CN103645410B - 一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统和方法，包括负荷模拟单元、分布式电源接入单元、输电线路及馈线模拟单元、接地电容模拟单元、接地故障模拟单元、电网模拟单元、接地方式模拟单元和主变压器模拟单元；负荷模拟单元和分布式电源接入单元分别通过输电线路及馈线模拟单元与主变压器模拟单元连接，接地电容模拟单元和接地故障模拟单元均设置在输电线路及馈线模拟单元上，电网模拟单元和接地方式模拟单元分别连接主变压器模拟单元。本发明模拟不同接地方式的低压电网中小电流接地系统，研究小电流接地系统运行特性、故障特征；系统构建灵活方便，可用于研究有分布电源或无分布电源接入的小电流接地系统的故障特性及保护的适应性。

Description

一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统和方法

技术领域

本发明涉及一种系统和方法，具体涉及一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统和方法。

背景技术

在110kV以下的电网中，普遍采用中性点不接地或中性点经消弧线圈或小电阻接地的方式构成小电流接地系统。采用小电流接地系统最大的优点是当系统发生单相接地故障时，不破坏系统电压的对称性，且故障电流较小，对供电设备不致造成很大的危害，允许故障线路或设备可继续运行一段时间，而不影响正常供电。但是单相接地故障如果不做及时的处理，由于非故障相的两相对地电压的升高，可能引起绝缘薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响电网安全运行。因此，当发生第一次单相接地故障时，必须正确及时地把故障线路检测出来并加以切除。

从上世纪80年代起就开始研究小电流接地故障选线识别技术，提出了多种选线方法，但由于故障特征复杂，选线判据不充分等原因造成在实际工作中小电流接地故障选线准确率不理想，非常必要继续开展对小电流接地选线技术的研究。

小电流接地系统的主要特点如下：

故障时电流小，小电流系统单相接地时产生的零序电流是系统电容电流，其大小与系统规模和线路类型(电缆或架空线)有关，数值很小。经中性点接入消弧线圈补偿后，其数值更小，且消弧线圈的补偿状态(过补偿、欠补偿、完全补偿)不同，接地基波电容电流的特点与无消弧线圈补偿时相反或相同。

不平衡电流的影响，不平衡电流主要包括两方面：在实际应用中，一般采用零序TA测取故障时零序电流状态特征，由于，一次电流很小(5A以下)，其实测变比误差达20%～80%,角误差达10～50°；二是由于负荷电流不平衡，造成的零序电流和谐波电流较大，特别是当系统较小（对地电容电流较小时），接地回路的零序电流和谐波电流甚至小于非接地回路的对应电流。

零序电流的不确定，我国配电网一般都是小电流系统，其运行参数会频繁改变，使电容电流和谐波电流经常变化；母线电压水平的高低，负荷电流的大小总在不断变化，故障点的接地电阻不确定等；这些都造成了零序故障电容电流和零序谐波电流的不确定。

电容电流波形的不稳定小电流系统的单相接地故障常常是间歇性的不稳定弧光接地，故电容电流波形不稳定，对应的谐波电流大小随时在变化。

针对这些问题使用小电流接地系统的动态模拟技术来研究小电流接地系统的故障特征，提高电网中小电流接地系统故障选线装置的准确性及改进措施，是最有效的方法。它可以模拟小电流接地系统的各种运行特性、故障特性以及对选线装置的影响，为低压系统的设计与配置提供技术依据，提高电网安全稳定运行能力。

小电流接地系统故障的动态模拟技术是开展电网小电流接地系统故障特征研究、故障选线技术研究的重要手段，它可以模拟和验证电网小电流接地系统发生的各种接地故障及对系统的影响。为更好的适应我国小电流接地系统运行的安全性、可靠性的要求，提高小电流接地系统故障的选线识别能力，确保护装置能够更准确的识别故障线路并快速切除故障，使用小电流接地系统动态模拟技术来研究小电流接地系统故障选线装置的适应性及改进措施，是行之有效的方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统和方法，模拟不同接地方式的低压电网中小电流接地系统，研究小电流接地系统运行特性、故障特征；系统构建灵活方便，可用于研究有分布电源或无分布电源接入的小电流接地系统的故障特性及保护的适应性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统，所述系统包括负荷模拟单元、分布式电源接入单元、输电线路及馈线模拟单元、接地电容模拟单元、接地故障模拟单元、电网模拟单元、接地方式模拟单元和主变压器模拟单元；所述负荷模拟单元和分布式电源接入单元分别通过所述输电线路及馈线模拟单元与主变压器模拟单元连接，所述接地电容模拟单元和接地故障模拟单元均设置在所述输电线路及馈线模拟单元上，所述电网模拟单元和接地方式模拟单元分别连接所述主变压器模拟单元的高压侧和低压侧。

