CN105445511B - 模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置及方法，其中，模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置包括三相10KV电源线、单级断路器、隔离开关和接地电阻器组，所述单级断路器的一端连接所述三相10KV电源线中的一相电源线，所述单级断路器的另一端通过所述隔离开关连接所述接地电阻器组的一端，所述接地电阻器组的另一端接地。本发明通过不同模拟量下的模拟接地，调整接地电阻器组，依据不同的接地电阻值引起采样零序电压互感器组的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差变化量来确定其单相接地类别，从而为高阻接单相接地故障提供输配电预警参数。
Description
技术领域
本发明属于电力检测设备技术领域，具体涉及一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置及方法。
背景技术
在电力系统中，单相接地是电网运行的主要故障形式，约占全电网总故障的60%以上，而且相当一部分相间短路故障是由单相接地故障引发造成的。电力系统的安全可靠程度，在其它条件相同的情况下，只取决于电力系统中性点的接地方式。研究电力系统中性点的接地方式，主要是正确认识和处理常见的单相接地故障问题。
单相接地故障的类型可以分为：弧光接地（容性接地）、高阻接地和金属接地。据电力系统的统计，绝大部分的单相接地故障是弧光接地和高阻接地。单相弧光接地的危害最大，在40.5 kV以下中性点不接地系统的运行方式下，随着越来越多配电线路的电缆化，接地电容电流也随之加大，弧光接地一旦产生，无法自动熄灭，会产生很高的间歇性弧光过电压，危害电器设备的绝缘安全，在电缆线路中往往会发展为相间短路，甚至造成“火烧连营”的恶劣后果。除了机械性损伤，线路在发生弧光接地故障前，大都有绝缘老化或绝缘受损的过程，在这过程中则呈现出高阻接地状态。
高阻接地是单相接地中最常见的故障之一，如架空线路中的树枝的挂碰、断线、电缆线路中的电缆绝缘受潮、老化等等，都呈现出高阻接地的特征，其接地电阻变化范围大、不稳定，故障状态最为复杂，当接地电阻大到一定程度后（如＞1.5 kΩ），故障特征不同于常见的特征，并且故障信息很微弱，以至成为保护和选线中的一个难题。
发明内容
本发明目的之一在于为克服现有技术的缺陷，提供一种能够为高阻接单相接地故障提供输配电预警参数的模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置及方法。
一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置，包括三相10KV电源线、单级断路器、隔离开关和接地电阻器组，所述单级断路器的一端连接所述三相10KV电源线中的一相电源线，所述单级断路器的另一端通过所述隔离开关连接所述接地电阻器组的一端，所述接地电阻器组的另一端接地；
所述单级断路器：用于控制单相接地故障实验装置的开闭，同时用于所述单相接地故障实验装置的过电流保护；
所述隔离开关：用于保护终止实验或调整实验参数时的操作；
所述接地电阻器组：用于提供不同电阻器模拟接地情况下的实验数据，从而得到输配电预警参数。
优选的，所述接地电阻器组包括第一压盖、第一绝缘固定座、第一电阻器和弹簧；
所述第一压盖位于所述第一绝缘固定座的上端，所述弹簧固定在所述第一绝缘固定座的内部，所述第一电阻器位于所述第一绝缘固定座内部并与所述弹簧连接。
优选的，所述第一电阻器：包括空气放电型容型弧光电阻器或金属型电阻器。
优选的，所述空气放电型容型弧光电阻器包括第二本体、第一探针和有效放电间隙；
所述第二本体的上下端分别固定有所述第一探针，两个所述第一探针之间为有效放电间隙。
优选的，所述接地电阻器组包括第二压盖、第二绝缘固定座和第二电阻器；
