CN105403810B - 一种小电流接地系统选线装置通用测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小电流接地系统选线装置通用测试系统及方法，通过建立功能电路仿真模型，利用若干个不同阻抗值的电容器模拟若干条配电网出线的对地电容，单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，并连接接地消弧线圈和并联中值电阻，利用功能电路仿真模型，对被测装置进行初步的选线功能比对测试；根据真实参数建立配电网仿真模型，仿真不同类型馈线线路接地故障，并根据配电网仿真模型对被测装置详细进行全面的选线性能比对测试；采集配电网现场接地故障录波数据，再现故障工况，构建故障录波回放仿真模型；本发明最大程度地还原配电网现场接地故障真实工况，同时避免了人工接地等试验项目对电网安全产生的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种小电流接地系统选线装置通用测试系统及方法。
背景技术
小电流接地系统单相接地选线装置(以下简称选线装置)，用于变压器中性点非有效接地的供电系统接地故障选线定位。当发生单相接地故障时，选线装置应能够准确、可靠地选出故障线路及故障相，以便运行人员及时消除故障，防止单相接地发展成为两点或多点接地，有效避免停电范围扩大，促进电网安全稳定运行。
小电流接地选线技术发展迅速，众多工作方式不同、选线原理不同、硬件结构和软件算法各异的装置选线性能也不尽相同，对准确把握选线技术的发展和各类型装置的性能造成了较大困难。国内对于小电流接地故障选线的技术和装置一直缺乏系统性的测试技术手段，现有技术不能全面、准确模拟小电流接地故障时的特征，并且很多现场测试项目仅仅对少数常见简单故障类型进行测试，不具有普遍性。
目前安装或运行于配电网中的小电流接地选线装置涉及到数十个厂家及产品型号，亟需一种针对不同类型装置进行测试的通用测试方法，对配电网可能发生的各种故障类型进行综合、全面的测试和评估。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种小电流接地系统选线装置通用测试系统及方法，本方法基于RTDS实时数字仿真系统，能够对被动型选线装置、中电阻型选线装置进行通用测试，可应用于选线装置选线功能性能测试、不同类型选线装置故障选线功能性能比对测试。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种小电流接地系统选线装置通用测试系统，包括RTDS系统运算板卡、GTDI开关量输入模块、GTAO模拟量输出模块和功率放大器，其中，RTDS系统运算板卡进行仿真运算，仿真模拟得到二次电压值、电流值，通过GTAO模拟量输出模块实时输出为小电压信号，小电压信号通过功率放大器放大成为与仿真计算结果一致的模拟二次交流电压、电流量，传输到选线装置上，选线装置经自身算法判定故障线路，给出选线跳闸信号，选线结果通过GTDI开关量输入模块反馈开关量给RTDS系统运算板卡。
一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，包括以下步骤：
(1)建立功能电路仿真模型，利用若干个不同阻抗值的电容器模拟若干条配电网出线的对地电容，单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，并连接接地消弧线圈和并联中值电阻；
(2)利用功能电路仿真模型，对被测装置进行初步的选线功能测试；
(3)根据真实参数建立配电网仿真模型，仿真不同类型馈线线路接地故障，并根据配电网仿真模型对被测装置详细进行全面的选线性能测试；
(4)采集配电网现场接地故障录波数据，按照故障类型分类，利用RTDS系统再现故障工况，构建故障录波回放仿真模型；
(5)根据故障录波回放仿真模型对被测装置进行选线性能测试。
所述步骤(1)中，建立功能电路仿真模型，采用若干个不同阻抗值的电容器模拟若干条配电网出线的对地电容，采用单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，电感L模拟中性点经消弧线圈接地，并联中值电阻按比例折算至二次值并与电感L并联。
所述步骤(2)中，依次设定二次零序电压源谐波含量为不同值，分别开展测试，测试包括：
(a)调节线路电阻使得接入电容器组的零序电压值为设定值，调整电容器阻抗值保证工作电流为设定电流值；
(b)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，通过控制模拟二次零序电压源接入点模拟不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