所述负荷模拟单元包括不同容量的电动机负荷、电阻负荷和家电负荷等；所述分布式电源接入单元包括光伏电站和发电设备。

所述输电线路及馈线模拟单元包括输电线路模拟单元和馈线模拟单元，用于连接所述动态模拟系统中的负荷及分布式电源。

所述接地电容模拟单元模拟输电线路或馈线的接地电容，所述接地电容的电容值可根据模拟试验需要进行配置。

所述接地故障模拟单元设置接地故障点，在接地故障点处模拟输电线路或馈线上发生的单相接地故障及相间短路故障。

所述电网模拟单元用于模拟不同容量的系统电网；所述主变压器模拟单元的容量及变比根据试验需求配置。

所述接地方式模拟单元采用小电阻接地方式模拟单元或消弧线圈接地方式模拟单元；

所述小电阻接地方式模拟单元用于模拟所述系统不同接地电阻的运行特征和故障特征；

所述消弧线圈接地方式模拟单元用于模拟所述系统处于欠补偿、过补偿或全补偿时的运行特征和故障特征。

本发明又提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据所要模拟的小电流接地系统选择接入的所述系统的容量及输电线路长度，判断附近是否有分布式电源接入，配置相应的分布式电源通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤2：根据小电流接地系统选择相应的接地方式，包括不接地、小电阻接地和经消弧线圈接地，并把相应的负荷模拟单元通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤3：确定接地故障点的数量和位置，把所述接地故障模拟单元接入小电流接地系统；

步骤4：把继电保护装置或故障选线装置接入所述系统，并运行所述系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、模拟不同接地方式的低压电网中小电流接地系统，研究小电流接地系统运行特性、故障特征；

2、动态模拟系统构建灵活方便，可用于研究有分布电源或无分布电源接入的小电流接地系统的故障特性及保护的适应性；

3、可根据真实电网运行特性模拟小电流接地系统运行，研究结果具有实用性。

附图说明

图1是本发明实施例中小电流接地系统的动态模拟系统结构示意图；

图2是本发明实施例中小电流接地系统接线示意图；

图3是本发明实施例中的动态模拟系统中接地方式模拟单元连接示意图；

图4是本发明实施例中的单相接地故障模拟单元连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟系统，所述系统包括负荷模拟单元、分布式电源接入单元、输电线路及馈线模拟单元、接地电容模拟单元、接地故障模拟单元、电网模拟单元、接地方式模拟单元和主变压器模拟单元；所述负荷模拟单元和分布式电源接入单元分别通过所述输电线路及馈线模拟单元与主变压器模拟单元连接，所述接地电容模拟单元和接地故障模拟单元均设置在所述输电线路及馈线模拟单元上，所述电网模拟单元和接地方式模拟单元分别连接所述主变压器模拟单元的高压侧和低压侧。

所述负荷模拟单元包括不同容量的电动机负荷、电阻负荷和家电负荷等；所述分布式电源接入单元包括光伏电站和发电设备。

所述输电线路及馈线模拟单元包括输电线路模拟单元和馈线模拟单元，用于连接所述动态模拟系统中的负荷及分布式电源。

所述接地电容模拟单元模拟输电线路或馈线的接地电容，所述接地电容的电容值可根据模拟试验需要进行配置。

所述接地故障模拟单元设置接地故障点，在接地故障点处模拟输电线路或馈线上发生的单相接地故障及相间短路故障。

所述电网模拟单元用于模拟不同容量的系统电网；所述主变压器模拟单元的容量及变比根据试验需求配置。

所述接地方式模拟单元采用小电阻接地方式模拟单元或消弧线圈接地方式模拟单元；

所述小电阻接地方式模拟单元用于模拟所述系统不同接地电阻的运行特征和故障特征；

所述消弧线圈接地方式模拟单元用于模拟所述系统处于欠补偿、过补偿或全补偿时的运行特征和故障特征。

本发明又提供一种电网中小电流接地系统的动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据所要模拟的小电流接地系统选择接入的所述系统的容量及输电线路长度，判断附近是否有分布式电源接入，配置相应的分布式电源通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤2：根据小电流接地系统选择相应的接地方式，包括不接地、小电阻接地和经消弧线圈接地，并把相应的负荷模拟单元通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤3：确定接地故障点的数量和位置，把所述接地故障模拟单元接入小电流接地系统；

步骤4：把继电保护装置或故障选线装置接入所述系统，并运行所述系统。

图2是试验时使用的一种小电流接地系统的拓扑结构所构成小电流接地系统为分布式电源（小型发电单位包括光伏、小火电等）通过线路1与系统电网相连接，三路负荷分别通过馈线1～馈线3通过汇流母线与系统主变压器相连，经主变压器电压匹配与系统电网相连接，图中FD1为模拟接地故障点，故障点的数量及位置可根据模拟试验需要确定。在设置的故障点处可以分别模拟电网中各线路中的任一相发生接地故障，如A相接地故障或B相接地故障。

