CN107515354B - 一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，包括杆塔A、杆塔B、引弧框J、引弧线D、接地短路电流测试探头F1、光纤传输系统和数据分析系统；杆塔A和杆塔B之间设有用于进行人工接地短路试验的线路导线F；引弧框J固定于导线F上；引弧线D一端与引弧框J连接，另一端与接杆塔A的接地引下线连接；接地短路电流测试探头F1设置于引弧线D上，用于测量引弧线D上的接地短路电流；接地短路电流测试探头F1的输出端通过光纤传输系统和数据分析系统连接。本发明可以实现线路接地短路电流从工频50Hz到暂态的全过程测试，可用于研究接地短路电弧的产生机理、过程，从而研究降低其危害的方法和措施，实现更可靠的线路保护装置的研制。

Description

一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统

技术领域

本发明属于高电压测试技术领域，特别涉及一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统。

背景技术

随着我国电网规模的不断扩大，线路出现接地故障的概率逐渐升高，为提高系统供电的可靠性，我国超、特高压输电线路很多采用单项重合闸，重合的时间主要取决于潜供电流持续时间和系统稳定要求。

影响钳工电流持续时间的因素很多，持续时间既与输电线路的电气参数、线路是否装设高抗、装设高抗的容量及中性点小电抗数值、线路输送的功率等，尤其是无功有关，也与风速、空气湿度等环境因素有关。目前，仿真计算能够较准确的计算潜供电流和恢复电压幅值，但还无法模拟随机变化的环境因素对潜供电流燃弧时间的影响。因此，电力运行单位在输变电工程系统调试过程中通过单相人工接地试验实际测量线路潜供电流幅值持续时间及恢复电压数值，既可以为设定合适的保护定值和重合闸时间提供依据并考核线路继电保护，又能全面的掌握输电线路的输变电系统特点，对于线路安全稳定运行具有重要意义。

对于配电线路，由于部分配电网的规划、设计和建设不规范，技术装备水平不高，继电保护和自动装置不完善，各类人员(包括客户电气操作人员)安全意识淡薄，安全生产管理基础薄弱，存在误操作和用户侧返送电的风险很大，因此部分配网线路也要做人工接地短路试验。试验的主要目的是强化工作人员对严格装设接地线重要性的认识，模拟工作人员在停电配电线路上工作时，在工作地段相邻电源侧杆塔可靠和不可靠装设三相短路接地线后，工作过程中电源侧意外来电时，工作人员是否会受到触电伤害，即通过对线路相间电压、相对地电压和跨步电压参数进行测试分析，评估工作人员在意外来电时的安全风险。

人工接地短路试验中的电弧是非常复杂的电磁暂态过程，由于线路对地具有分布电容，因此将会产生频率在兆级左右的电磁脉冲，从而产生暂态过电压，这些电磁干扰有可能会造成在线监测装置损坏或继电保护装置拒动、误动作等，因此人工接地短路试验除了得到潜供电流信息之外，更应该了解电弧产生的全过程，从而研究电弧产生的机理，并研究降低电弧持续时间、强度及其对继保等装置危害的方法和措施。目前对于人工接地短路试验只是采集其高频过程，对其从50Hz到暂态的放电全过程没有采集，从而遗失了对线路研究、改进的重要数据，因此必须尽快制定出全过程电流的设计方法和试验方法。

目前，输电线路人工接地短路试验方法为：利用基于弹簧储能原理的弹射器，在输电线路下方垂直悬挂引弧框，利用弹射弹将引弧线发射至引弧框内，形成单相接地短路，短路电流通过短路点附近的杆塔接地体散流，该方法在某些特高压输电工程中得到应用，但针对每次试验中千安量级的入地短路电流，尤其是交流线路单相接地短路，易导致短路点地电位抬升及跨步电压超过安全限值，对现场试验人员构成人身安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，包括杆塔A、杆塔B、引弧框J、引弧线D、接地短路电流测试探头F1、光纤传输系统和数据分析系统；

杆塔A和杆塔B之间设有用于进行人工接地短路试验的线路导线F；

引弧框J固定于导线F上；引弧线D一端与引弧框J连接，另一端与接杆塔A的接地引下线连接；接地短路电流测试探头F1设置于引弧线D上，用于测量引弧线D上的接地短路电流；