(c)每种故障类型反复进行多次测试，记录设定电压值条件下各被测装置故障启动性能测试结果；
(d)调节线路电阻使得接入电容器组的零序电压值为第二设定值，调整电容器阻抗值保证工作电流为第二设定电流值；
(e)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
(f)每种故障类型反复进行多次测试，记录第二设定值条件下各被测装置故障启动性能测试结果。
所述步骤(3)，建立配网仿真模型，根据相应的配电网典型参数，建立架空线路仿真模型和电缆线路仿真模型，组成配电网仿真模型。
所述步骤(3)中，利用配电网仿真模型，依次设定二次零序电压源谐波含量为不同值，分别开展如下测试：
(3-1)调节消弧线圈补偿方式为过补偿方式，脱谐度为-5％～-10％；
(3-2)调节故障控制旋钮，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地四类故障测试；
(3-3)调节故障接地参数，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行高阻接地故障测试；
(3-4)调节故障控制逻辑，进行转换性故障、发展性故障和多点接地故障的复杂故障类型测试；
(3-5)调节配电网系统参数，模拟系统三相不平衡工况条件下，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行单相接地故障测试；
(3-6)调节消弧线圈补偿方式为欠补偿方式，脱谐度为5％～10％，重复(3-2)-(3-5)步骤进行测试；
(3-7)调节消弧线圈补偿方式为全补偿方式，脱谐度为-0.5％～+0.5％，重复(3-2)-(3-4)步骤进行测试；
(3-8)以上所有测试项目中，每种故障类型反复进行多次，记录被测装置故障启动性能、故障选线性能。
所述步骤(4)中，建立故障录波回放仿真模型，提前收集配电网现场接地故障录波数据，利用RTDS系统的回放功能真实再现故障工况，借助现场数据对被测装置进行现场复杂运行工况下选线能力测试测试。
所述步骤(5)中，测试方法包括：
(5-1)对所收集到的配电网现场接地故障录波数据进行分析，对应被动型、中电阻型两大类，分别筛选典型的故障录波数据；
(5-2)按照金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地、高阻接地、多点接地、发展性故障等类别对故障录波数据进行分类；
(5-3)对录波数据进行整理，选出故障线路及与之同母线线路的零序电流、母线电压通道，并形成统计表格文档；
(5-4)依次回放各录波波形文件，每次回放重复多次，记录测试结果。
所述步骤(5)中，按照表1的方式记录测试结果：
表1不同类型装置故障录波数据回放测试点
| 测试点 | 被动型录波数据 | 中电阻型录波数据 |
| 被动型选线装置 | 故障启动、故障选线 | 故障启动 |
| 中电阻型选线装置 | 故障启动 | 故障启动、故障选线。 |
本发明的有益效果为：
(1)提出的小电流接地系统被动型、中电阻型选线装置通用测试方法能够同时进行被动型选线装置、中电阻型选线装置的选线功能性能测试，便于实现同种故障条件下两类型装置测试结果的比对；
(2)测试项目包括不同系统工况、不同运行条件、不同故障类型的选线定位功能性能比对测试，基本涵盖了配电网可能发生的小电流接地系统接地故障类型；
(3)故障录波回放测试部分真实再现接地故障发生时刻的系统运行情况，最大程度地还原配电网现场接地故障真实工况，同时避免了人工接地等试验项目对电网安全产生的影响；
(4)功能电路测试、小型配电网测试和故障录波回放测试三个模块分别采用不同的仿真建模原理进行测试，能够达到测试结果互相验证的目的，有效增强了测试结果的可靠性；
(5)涉及到的故障类型繁多，测试项目次数多，大量的测试项目能够实现对各选线装置故障选线定位功能性能稳定性的测试。
附图说明
图1为本发明的功能电路仿真模型示意图；
图2为本发明的配电网仿真模型示意图；
图3为本发明的故障录波回放仿真模型示意图；
图4为本发明的闭环测试平台示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种小电流接地系统被动型、中电阻型选线装置通用测试方法，包括以下步骤：
(1)建立第一种测试模型——功能电路仿真模型，借由电容器模拟不同长度馈线线路接地故障。
(2)利用步骤(1)建立的功能电路仿真模型，对被测装置进行初步的选线功能测试。
(3)建立第二种测试模型——小型配网仿真模型，根据真实参数建立小型配电网仿真模型，仿真不同类型馈线线路接地故障。