所述第二压盖位于所述第二绝缘固定座的上端，所述第二电阻器位于所述第二绝缘固定座的外部并与所述第二压盖连接。
优选的，所述第二电阻器，包括沿面爬电型弧光电阻器、水性电阻器、木质湿性电阻器或木质干性电阻器。
优选的，所述沿面爬电型弧光电阻器包括第一本体、钨环、钨颗粒层和间隙槽；
所述钨环和钨颗粒层均匀交错地通过粘结剂固定在所述第一本体上，所述间隙槽位于所述钨环和钨颗粒层之间；
所述第一本体采用电工陶瓷制成，所述电工陶瓷包括陶瓷层和釉面层；
所述钨环由CuW50经粉末冶金技术烧结制成；
所述钨颗粒层为一层均匀分部在所述第一本体表面的钨颗粒，所述钨颗粒由CuW50制成，直径为1mm，用于连接弧光电流；
所述间隙槽用于切断强电流，同时用于连接弧光电流。
优选的，所述沿面爬电型弧光电阻器的制作方法，包括如下步骤：
S1：采用电工陶瓷制作第一本体；
S2：将CuW50经粉末冶金技术烧结成制成钨环；
S3：采用CuW50制作钨颗粒；
S4：将成型的钨环和钨颗粒的表面均匀涂抹上粘结剂并烘干；
S5：将烘干后的钨环及钨颗粒均匀的镶嵌在第一本体上，钨环与钨颗粒形成的钨颗粒层均匀交错地排列在第一本体上，得到沿面爬电型弧光电阻器胚胎；
S6：在25℃的恒温通风条件下烘干沿面爬电型弧光电阻器胚胎，最后放入中频炉烧结成型；
S7：采用工艺磨床将沿面爬电型弧光电阻器研磨成型：具体为将烧结成型后的沿面爬电型弧光电阻器上的钨颗粒磨削成球冠型，再在钨环及钨颗粒层间隙处磨削出间隙槽，至此沿面爬电型弧光电阻器制作成型。
优选的，所述步骤S4中使用的粘结剂包括以下质量百分数的组分：30%Cu粉、30%W粉、20%高岭土及20%工业胶水；
所述粘结剂的配制工艺为：按上述质量百分比准备好各组分，先将Cu粉、W粉和高岭土混合并搅拌均匀，再加入浓度为30%的工业胶水，并搅拌均匀。
同时本发明技术方案还公开一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生方法，包括如下步骤：
闭合隔离开关及单级断路器，使得中性点不接地系统中的一相电源线经接地电阻接地，从而引起中性点不接地系统的三相电源对地电压和中性点不接地系统相角差发生变化，此时中性点不接地系统上运行的设备的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差发生变化；
更换安装不同的电阻器，其零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差的变化量也随之变化；记录所有的变化量，从而得到输配电预警参数。
本发明的有益效果在于，本发明通过不同模拟量下的模拟接地，调整接地电阻器组，依据不同的接地电阻值引起采样零序电压互感器组的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差变化量来确定其单相接地类别，从而为高阻接单相接地故障提供输配电预警参数。
附图说明
图1为本发明模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置结构示意图。
图2为本发明中接地电阻器的安装及连接方式一的示意图。
图3为本发明中接地电阻器的安装及连接方式二的示意图。
图4a为本发明中沿面爬电型弧光电阻器的主视图：
图4b为本发明中沿面爬电型弧光电阻器的剖视图；
图5a为本发明中空气放电型容型弧光电阻器的主视图：
图5b为本发明中空气放电型容型弧光电阻器的剖视图：
图6a为本发明中金属型电阻器的结构的主视图：
图6b为本发明中金属型电阻器的结构的剖视图：
图7a为本发明中水性电阻器的主视图：
图7b为本发明中水性电阻器的剖视图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