接地短路电流测试探头F1的输出端通过光纤传输系统和数据分析系统连接。

进一步的，接地短路电流测试探头F1包括中心的罗氏线圈CCC和紧密缠绕在罗氏线圈CCC外表面的屏蔽层BBB；屏蔽层BBB外部包裹有屏蔽层AAA。

进一步的，屏蔽层BBB采用无缝全屏蔽金属布。

进一步的，还包括用于试验前对接地短路电流测试探头F1进行现场校验的接地短路电流现场校验系统I；接地短路电流现场校验系统I包括：频率点选择装置AA1、大电流发生器AA2、电流档位选择开关AA3和出线BB；大电流发生器AA2连接频率点选择装置AA1和电流档位选择开关AA3，大电流发生器AA2的输出端连接出线BB。

进一步的，接地短路电流测试探头F1的输出端通过宽频带积分器F2连接光纤传输系统；

宽频带积分器F2包括：

BNC接头J1，其中心管脚连接电流测试探头F1信号的输出，即信号输入V_in，以及50Ω电阻R1的一端和12kΩ电阻R2的一端，其余4个固定管脚接地；R1的另一端接地；

BNC接头J2，其中心管脚连接积分后的信号输出V_out，即1uF电容C7的一端和1MΩ电阻R6一端，其余4个固定管脚接地；R6的另一端接地；

3管脚的接线插座J3，其中1端接-6V电源，同时连接芯片JP1的第4管脚和0.1uF电解电容C4的负端，C4的正端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D1的正端，D1的负端接地；2端直接接地；3端接+6V电源，同时连接芯片JP1的第7管脚和0.1uF电解电容C6的正端，C6的负端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D2的负端，D2的正端接地；

高速运放芯片JP1，1端悬空；2端为运放负输入端，连接8kΩ电阻R4一端、20MΩ电阻R5一端和47nF电容C3一端；其3端为运放的正输入端，连接12kΩ电阻R2另一端、27nF电容C1一端和0.01uF电容C2一端；其4端为负电源输入端；其5端为芯片补偿端，连接30pF电容C5的一端；其6端为运放输出端，连接20MΩ电阻R5另一端、47nF电容C3另一端、30pF电容C5另一端、0.1uF电容C6的正端和1uF电容C7另一端；其7端为正电源输入端，连接0.1uF电容C6的正端；其8端悬空；

1uF电容C7和1MΩ电阻R6构成高通滤波器；

C1另一端和C2另一端连接50Ω电阻R3的一端，R3和R4的另一端接地；

R4、R5和C3构成有源积分器；

R2、R3、C1和C2构成无源积分器。

进一步的，光纤传输系统包括：依次连接的电光转换器G1、光纤G3和电光转换器G2；电光转换器G1的输入端连接宽频带积分器F2的信号输出端V_out；电光转换器G2的输出端连接数据分析系统H。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明可以实现线路接地短路电流从工频50Hz到暂态的全过程测试，可用于研究接地短路电弧的产生机理、过程，从而研究降低其危害的方法和措施，实现更可靠的线路保护装置的研制，为在现场输、配电线路人工接地短路试验过程中电弧的全电流过程研究提供便携、有效的测量系统。本发明可以应用在电力系统输、配电线路的人工接地短路试验过程中进行全过程短路电流测试，还可应用于铁路、军事等需要进行输电线路接地短路试验的领域。

附图说明

图1为线路人工接地短路试验全过程电流测试系统示意图；

图2为接地短路电流现场校验系统示意图；

图3为接地短路电流测试探头示意图；

图4为宽频带积分器的电路图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，包括杆塔A、杆塔B、引弧框J、引弧线D、接地短路电流现场校验系统I、接地短路电流测试探头F1、光纤传输系统和数据分析系统。

其中：

A、B：为线路中进行人工接地短路试验的两级杆塔；

F：为位于杆塔A、B之间用于进行人工接地短路试验的线路导线；

J：为引弧框，用于试验中的高压端；引弧框J固定于导线F上；

E：为电弧，试验过程中的电弧过程，电流基本上在千安量级；

D：为引弧线，接杆塔A的接地引下线，为试验中的“地”端；试验时，引弧线一端通过发射装置与引弧框J连接，另一端与接杆塔A的接地引下线连接；

I：为接地短路电流现场校验系统。由于现场人工接地短路试验可能会对线路保护装置造成损坏，不可能做很多次，在有限试验次数内必须测出有效数据，因此该试验对测试系统的可靠性要求很高。由于试验现场环境复杂，测试系统连接回路可靠性需要进行测试系统现场校准。本发明所涉及电流测量为50Hz到MHz级的暂态过程，而接地短路电流一般为几十kA级别，宽频带、大电流的测试校准装置很难实现，因此可利用特征频段点的测试方法，即选择50Hz、1kHz、10kHz、100kHz、500kHz、700kHz、1MHz、1.5MHz等频率点输出正弦电流，根据计算的现场接地短路电流值，选择相应电流输出的大电流校验装置。如图2所示为接地短路电流现场校验系统的示意图。

