CN104732847A - 一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台：包括中性点接地模块、10kV母线、10kVπ型等值模型输电线路模块和单相接地故障模块；本发明能够1:1电压等级动态模拟配电网络的不同长度的架空线路以及电缆线路发生单相接地故障的试验平台。该平台可模拟不同的中性点接地方式：中性点不接地、中性点经小电阻接地、中性点经消弧线圈接地；可模拟不同长度和不同类型的传输线：架空线或电缆线；可模拟各类型的单相接地故障，如金属性接地、弧光接地、高阻接地等；并具有配网故障指示器、选线及故障定位装置、DTU/FTU等配网自动化终端的接口，满足对配网单相接地故障选线、行波测距精确定位等方向的科学研究、产品开发、产品检测、相关人员实操培训的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统故障模拟试验平台，尤其是涉及一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台。
背景技术
电力系统中90％以上的故障都发生在输电线路中，所以输电线路是电力系统中最薄弱也是发生故障最频繁的环节，而且故障的查找难度极大。我国配电网系统大多都采用小电流接地系统，据可靠统计，线路故障中单相接地故障所占的比例在80％以上。当配电网输电线路中发生单相接地故障时，由于故障电流相对较小，而且三相线电压仍然保持对称，对负荷的供电影响也很小，所以通常情况下都允许再继续运行。但是当系统长时间在故障状态下运行时，尤其是间歇性电弧接地故障，线路中的过电压可能会造成其他位置接地故障，从而造成事故扩大；而且，故障点在暂态过电流的冲击下会被永久烧坏，最终造成永久性故障。因此，当线路发生故障后快速准确的选线并定位，不仅可以及时排除故障、将故障范围缩到最小，而且可以快速修复故障点线路和设备，保证供电的可靠性，对电网的安全经济运行及实现电网智能化都具有十分重要的意义。
单相接地故障选线问题在众多研究人员的不断努力下已有长足的进步，但故障定位一直是个难题。各种新的方案不断推出，但由于难于取得现场试验条件，大部分研究都处于理论研究和数学仿真阶段，其实用性能都没有得到有效验证。市面上有许多选线产品和故障指示器一类的故障定位产品，其真实准确率远远低于其宣传指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台，用于各种单相接地故障1:1电压等级动态模拟，适用于配电网络系统，满足对配网单相接地故障选线、行波测距精确定位等方向的科学研究、产品开发、产品检测、相关人员实操培训的需要，为其它输配电技术和产品提供研究、开发、测试、验证等功能。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台，其特征是：包括中性点接地模块、10kV母线、10kVπ型等值模型输电线路模块和单相接地故障模块；
所述的中性点接地模块的组成和连接关系为：一高压端直接连接于电力系统变压器高压输出端中性点的中性点回路电流采样互感器CT13，其输出分为两支路接地：第一支路串联有消弧线圈L11和第十七隔离刀闸Q17、第二支路串联有小电阻R11和第十六隔离刀闸Q16；
所述的单相接地故障模块为三条并联电路：第一线路上串联有第十二隔离刀闸开关Q12、第二线路上串联有第十三隔离刀闸开关Q13和拉弧点火装置rh、第三线路上串联有第十四隔离刀闸开关Q14和沙阻r；
所述的10kVπ型等值模型输电线路包括架空线路和电缆线路，用与线路长度参数等值的电容、电感和电阻搭建成多级π型结构，架空线路和电缆线路皆为串联的若干个π型等值模型；所述的π型结构为：串联的电感及电感内阻的两端分别通过电容接地，所有π型结构的末端还分别经三相电流互感器及接地开关后接所述单相接地故障模块；两个π型等值模型的三相连接处T型连接三只可单相操作开关的静触头，三只静触头与π型等值模型的连接线穿入零序电流互感器，三只开关的动触头末端共接点接入所述单相接地故障模块；
所述的架空线路和电缆线路的前端分别经第一和第七三相电流互感器CT1、CT7后再经第十一接地开关Q11接入10KV电压；所述的电缆线路前端及第十一接地开关Q11之间的线路还接有旁路经第十五接地开关Q15接地；
所述的10kV母线上连接有三相五柱式电压互感器PT。
在上述基础上，本发摩纳哥还可以进一步完善：
还包含测量试验控制操作台、录波屏、检测设备接口模块、电磁屏蔽笼及过流保护模块。
所述的电磁屏蔽笼内包含了中性点接地方式模块、10kV母线模块、10kVπ型等值模型模块、单相接地故障模块和检测设备接口模块，屏蔽了单相接地模拟试验产生的电磁干扰。
所述的检测接口模块，通过连接试验平台中的CT或PT测量元件二次输出接点实现，既满足系统故障录波的需要，也满足检测选线和故障定位等产品保护性能的需要。
