的实际运行状态，不平衡电压调节模块由三个不同容量的对地电容组成，电容之间并联连接，一端连接某一相母线，另一端接地；
接地故障模块用于模拟实际配电网中不同的接地故障；
模拟量测量模块提供监控和录波模块和分界开关模块的控制装置所需的模拟量，主要由电压测量元件和电流测量元件组成，电压测量元件与每个线路单元模块并联，电流测量元件与每个线路单元模块串联，各测量元件均与监控和录波模块相连接，并根据控制装置的实际接口接入控制装置；
监控和录波模块用于实时监控测试系统的运行状态，并记录工作波形，监控和录波模块与模拟量测量模块相连接，记录各个模拟量的波形数据，并监视每条线路的运行数据是否在安全范围内。
2.根据权利要求1所述的配电网分界开关控制装置的测试系统，其特征在于，所述测试系统有2段母线，每段最多5条线路。
3.根据权利要求1所述的配电网分界开关控制装置的测试系统，其特征在于，所述模拟电源系统的三相调压器由三个220V/20A单相调压器组成，Y/Y接线，隔离变压器的变比为400V/400V，△/Y0接线。
4.根据权利要求1所述的配电网分界开关控制装置的测试系统，其特征在于，所述分界开关模块的开关本体主要由交流继电器J、零序交流互感器、交流空气开关KG组成，交流继电器J同时投切三相线路与地线，模拟分界开关操作机构，零序交流互感器用来测量三相线路的零序电流，交流空气开关KG用来控制单相接地故障的投切；控制装置即为被测设备，根据线路零序电流的变化特征，识别出线路的单相接地故障，从而控制交流继电器J的开合，达到隔离故障区域的目的。
5.根据权利要求1所述的配电网分界开关控制装置的测试系统，其特征在于，所述接地故障模块中接地故障类型包括金属性接地、弧光接地和电阻接地，其中
金属性接地采用金属线作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地；
电阻接地采用电阻作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地，电阻阻值的调节范围10Ω~640Ω；
弧光接地采用一根将空气间隙两端短接的熔丝作为模拟元件，一端连接接地故障点，一端直接接地。
6.根据权利要求1所述的配电网分界开关控制装置的测试系统，其特征在于，所述模拟量测量模块所测得的模拟量具体包括三相母线电压、中性点零序电压、中性点零序电流、每条线路的零序电流、每条线路的相电流、接地点电流。
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