其中，AA1为频率点选择装置，频率点根据试验要求选择；AA2为大电流发生器，其输出根据实际现场接地短路电流计算值选择；AA3为电流档位选择开关，可调节输出电流的幅值；BB为输出电流的出线，用于连接电流测试探头。大电流发生器AA2连接频率点选择装置AA1和电流档位选择开关AA3，大电流发生器AA2的输出端连接输出电流的出线BB；接地短路电流测试探头F1套在出线BB上，用于检测出现BB的输出电流；接地短路电流测试探头F1通过宽频带积分器连接光纤传输和数据分析系统；通过检测值和设定值比较对地短路电流测试探头F1进行现场校验。

在人工接地短路试验开始之前，现场电流测量系统连接好之后，电流测量探头套F1在接地短路电流现场校验系统I的出线BB上进行试验，比对测量值和实际值之间误差，验证电流测量系统的可靠性。校验完之后，将电流测试探头套在引弧线D上，再开始进行人工接地短路试验。

F1：电流测试探头，使用宽频带罗氏线圈电流传感器，该线圈如图3所示。

由于人工接地短路试验电弧过程剧烈，电磁干扰非常严重，因此必须在接地短路电流测试探头中加入屏蔽层BBB，该屏蔽层必须采用无缝全屏蔽金属布，紧密缠绕在罗氏线圈CCC外表面，屏蔽层BBB外部包裹屏蔽层AAA，以使线圈对外屏蔽。

F2：宽频带积分器；

该积分器测量范围为50Hz-2MHz，结构如图4所示。其中电容C4和C6为电解电容，其余为瓷片电容，电阻都选择0.25W的直插电阻。

宽频带积分器F2包括：

J1：为BNC接头，其中心管脚连接电流测试探头F1信号的输出，即信号输入V_in，以及50Ω电阻R1和12kΩ电阻R2，其余4个固定管脚接地。

J2：为BNC接头，其中心管脚连接积分后的信号输出V_out，即1uF电容C7和1MΩ电阻R6，其余4个固定管脚接地。

J3：为3管脚的接线插座，其中1端接-6V电源，同时连接芯片JP1的第4管脚和0.1uF电解电容C4的负端，C4的正端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D1的正端，D1的负端接地。2端直接接地。3端接+6V电源，同时连接芯片JP1的第7管脚和0.1uF电解电容C6的正端，C6的负端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D2的负端，D2的正端接地。

D1：6V稳压管P6KE6，其正端连接J3的1端，负端接地，用以保护芯片JP1的负电源。

D2：6V稳压管P6KE6，其负端连接J3的3端，正端接地，用以保护芯片JP1的正电源。

JP1：为高速运放芯片AD829，用以进行积分运算。其1端悬空。2端为运放负输入端，连接8kΩ电阻R4、20MΩ电阻R5和47nF电容C3，进行积分运算。其3端为运放的正输入端，连接12kΩ电阻R2、27nF电容C1和0.01uF电容C2。其4端为负电源输入端，连接插座J3的1端，0.1uF电容C4的负端。其5端为芯片补偿端，连接30pF电容C5。其6端为运放输出端，连接20MΩ电阻R5、47nF电容C3、30pF电容C5、0.1uF电容C6和1uF电容C7。其7端为正电源输入端，连接插座J3的3端，0.1uF电容C6的正端。其8端悬空。

1uF电容C7和1MΩ电阻R6构成高通滤波器。1uF电容C7连接829芯片JP1的6端，其另一端连接1MΩ电阻R6，并连接信号输出端V_out。1MΩ电阻R6一端连接1uF电容C7，另一端接地。

C6：正电源滤波电解电容，电容值为10uF，制作电路板时尽量靠近芯片JP1的7端，其正端接JP1的7端，负端接地。

C4：正电源滤波电解电容，电容值为10uF，制作电路板时尽量靠近芯片JP1的4端，其负端接JP1的4端，正端接地。

C5，为芯片JP1的补偿电容，其电容值为30pF。其1端接JP1的5端，另一端接JP1的输出端6端。

R4、R5和C3构成有源积分器。8kΩ电阻R4一端连接50Ω电阻R3，并接地，另一端连接JP1的2端。20MΩ电阻R5一端连接JP1的2端，另一端连接JP1的6端。47nF电容C3一端连接JP1的2端，另一端连接JP1的6端。