优选地，所述的10kVπ型等值模型输电线路的电缆线路按电缆线路固定长度一个π，串联5个电缆线路固定长度的π型等值模型，模拟一条5倍电缆线路固定长度的电缆线路后接入单相接地故障模块。架空线路按架空线路固定长度一个π，串联5个架空线路固定长度的π型等值模型，模拟一条5倍架空线路固定长度的架空线路后接入单相接地故障模块。
本发明的各线路留有增加π型结构的空间，通过改变π型参数，以及π型参数的级数，可模拟电缆线路、架空线路、架空电缆混合线路，可模拟长线、或短线；可模拟线路首端、末端、中间和分支线处的接地故障行为。
本发明的中性点接地模块具备各种中性点接地方式转换的功能，既能实现小电流接地方式(包含：中性点不接地、经消弧线圈或高阻接地)又能实现大电流接地方式(中性点经小电阻接地、或直接接地)。
本发明的单相接地故障模块包含弧光、高阻、金属三种接地故障，两隔离刀闸的静触头上端共接10kV中性点，一动触头连接电阻接地，另一动触头接消弧线圈接地。这两隔离刀闸互锁，其中一合时，另一必分，实现中性点经电阻接地或经消弧线圈接地的安全切换。当这两隔离刀均分断时，试验系统为中性点不接地。
本发明的两π型参数模块之间T接开关静触头，其动触头共接三把开关的静触头，这三把开关的动触头分别控制经沙阻(水阻)接地(模拟高阻接地)、经一对石墨触头接地(模拟弧光接地)、直接接地(模拟金属接地)。各T接处开关分合用于选择单相接地故障点，与单相接地故障模块配合完成对不同故障点、不同接地故障类型的选择。
本发明优点：
一、采用多级π型结构，通过改变π型参数，以及π型参数的级数，可模拟电缆线路、架空线路、架空电缆混合线路，可模拟长线、或短线；可模拟线路首端、末端、中间和分支线处的接地故障行为。
二、本试验平台既能实现小电流接地方式(包含：中性点不接地、经消弧线圈或高阻接地)；又能实现大电流接地方式：中性点经小电阻接地、或直接接地。
三、本试验平台既可模拟高阻接地、弧光接地，同时可以模拟不同阻值的高阻接地。
四、输电线路模块和单相接地故障模块均置于矩形屏蔽笼中，以屏蔽各种接地故障产生的电磁干扰。
五、一次、二次回路独立分开，高低压完全分离操作，高低压防误联锁，当高压退出试验笼自动合接地刀对地放电、高压送电按钮闭锁，此时高压区电磁锁门才能打开，方可进试验笼作业。
六、操作箱所有按键间均自动相互闭锁，确保无误操作引起的相间短路，确保任何时候只有一只高压触头碰触高压端。
附图说明
图1是本发明的一次电气原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台实施例，包括中性点接地模块、10kV母线、10kVπ型等值模型输电线路模块、单相接地故障模块、测量试验控制操作台、录波屏、检测设备接口模块、电磁屏蔽笼及过流保护模块。
所述的电磁屏蔽笼内包含了中性点接地方式模块、10kV母线模块、10kVπ型等值模型模块、单相接地故障模块和检测设备接口模块，屏蔽了单相接地模拟试验产生的电磁干扰。
所述的检测接口模块，通过连接试验平台中的CT或PT测量元件二次输出接点实现，既满足系统故障录波的需要，也满足检测选线和故障定位等产品保护性能的需要。
所述的中性点接地模块的组成和连接关系为：一高压端直接连接于电力系统变压器高压输出端中性点的中性点回路电流采样互感器CT13，其输出分为两支路接地：第一支路串联有消弧线圈L11和第十七隔离刀闸Q17、第二支路串联有小电阻R11和第十六隔离刀闸Q16。
所述的单相接地故障模块为三条并联电路：第一线路上串联有第十二隔离刀闸开关Q12、第二线路上串联有第十三隔离刀闸开关Q13和拉弧点火装置rh、第三线路上串联有第十四隔离刀闸开关Q14和沙阻r；
所述的10kVπ型等值模型输电线路包括架空线路和电缆线路，用与线路长度参数等值的电容、电感和电阻搭建成多级π型结构，架空线路和电缆线路皆为串联的若干个π型等值模型；所述的π型结构为：串联的电感及电感内阻的两端分别通过电容接地，所有π型结构的末端还分别经三相电流互感器及接地开关后接所述单相接地故障模块；两个π型等值模型的三相连接处T型连接三只可单相操作开关的静触头，三只静触头与π型等值模型的连接线穿入零序电流互感器，三只开关的动触头末端共接点接入所述单相接地故障模块；
所述的架空线路和电缆线路的前端分别经第一和第七三相电流互感器CT1、CT7后再经第十一接地开关Q11接入10KV电压；所述的电缆线路前端及第十一接地开关Q11之间的线路还接有旁路经第十五接地开关Q15接地；
所述的10kV母线上连接有三相五柱式电压互感器PT。
本实施例的电缆线路和架空线路共10个π型结构，第一π型结构为：串联的第一电感L1及第一电感内阻R1的两端分别通过电容第一、第二C1、C2接地，电感端还经第二电流互感器CT2及第一接地开关Q1后接单相接地故障模块；
第二π型结构为：串联的第二电感L2及第二电感内阻R2的两端分别通过第三、第四电容C3、C4接地，电感端还经第三电流互感器CT3及第二接地开关Q2后接单相接地故障模块；