如图1所示，本发明提供的一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置，包括ABC三相10KV电源线、单级断路器DL和接地电阻器组JDDZQ，该三相电源线相间电压为10KV，三相对地电压为6KV。单级断路器DL连接三相电源线中的一相电源线，单级断路器DL通过隔离开关GL连接接地电阻器组JDDZQ，接地电阻器组JDDZQ另一端接地；
单级断路器DL满足断路器的机械特性要求，用于控制单相接地故障实验装置的开闭，同时用于实验装置的过电流保护；
隔离开关GL用于保障终止实验或调整实验参数时操作的安全可靠；
接地电阻器组JDDZQ用于提供不同电阻器模拟接地情况下的实验数据，从而得到输配电预警参数。
接地电阻器组JDDZQ包括两种安装及连接方式，分别为：
安装及连接方式一：如图2所示，接地电阻器组JDDZQ包括第一压盖1、第一绝缘固定座2、第一电阻器3和弹簧4；
第一压盖1位于第一绝缘固定座2的上端，弹簧4固定在第一绝缘固定座2的内部，第一电阻器3位于第一绝缘固定座2内部并与弹簧4连接。
第一电阻器3包括金属型电阻器或空气放电型容型弧光电阻器。
该安装连接方式适用于电流较大的金属型电阻器接地实验和空气放电型容型弧光电阻器接地实验。
安装及连接方式二：如图3所示，接地电阻器组JDDZQ包括第二压盖5、第二绝缘固定座6和第二电阻器7；
第二压盖5位于第二绝缘固定座6的上端，第二电阻器7位于第二绝缘固定座6的外部并与第二压盖5连接。
第二电阻器7包括沿面爬电型弧光电阻器、水性电阻器、木质湿性电阻器或木质干性电阻器。
该安装连接方式适用于电流较小（长度较大）的沿面爬电型弧光电阻器接地实验、水性电阻器接地实验、木质湿性电阻器接地实验和木质干性电阻器接地实验；
如图4a和图4b所示，沿面爬电型弧光电阻器包括第一本体11、钨环12、钨颗粒层13和间隙槽14；
钨环12和钨颗粒层13均匀交错地通过粘结剂固定在第一本体11上，间隙槽14位于钨环12和钨颗粒层13之间；
第一本体11采用电工陶瓷制成，电工陶瓷包括陶瓷层和釉面层；
钨环12由CuW50经粉末冶金技术烧结制成，具有极高的高温性能和与陶瓷的粘结性能；
钨颗粒层13为一层均匀分部在第一本体表面的钨颗粒，钨颗粒由CuW50制成，直径为1mm，用于连接弧光电流；
间隙槽14用于切断强电流，同时用于连接弧光电流。
粘结剂包括以下质量百分数的组分：30%Cu粉、30%W粉、20%高岭土及20%工业胶水；
粘结剂的配制工艺为：按上述质量百分比准备好各组分，先将Cu粉、W粉和高岭土混合并搅拌均匀，再加入浓度为30%的工业胶水，并搅拌均匀。
沿面爬电型弧光电阻器的制作方法包括如下步骤：
步骤S1：采用电工陶瓷制作第一本体；
步骤S2：将CuW50经粉末冶金技术烧结成制成钨环；
步骤S3：采用CuW50制作钨颗粒；
步骤S4：将成型的钨环和钨颗粒的表面均匀涂抹上粘结剂并烘干；
步骤S5：将烘干后的钨环及钨颗粒均匀的镶嵌在第一本体上，钨环与钨颗粒形成的钨颗粒层均匀交错地排列在第一本体上，得到沿面爬电型弧光电阻器胚胎；
步骤S6：在25℃的恒温通风条件下烘干沿面爬电型弧光电阻器胚胎，最后放入中频炉烧结成型；
步骤S7：采用工艺磨床将沿面爬电型弧光电阻器研磨成型：将烧结成型后的沿面爬电型弧光电阻器上的钨颗粒磨削成球冠型，再在钨环及钨颗粒层间隙处磨削出间隙槽，至此沿面爬电型弧光电阻器制作成型。
研磨成型工艺控制点在于控制钨颗粒层13的磨削深度、磨削均匀性和间隙槽14的大小；磨削深度指的是钨颗粒层13上的钨颗粒被磨削的球冠的大小，最终确定钨颗粒外漏部分的分布密度，分布密度决定导通弧光电流和切断弧光电流的能力；间隙槽14的大小决定导通弧光电流和切断弧光电流的能力。
如图5a和图5b所示，空气放电型容型弧光电阻器包括第二本体21、第一探针22和有效放电间隙。第二本体21的上下端分别固定有第一探针22，两个第一探针22之间为有效放电间隙，有效放电间隙的高度为L1。