R2、R3、C1和C2构成无源积分器。12kΩ电阻R2一端接信号输入V_in和R1，另一端接JP1的3端。27nF电容C1和0.01uF电容C2并联，一端连接JP1的3端，另一端连接50Ω电阻R3。50Ω电阻R3一端接地，另一端连接C1和C2。

R1：为输入匹配电阻，阻值为50Ω。其一端接R2，另一端接地。

请参阅图1所示，光纤传输系统包括：依次连接的电光转换器G1、光纤G3和电光转换器G2；电光转换器G1的输入端连接宽频带积分器F2的信号输出端V_out；电光转换器G2的输出端连接数据分析系统H。

Claims (2)

1.一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，其特征在于，包括杆塔A、杆塔B、引弧框J、引弧线D、接地短路电流测试探头F1、光纤传输系统和数据分析系统；

杆塔A和杆塔B之间设有用于进行人工接地短路试验的线路导线F；

引弧框J固定于导线F上；引弧线D一端与引弧框J连接，另一端与接杆塔A的接地引下线连接；接地短路电流测试探头F1设置于引弧线D上，用于测量引弧线D上的接地短路电流；

接地短路电流测试探头F1的输出端通过光纤传输系统和数据分析系统连接；接地短路电流测试探头F1包括中心的罗氏线圈CCC和紧密缠绕在罗氏线圈CCC外表面的屏蔽层BBB；屏蔽层BBB外部包裹有屏蔽层AAA；屏蔽层BBB采用无缝全屏蔽金属布；

还包括用于试验前对接地短路电流测试探头F1进行现场校验的接地短路电流现场校验系统I；接地短路电流现场校验系统I包括：频率点选择装置AA1、大电流发生器AA2、电流档位选择开关AA3和出线BB；大电流发生器AA2连接频率点选择装置AA1和电流档位选择开关AA3，大电流发生器AA2的输出端连接输出电流的出线BB；

接地短路电流测试探头F1的输出端通过宽频带积分器F2连接光纤传输系统；

宽频带积分器F2包括：

BNC接头J1，其中心管脚连接电流测试探头F1信号的输出，即信号输入V_in，以及50Ω电阻R1的一端和12kΩ电阻R2的一端，其余4个固定管脚接地；R1的另一端接地；

BNC接头J2，其中心管脚连接积分后的信号输出V_out，即1uF电容C7的一端和1MΩ电阻R6一端，其余4个固定管脚接地；R6的另一端接地；

3管脚的接线插座J3，其中1端接-6V电源，同时连接芯片JP1的第4管脚和0.1uF电解电容C4的负端，C4的正端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D1的正端，D1的负端接地；2端直接接地；3端接+6V电源，同时连接芯片JP1的第7管脚和0.1uF电解电容C6的正端，C6的负端接地；另外，该管脚连接6V稳压管D2的负端，D2的正端接地；

高速运放芯片JP1，1端悬空；2端为运放负输入端，连接8kΩ电阻R4一端、20MΩ电阻R5一端和47nF电容C3一端；其3端为运放的正输入端，连接12kΩ电阻R2另一端、27nF电容C1一端和0.01uF电容C2一端；其4端为负电源输入端；其5端为芯片补偿端，连接30pF电容C5的一端；其6端为运放输出端，连接20MΩ电阻R5另一端、47nF电容C3另一端、30pF电容C5另一端、0.1uF电容C6的正端和1uF电容C7另一端；其7端为正电源输入端，连接0.1uF电容C6的正端；其8端悬空；

1uF电容C7和1MΩ电阻R6构成高通滤波器；

C1另一端和C2另一端连接50Ω电阻R3的一端，R3和R4的另一端接地；

R4、R5和C3构成有源积分器；

R2、R3、C1和C2构成无源积分器。

2.根据权利要求1所述的一种线路人工接地短路试验全过程电流测试系统，其特征在于，光纤传输系统包括：依次连接的电光转换器G1、光纤G3和电光转换器G2；电光转换器G1的输入端连接宽频带积分器F2的信号输出端V_out；电光转换器G2的输出端连接数据分析系统H。