(4)利用步骤(3)建立的小型配网仿真模型，对被测装置详细进行全面的选线性能测试。
(5)建立第三种测试模型——故障录波回放仿真模型，真实再现配电网现场故障工况。
(6)利用步骤(5)建立的故障录波回放测试仿真模型，对被测装置进行现场选线性能测试，测试结果与步骤(2)、(4)互相验证。
所述步骤(1)，建立功能电路仿真模型，采用11个不同阻抗值的电容器模拟11条配电网出线的对地电容，采用100V单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，电感L模拟中性点经消弧线圈接地，并联中值电阻按比例折算至二次值并与电感L并联，功能电路仿真模型如图1所示。
所述步骤(2)，利用步骤(1)建立的功能电路仿真模型，依次设定二次零序电压源谐波含量为0％、1％和6％，分别开展如下测试：
a)调节电阻R3使得接入电容器组的零序电压值为100V，调整电容器阻抗值保证工作电流为1A；
b)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，通过控制模拟二次零电压源接入点模拟不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
c)每种故障类型反复进行5～10次测试，记录100V条件下各被测装置故障启动性能测试结果；
d)调节电阻R3使得接入电容器组的零序电压值为20V，调整电容器阻抗值保证工作电流为0.2A；
e)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
f)每种故障类型反复进行5～10次测试，记录20V条件下各被测装置故障启动性能测试结果。
所述步骤(3)，建立小型配网仿真模型，根据10kV配电网典型参数，参照JKLYJ/Q-10 1×120mm2型铝芯交联聚乙烯绝缘架空线参数建立架空线路仿真模型，参照YJV 22-8.7/10Kv–1×300mm2型交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆参数建立电缆线路仿真模型，组成包含I段母线、6条出线的小型配电网仿真模型，如图2所示。
在图2所示小型配电网模型中，根据配电网现场接地故障典型的故障类型和故障波形，分析故障特征，建立用于模拟金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地等故障类型的仿真控制逻辑。
所述步骤(4)，利用步骤(3)建立的小型配电网仿真模型，依次设定二次零序电压源谐波含量为0％、1％和6％，分别开展如下测试：
a)调节消弧线圈补偿方式为过补偿方式，脱谐度为-5％～-10％；
b)调节故障控制旋钮，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地四类故障测试；
c)调节故障接地参数，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行高阻接地故障测试；
d)调节故障控制逻辑，进行转换性故障、发展性故障、多点接地故障等复杂故障类型测试；
e)调节配电网系统参数，模拟系统三相不平衡工况条件下，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行单相接地故障测试；
f)调节消弧线圈补偿方式为欠补偿方式，脱谐度为5％～10％，重复b)～e)步骤进行测试；
g)调节消弧线圈补偿方式为全补偿方式，脱谐度为-0.5％～+0.5％，重复b)～d)步骤进行测试；
h)以上所有测试项目中，每种故障类型反复进行5～10次，记录被测装置故障启动性能、故障选线性能。
步骤(5)，建立故障录波回放仿真模型，提前收集配电网现场接地故障录波数据，利用RTDS系统“COMTRADE PLAYBACK”模块真实再现故障工况，借助现场数据对被测装置进行现场复杂运行工况下选线能力测试测试，如图3所示。
步骤(6)，利用步骤(5)建立的故障录波回放仿真模型，展开如下测试：
a)对所收集到的10kV配电网现场接地故障录波数据进行分析，对应被动型、中电阻型两大类，分别筛选典型的故障录波数据；
b)按照金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地、高阻接地、多点接地、发展性故障等类别对故障录波数据进行分类；
c)对录波数据进行整理，选出故障线路及与之同母线线路零序电流、母线电压，并形成统计表格文档；
d)依次回放各录波波形文件，每次回放重复5～10次，按照表1所列测试点记录测试结果。
表2不同类型装置故障录波数据回放测试点