如图6a和图6b所示，金属型电阻器包括第三本体31和金属丝32，第三本体31的上下端通过金属丝32连接。金属型电阻器的接地属于完全接地，接地零序电流最大为0.03A，三相对地电压为0V和127V。
如图7a和图7b所示，水性电阻器中第四本体41的上下端分别固定有第二探针42，第四本体41内充满蒸馏水43。水性电阻器接地，水柱高度L 2为50mm-1500范围时，接地零序电流为0A-0.03A。
木质湿性电阻器和木质干性电阻器为圆柱体木块，木质湿性电阻器和木质干性电阻器的接地特性与水性电阻器接地相同。当木质干性电阻器长度大于10mm时，基本不导电。
本发明还提供了一种模拟中性点不接地系统单相接地故障的方法，包括如下步骤：
闭合隔离开关GL及单级断路器DL，使得中性点不接地系统中的一相电源线经接地电阻接地，从而引起中性点不接地系统的三相电源对地电压和系统相角差发生变化，此时中性点不接地系统上运行的设备的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差发生变化；更换安装不同的电阻器（包括空气放电型容型弧光电阻器、金属型电阻器、沿面爬电型弧光电阻器、水性电阻器、木质湿性电阻器和木质干性电阻器），其零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差的变化量也随之变化；记录所有的变化量，从而得到输配电预警参数。
实施例1
当实验装置中安装的电阻器为沿面爬电型弧光电阻器时，测量步骤包括10KV运行状态下接地弧光的引发和瞬间过电压接地弧光的引发，具体步骤包括：
（1）10KV运行状态下接地弧光的引发：通过滑动接触调整钨环12和钨颗粒层13的长度距离引发接地弧光，在距离小于10mm时开始产生连续弧光，此时弧光电流最大；随后拉长距离使之保持连续弧光（距离小于80mm），弧光电流随之减小；再拉长距离弧光开始变成间断弧光，当距离大于150mm时弧光中断；在上述操作的同时，10KV中性点不接地系统上运行的设备（包括检测设备）的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差同时发生变化；该模拟实验可为在金属物品较多的用电环境或碳化物较多的用电环境的用电安全性和防火预警性提供输配电预警参数。
（2）10KV运行状态下瞬间过电压接地弧光的引发：在正常运行状态下通过调整升压系统，形成瞬间过电压（1.5-3倍电压、时限100ms）同时通过滑动接触调整钨环12和钨颗粒层13的距离引发接地弧光，在距离小于20mm时开始产生连续弧光；随后拉长距离使之保持连续弧光（距离小于80mm），弧光电流随之减小；再拉长距离弧光开始变成间断弧光，当距离大于150mm时弧光中断；在上述操作的同时，10KV中性点不接地系统上运行的设备（包括检测设备）的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差同时发生变化；该模拟实验可为在雷电频繁的用电环境的用电安全性和防火预警性提供输配电预警参数。
实施例2
当实验装置中安装的电阻器为空气放电型容型弧光电阻器时，测量步骤包括10KV运行状态下接地弧光的引发和瞬间过电压接地弧光的引发，具体步骤包括：
（1）10KV运行状态下接地弧光的引发：通过调整第一探针22之间的有效放电间隙的距离L1引发接地弧光，在距离L1小于6mm时开始产生连续弧光，此时弧光电流最大；随后拉长距离L1使之保持连续弧光（距离L1小于30mm），弧光电流随之减小；再拉长距离L1，弧光开始变成间断弧光，当距离L1大于50mm时弧光中断；在上述操作的同时，10KV中性点不接地系统上运行的设备（包括检测设备）的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差同时发生变化；该模拟实验可为在金属粉尘较多的用电环境或碳化物粉尘较多的用电环境的用电安全性和防火预警性提供输配电预警参数。