本发明运行在实验室条件下的小电流接地试验系统具有灵活建模的能力，在试验中能够模拟真实电网运行中发生的各种电气故障，因此，小电流接地试验系统可以用来研究各种小电流接地电网的运行特征、故障特征、研究小电流接地系统故障时的故障识别与保护配置的适应性问题，小电流接地系统的接地方式可根据需要，选择图2中的接地方式开关K1～K3中的任意一个确定系统的接地方式如K1～K3全部处于断开状态，配电网构成了不接地系统这也是小电流电网系统的典型运行方式之一，接地故障位置和选相开关可以视需要改变接入线路的位置和相别，试验过程是首先确定故障线路，闭合选中的选线开关FD1～FD4确定故障位置，闭合开关使其连通，然后，闭合KA～KC任一选相开关，确定故障相后与故障开关KG相连通，故障开关KG的闭合时间可以按需要设定，通过程控进行故障开关KG闭合操作，以模拟不同线路的单相接地故障。控制系统按照设定的时间操作故障开关KG的合、断，上述操作既完成了小电流接地系统接地故障的模拟。

图2所示，闭合开关K4～K16构成小电流不接地系统，选择FD4为故障点，闭合图4中FD4开关，图2中FD4处已与图4中的三相故障开关KG及选相开关KA、KB、KC相连通，闭合选相开关KA，此时，设定好故障开关KG的闭合时间为600ms（按需要设定），启动控制器控制故障开关按设定好时间闭合三相故障开关KG，于是线路4的FD4处便发生A相接地故障。闭合选相开关K2重复前述过程，线路4的FD4处便发生经消弧线圈欠补偿接地系统的A相接地故障。

如图2所示，闭合开关K5～K16使配电网小电流不接地系统，选择FD3为故障线路，闭合图4中FD3开关，图2中FD3处已与图4中的三相故障开关KG及选相开关KA、KB、KC相连通，闭合选相开关KA，此时，设定好故障开关KG的闭合时间为170ms（按需要设定），启动控制器控制故障开关按设定好时间闭合三相故障开关KG，于是线路3的FD3处便发生A相接地故障，故障引起电磁谐振。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据所要模拟的小电流接地系统选择接入的所述系统的容量及输电线路长度，判断附近是否有分布式电源接入，配置相应的分布式电源通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤2：根据小电流接地系统选择相应的接地方式，包括不接地、小电阻接地和经消弧线圈接地，并把相应的负荷模拟单元通过与实际距离相同长度的输电线路模拟单元接入电网模拟单元；

步骤3：确定接地故障点的数量和位置，把所述接地故障模拟单元接入小电流接地系统；

步骤4：把继电保护装置或故障选线装置接入所述系统，并运行所述系统；

所述方法通过电网中小电流接地系统的动态模拟系统实现；

所述系统包括负荷模拟单元、分布式电源接入单元、输电线路及馈线模拟单元、接地电容模拟单元、接地故障模拟单元、电网模拟单元、接地方式模拟单元和主变压器模拟单元；所述负荷模拟单元和分布式电源接入单元分别通过所述输电线路及馈线模拟单元与主变压器模拟单元连接，所述接地电容模拟单元和接地故障模拟单元均设置在所述输电线路及馈线模拟单元上，所述电网模拟单元和接地方式模拟单元分别连接所述主变压器模拟单元的高压侧和低压侧。

2.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述负荷模拟单元包括不同容量的电动机负荷、电阻负荷和家电负荷；所述分布式电源接入单元包括光伏电站和发电设备。

3.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述输电线路及馈线模拟单元包括输电线路模拟单元和馈线模拟单元，用于连接所述动态模拟系统中的负荷及分布式电源。

4.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述接地电容模拟单元模拟输电线路或馈线的接地电容，所述接地电容的电容值可根据模拟试验需要进行配置。

5.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述接地故障模拟单元设置接地故障点，在接地故障点处模拟输电线路或馈线上发生的单相接地故障及相间短路故障。

6.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述电网模拟单元用于模拟不同容量的系统电网；所述主变压器模拟单元的容量及变比根据试验需求配置。

7.根据权利要求1所述的电网中小电流接地系统的动态模拟方法，其特征在于：所述接地方式模拟单元采用小电阻接地方式模拟单元或消弧线圈接地方式模拟单元；

所述小电阻接地方式模拟单元用于模拟所述系统不同接地电阻的运行特征和故障特征；

所述消弧线圈接地方式模拟单元用于模拟所述系统处于欠补偿、过补偿或全补偿时的运行特征和故障特征。