| 测试点 | 被动型录波数据 | 中电阻型录波数据 |
| 被动型选线装置 | 故障启动、故障选线 | 故障启动 |
| 中电阻型选线装置 | 故障启动 | 故障启动、故障选线 |
具体实施例一：
按照本发明专利提出的小电流接地系统中被动型选线装置、中电阻型选线装置通用测试方法，开展被动型选线装置、中电阻型选线装置测试，包括以下步骤：
(1)搭建基于RTDS系统的闭环测试平台；
(2)建立功能电路仿真模型，测试被测装置故障启动性能；
(3)建立小型配电网仿真模型，测试被测装置故障启动性能、故障选线性能；
(4)建立故障录波回放仿真模型，测试被测装置故障启动性能、故障选线性能；
(5)测试结果分析。
所述步骤(1)，搭建基于RTDS系统的闭环测试平台，如图4所示。
a)RTDS系统GPC/PB5运算板卡进行仿真运算，发生各种类型接地故障时经由电压互感器、电流互感器变换后得到二次电压值、电流值；
b)GTAO模拟量输出板卡用于RTDS系统交流信号输出，二次电压值、电流值通过GTAO板卡实时输出为小电压信号；
c)通过合理的变比设置，小电压信号经由专用的功率放大器放大成为与仿真计算结果一致的模拟交流电压、电流量；
d)模拟交流电压并联、交流电流串联后同时接入各被测选线装置，各选线装置经自身算法判定故障线路，给出选线跳闸信号；
e)GTDI数字量输入板卡用于数字开关量输入RTDS系统，各装置选线定位结果经PAD开关量输入模块接入GTDI板卡后进入RTDS仿真一次配电网系统。
所述步骤(2)，建立功能电路仿真模型，11个电容器分别设定不同等级阻抗值，最大电容电流比为50％，尽可能全面地测试接地电容电流值对被测装置故障启动性能的影响。
在谐波含量为0％、1％、6％的不同系统工况下，调节R3值分别进行零序电压值100V、零序电压值20V的测试工作。
调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，通过控制模拟二次零电压源接入点模拟不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障，每种故障重复5～10次测试，记录各被测装置故障启动性能测试结果。
所述步骤(3)，根据10kV配电网现场实际参数，建立小型配网仿真模型。模型中包含I段母线、6条出线，架空线路和电缆线路模型均参照典型10kV线路型号参数建立模型。
建立恰当的控制逻辑，根据实际故障波形制订控制策略，对弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地等控制策略较复杂的故障类型，仿真结果与实际波形反复对比分析，力求与实际接地故障波形趋于一致。
调节补偿方式分别为过补偿、欠补偿、全补偿三种方式，分别进行线路首端、线路中段、线路末端等不同位置的金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地故障测试，高阻接地故障测试，多点接地故障测试，转换性接地与发展性接地故障测试，以及系统不平衡状态的单相接地故障测试等测试项目。
所有测试项目中，每种故障类型反复进行5～10次，记录被测装置故障启动性能、故障选线性能。
所述步骤(4)，提前收集10kV配电网现场接地故障录波数据，对应被动型、中电阻型两大类，分别筛选典型的故障录波数据，并按照金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地、高阻接地、多点接地、发展性故障等类别对故障录波数据进行分类。
对录波数据进行分析、整理，选出故障线路及与之同母线线路零序电流、母线电压，并形成统计表格文档，作为故障录波波形回放测试的测试项目顺序表。
每次回放重复5～10次，按照表1所列测试点记录测试结果。
所述步骤(5)，测试结果分析表明：
a)功能电路仿真测试中，被测装置对不同故障类型的故障启动性能变化趋势与小型配电网仿真测试结果一致；
b)小型配电网仿真测试中，被测装置对不同故障类型的故障选线功能变化趋势与故障录波回放测试结果一致；
c)故障录波回放测试中，故障启动性能、故障选线性能变化趋势与功能电路仿真测试、小型配电网仿真测试两部分测试结果一致；
d)故障录波回放测试中，被动型选线装置、中电阻型选线装置对同类别故障录波数据、不同类别故障录波数据的测试结果，结合功能电路仿真测试结果和小型配电网仿真测试结果，表明了两种类型装置对不同故障类型的启动性能和选线行为的异同。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)建立功能电路仿真模型，利用若干个不同阻抗值的电容器模拟若干条配电网出线的对地电容，单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，并连接接地消弧线圈和并联中值电阻；