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第十π型结构为：串联的第十电感L10及第十电感内阻R10的两端分别通过电容第十九、第二十C19、C20接地，电感端还经第十二电流互感器CT12及第十接地开关Q10后接单相接地故障模块。
每个π型网络可灵活通过隔离刀闸投退系统中，即：通过改变π型参数，以及π型参数的级数，可模拟电缆线路、架空线路、架空电缆混合线路，可模拟长线、或短线；可模拟线路首端、末端、中间和分支线处的接地故障行为。
如此，本发明即为一个具有可模拟金属接地、弧光接地、高阻接地的试验平台，将故障相经过不同的介质接地，可实现三种不同的接地方式：
合上总电源隔离刀闸Q11后，该功能可通过操作故障点接地电阻模块实现，该模块由小三把隔离刀闸Q12\Q13\Q14、沙阻(或水阻)r、拉弧点火装置rh组成，隔离刀闸上端直接连接于各π型线路输出端，隔离刀动触头可分别通过合Q14，经沙阻(水阻)r接地，模拟高阻接地；合Q13，经石墨触头接地，模拟弧光接地；合Q12，直接接地，模拟金属接地。
本发明还是一个具有不同系统模式切换功能的试验平台，该功能通过操作中性点接地模块实现，该模块的组成和连接关系为：高压端直接连接于变压器高压输出端中性点的中性点回路电流采样互感器CT13，其输出分为两支路接地：第一支路串联有消弧线圈L11和隔离刀闸Q16、第二支路串联有小电阻R11和隔离刀闸Q17。
分断Q16、Q17，即可实现中性点不接地；Q16分断，Q17合上，即可实现中性点经消弧线圈接地；Q17分断，Q16合上，即可实现中性点经小电阻接地。
本发明同时还是一个具备检测接口的试验平台，通过在试验平台的母线和馈线的不同位置，安装CT或PT等测量元件和二次输出接点实现。
通过π型等值参数模拟配网线路的方法，采用多级π型结构，通过改变π型参数，以及π型参数的级数，可模拟电缆线路、架空线路、架空电缆混合线路，可模拟长线、或短线；可模拟线路首端、末端、中间和分支线处的接地故障行为。
Claims (3)
1.一种电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台，其特征是：包括中性点接地模块、10kV母线、10kV π型等值模型输电线路模块和单相接地故障模块；
所述的中性点接地模块的组成和连接关系为：一高压端直接连接于电力系统变压器高压输出端中性点的中性点回路电流采样互感器(CT13)，其输出分为两支路接地：第一支路串联有消弧线圈(L11)和第十七隔离刀闸(Q17)、第二支路串联有小电阻(R11)和第十六隔离刀闸(Q16)；
所述的单相接地故障模块为三条并联电路：第一线路上串联有第十二隔离刀闸开关(Q12)、第二线路上串联有第十三隔离刀闸开关(Q13)和拉弧点火装置(rh)、第三线路上串联有第十四隔离刀闸开关(Q14)和沙阻(r)；
所述的10kV π型等值模型输电线路包括架空线路和电缆线路，用与线路长度参数等值的电容、电感和电阻搭建成多级π型结构，架空线路和电缆线路皆为串联的若干个π型等值模型；所述的π型结构为：串联的电感及电感内阻的两端分别通过电容接地，所有π型结构的末端还分别经三相电流互感器及接地开关后接所述单相接地故障模块；两个π型等值模型的三相连接处T型连接三只可单相操作开关的静触头，三只静触头与π型等值模型的连接线穿入零序电流互感器，三只开关的动触头末端共接点接入所述单相接地故障模块；
所述的架空线路和电缆线路的前端分别经第一和第七三相电流互感器(CT1、CT7)后再经第十一接地开关(Q11)接入10KV电压；所述的电缆线路前端及第十一接地开关(Q11)之间的线路还接有旁路经第十五接地开关(Q15)接地；
所述的10kV母线上连接有三相五柱式电压互感器(PT)。
2.根据权利要求1所述的电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台，其特征是：还包含测量试验控制操作台、录波屏、检测设备接口模块、电磁屏蔽笼及过流保护模块；
所述的电磁屏蔽笼内包含了所述的中性点接地方式模块、10kV母线模块、10kV π型等值模型模块、单相接地故障模块和检测设备接口模块，屏蔽了单相接地模拟试验产生的电磁干扰；
所述的检测接口模块，通过连接试验平台中的CT或PT测量元件二次输出接点实现，既满足系统故障录波的需要，也满足检测选线和故障定位等产品保护性能的需要。
3.根据权利要求1或2所述的电力系统1:1电压等级配网单相接地故障模拟试验平台，其特征是：所述的10kV π型等值模型输电线路的电缆线路按电缆线路固定长度一个π，串联5个电缆线路固定长度的π型等值模型，模拟一条5倍电缆线路固定长度的电缆线路后接入单相接地故障模块。架空线路按架空线路固定长度一个π，串联5个架空线路固定长度的π型等值模型，模拟一条5倍架空线路固定长度的架空线路后接入单相接地故障模块。
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