（2）10KV运行状态下瞬间过电压接地弧光的引发：在正常运行状态下通过调整升压系统，形成瞬间过电压（1.5倍电压、时限100ms）同时通过调整两个第一探针21之间的距离L1引发接地弧光，在距离L1小于12mm时开始产生连续弧光；随后拉长距离L1使之保持连续弧光（距离L1小于30mm），弧光电流随之减小；再拉长距离L1，弧光开始变成间断弧光，当距离L1大于50mm时弧光中断；在上述操作的同时，10KV中性点不接地系统上运行的设备（包括检测设备）的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差同时发生变化；该模拟实验可为在雷电频繁的用电环境的用电安全性和防火预警性提供输配电预警参数。
本发明通过不同模拟量下的模拟接地，调整接地电阻器组，依据不同的接地电阻值引起采样零序电压互感器组的零序电压、零序电流、开口三角电压和零序电流电压的相角差的变化量来确定其单相接地类别，从而为解决高阻接单相接地故障提供输配电预警参数。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (3)
1.一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置，其特征在于，包括三相10KV电源线、单级断路器、隔离开关和接地电阻器组，所述单级断路器的一端连接所述三相10KV电源线中的一相电源线，所述单级断路器的另一端通过所述隔离开关连接所述接地电阻器组的一端，所述接地电阻器组的另一端接地；
所述单级断路器：用于控制单相接地故障实验装置的开闭，同时用于所述单相接地故障实验装置的过电流保护；
所述隔离开关：用于保护终止实验或调整实验参数时的操作；
所述接地电阻器组：用于提供不同电阻器模拟接地情况下的实验数据，从而得到输配电预警参数；
所述接地电阻器组包括第二压盖、第二绝缘固定座和第二电阻器；
所述第二压盖位于所述第二绝缘固定座的上端，所述第二电阻器位于所述第二绝缘固定座的外部并与所述第二压盖连接；
所述第二电阻器，包括沿面爬电型弧光电阻器；
所述沿面爬电型弧光电阻器包括第一本体、钨环、钨颗粒层和间隙槽；
所述钨环和钨颗粒层均匀交错地通过粘结剂固定在所述第一本体上，所述间隙槽位于所述钨环和钨颗粒层之间；
所述第一本体采用电工陶瓷制成，所述电工陶瓷包括陶瓷层和釉面层；
所述钨环由CuW50经粉末冶金技术烧结制成；
所述钨颗粒层为一层均匀分部在所述第一本体表面的钨颗粒，所述钨颗粒由CuW50制成，直径为1mm，用于连接弧光电流；
所述间隙槽用于切断强电流，同时用于连接弧光电流。
2.如权利要求1所述的一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置，其特征在于，所述沿面爬电型弧光电阻器的制作方法，包括如下步骤：
S1：采用电工陶瓷制作第一本体；
S2：将CuW50经粉末冶金技术烧结成制成钨环；
S3：采用CuW50制作钨颗粒；
S4：将成型的钨环和钨颗粒的表面均匀涂抹上粘结剂并烘干；
S5：将烘干后的钨环及钨颗粒均匀的镶嵌在第一本体上，钨环与钨颗粒形成的钨颗粒层均匀交错地排列在第一本体上，得到沿面爬电型弧光电阻器胚胎；
S6：在25℃的恒温通风条件下烘干沿面爬电型弧光电阻器胚胎，最后放入中频炉烧结成型；
S7：采用工艺磨床将沿面爬电型弧光电阻器研磨成型：具体为将烧结成型后的沿面爬电型弧光电阻器上的钨颗粒磨削成球冠型，再在钨环及钨颗粒层间隙处磨削出间隙槽，至此沿面爬电型弧光电阻器制作成型。
3.如权利要求2所述的一种模拟中性点不接地系统单相接地故障信号发生装置，其特征在于，所述步骤S4中使用的粘结剂包括以下质量百分数的组分：30％Cu粉、30％W粉、20％高岭土及20％工业胶水；
所述粘结剂的配制工艺为：按上述质量百分比准备好各组分，先将Cu粉、W粉和高岭土混合并搅拌均匀，再加入浓度为30％的工业胶水，并搅拌均匀。
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