(2)利用功能电路仿真模型，对被测装置进行初步的选线功能测试；
(3)根据真实参数建立配电网仿真模型，仿真不同类型馈线线路接地故障，并根据配电网仿真模型对被测装置详细进行全面的选线性能测试；
(4)采集配电网现场接地故障录波数据，按照故障类型分类，利用RTDS系统再现故障工况，构建故障录波回放仿真模型；
(5)根据故障录波回放仿真模型对被测装置进行选线性能测试；
所述步骤(2)中，依次设定二次零序电压源谐波含量为不同值，分别开展测试，测试包括：
(a)调节线路电阻使得接入电容器组的零序电压值为设定值，调整电容器阻抗值保证工作电流为设定电流值；
(b)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，通过控制模拟二次零序电压源接入点模拟不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
(c)每种故障类型反复进行多次测试，记录设定的零序电压电压值条件下各被测装置故障启动性能测试结果；
(d)调节线路电阻使得接入电容器组的零序电压值为第二设定值，调整电容器阻抗值保证工作电流为第二设定电流值；
(e)调节电感L阻抗值分别模拟过补偿、全补偿、欠补偿补偿方式下，不同支路上发生稳定接地故障、间歇弧光接地故障；
(f)每种故障类型反复进行多次测试，记录第二设定值条件下各被测装置故障启动性能测试结果；
所述步骤(3)中，利用配电网仿真模型，依次设定二次零序电压源谐波含量为不同值，分别开展如下测试：
(3-1)调节消弧线圈补偿方式为过补偿方式，脱谐度为-5％～-10％；
(3-2)分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地四类故障测试；
(3-3)调节故障接地参数，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行高阻接地故障测试；
(3-4)调节故障控制逻辑，进行转换性故障、发展性故障和多点接地故障的复杂故障类型测试；
(3-5)调节配电网系统参数，模拟系统三相不平衡工况条件下，分别在线路首端、线路中段、线路末端不同位置进行单相接地故障测试；
(3-6)调节消弧线圈补偿方式为欠补偿方式，脱谐度为5％～10％，重复(3-2)-(3-5)步骤进行测试；
(3-7)调节消弧线圈补偿方式为全补偿方式，脱谐度为-0.5％～+0.5％，重复(3-2)-(3-4)步骤进行测试；
(3-8)以上所有测试项目中，每种故障类型反复进行多次，记录被测装置故障启动性能、故障选线性能；
所述步骤(5)中，测试方法包括：
(5-1)对所收集到的配电网现场接地故障录波数据进行分析，对应被动型、中电阻型两大类，分别筛选典型的故障录波数据；
(5-2)按照金属性接地、弧光接地、间歇金属性接地、间歇弧光接地、高阻接地、多点接地、发展性故障等类别对故障录波数据进行分类；
(5-3)对录波数据进行整理，选出故障线路及与之同母线线路的零序电流、母线电压通道，并形成统计表格文档；
(5-4)依次回放各录波波形文件，每次回放重复多次，记录测试结果。
2.如权利要求1所述的一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，其特征是：所述步骤(1)中，建立功能电路仿真模型，采用若干个不同阻抗值的电容器模拟若干条配电网出线的对地电容，采用单相电压源模拟配电网发生单相接地故障时刻的二次零序电压源，电感L模拟中性点经消弧线圈接地，并联中值电阻按比例折算至二次值并与电感L并联。
3.如权利要求1所述的一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，其特征是：所述步骤(3)中，建立配网仿真模型，根据相应的配电网典型参数，建立架空线路仿真模型和电缆线路仿真模型，组成配电网仿真模型。
4.如权利要求1所述的一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，其特征是：所述步骤(4)中，建立故障录波回放仿真模型，提前收集配电网现场接地故障录波数据，利用RTDS系统的回放功能真实再现故障工况，借助现场数据对被测装置进行现场复杂运行工况下选线能力测试测试。
5.如权利要求1所述的一种小电流接地系统选线装置通用测试方法，其特征是：所述步骤(5)中，按照表1的方式记录测试结果：
表1 不同类型装置故障录波数据回放测试点
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