CN108169602A - 一种配电网故障模拟装置 - Google Patents

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蔡志伟
孟繁军
王彦静
孙荣智
周民
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Abstract

一种配电网故障模拟装置，包括三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、相间短路阻抗控制开关、三相相间短路电阻、单相接地短路模拟单元；三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、三相相间短路电阻顺次连接，其中三相短路电阻的另一端连接在一起，即三相短路电阻以星形接线的方式连接；每一相间短路电抗均并联一相间短路阻抗控制开关；所述单相接地短路模拟单元的一端连接在其中一相的采集单元与相间短路电抗之间，另一端与接地点相连。本发明为配网故障模拟装置，能够模拟配电网常见的相间短路故障和各种单相接地故障，实现物理模拟系统的各种故障状态和暂态过程的模拟。

Description

一种配电网故障模拟装置
技术领域
本发明属于配电网技术领域，涉及一种配电网故障模拟装置。
背景技术
目前，各种分布式电源、多元化负荷大量不断接入配电网，配网已由无源变有源、被动变主动，但对新型配电网的结构、特性和控制策略、关键设备评估等方面缺少研究。
为了能够为各类配网试验、测试提供配网模型，为配网故障特性研究、配网自动化设备测试、新能源接入研究、配电新技术验证、新型配电设备研制等研究工作的开展提供试验条件与分析手段，迫切需要在实验室内建立配电网物理模拟系统，模拟各类配电网故障，为新型配电网的研究提供一种模型。
发明内容
本发明的目的在于设计一种配电网故障模拟装置，解决配电网物理模拟系统中的配电网故障模拟的难题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种配电网故障模拟装置，包括三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、相间短路阻抗控制开关、三相相间短路电阻、单相接地短路模拟单元；其特征在于：
三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、三相相间短路电阻顺次连接，其中三相短路电阻的另一端连接在一起，即三相短路电阻以星形接线的方式连接；
每一相间短路电抗均并联一相间短路阻抗控制开关；
所述单相接地短路模拟单元的一端连接在其中一相的采集单元与相间短路电抗之间，另一端与接地点相连。
本发明进一步包括以下优选方案：
所述单相接地短路模拟单元包括单相接地电抗器26、弧光接地单元21、单相接地电阻28、单相接地电容器27、接地点29；
所述弧光接地单元21的一端通过弧光接地控制开关19连接至某一相的采集单元与相间短路电抗之间，另一端分别通过单相接地电抗器控制开关22、单相接地电容器控制开关23、单相接地电阻控制开关24连接到单相接地电抗器26、单相接地电容器27和单相接地电阻28；
所述单相接地电抗器26、单相接地电容器27和单相接地电阻28的另一端连接至接地点29。
第一并联控制开关20并联连接在弧光接地单元21与弧光接地控制开关19的串联支路两端。
第二并联控制开关25一端连接接地点29，另一端连接到弧光接地单元21与单相接地电抗器控制开关22、单相接地电容器控制开关23、单相接地电阻控制开关24的连接点。
所述三相故障接口采用大电流接线柱和接线铜鼻子，所有故障接口集中安装在一起。
所有的控制开关均采用单相交流接触器，能够通过就地和远方两种方式进行投切控制。
所述三相采集单元7-9采用2组穿心式电流互感器，实现大电流和小电流精确采集。
所述接地点29连接接地网，接地电阻不大于10Ω。
本发明的优点如下：
1.故障类型多样，具体包括：三相短路故障、两相短路故障、金属性单相接地故障、容性接地故障、感性接地故障、阻性接地故障、弧光接地故障。
2.故障参数可调，通过调整电阻、电感、电容的参数实现故障参数调整。
3.故障投切和故障变换可以实现自动控制。
4.结构紧凑、操作简单。
本发明为配网故障模拟装置，能够模拟配电网常见的相间短路故障和各种单相接地故障，实现物理模拟系统的各种故障状态和暂态过程的模拟，是整个配电网物理模拟系统的核心单元。
附图说明
图1为本发明配电网故障模拟装置结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步的说明。如图1是配电网系统故障物理模拟装置的系统图，系统分为相间短路故障和单相接地故障两个主要部分，2个部分互锁不能同时工作。
本装置通过故障接口1-3与系统连接，通过控制开关4-6实现装置的投切，在控制开关4-6后侧配置三相采集单元7-9，之后分为两个部分，短路故障和单相接地故障。短路故障的相间短路电抗器10-12与相间短路电阻16-18串联，控制开关13-15与相间短路电抗器10-12并联。单相接地故障的孤光接地单元21与单相接地电抗器26、单相接地电容27、单相接地电阻28串联。单相接地电抗器26、单相接地电容27、单相接地电阻并联，末端连接接地网。
试验开始前，首先确定试验类型及参数，可选故障类型包括：ABC三相短路试验、AB两相短路试验、AC两相短路试验、BC两相短路试验、金属性单相接地试验、阻性单相接地试验、感性单相接地试验、容性单相接地试验、弧光接地试验、带过渡电阻的弧光接地试验等。确定故障类型后，根据故障类型将故障接口连接至系统，并将相应的控制开关合闸，实现故障模拟。
如进行三相短路试验，首先将故障接口1/2/3分别连接至系统的ABC三相，将控制开关10/11/12合闸，就实现了ABC三相短路，短路故障发生后，保护动作，切除短路故障，在系统条件允许的情况下，将故障接口1/2/3与系统断开，整个试验完毕。
如进行带过渡电阻的弧光接地试验，首先将故障接口1连接至系统，故障接口2/3保持与系统断开，然后将控制开关19合闸，将控制开关24合闸，其他开关均处于分闸状态，即将弧光接地单元21、单相接地电阻28接入故障模拟系统中，待系统条件准备完毕后，将控制开关4合闸，即可实现在系统中模拟了一个带过渡电阻的弧光接地故障，通过控制开关4的分、合闸时间的精确控制，可以实现故障持续时间的精确控制。同时控制系统通过采集单元7将故障信息全部记录下来。试验完成后，将控制开关4分闸，然后再将控制开关19、24分闸，在系统条件允许的情况下，将故障接口1与系统断开，整个试验完毕。
申请人结合说明书附图对本申请的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为优选实施方案，而并非对本发明保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种配电网故障模拟装置，包括三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、相间短路阻抗控制开关、三相相间短路电阻、单相接地短路模拟单元；其特征在于：
三相故障接口、故障接口控制开关、三相采集单元、三相相间短路电抗、三相相间短路电阻顺次连接，其中三相短路电阻的另一端连接在一起，即三相短路电阻以星形接线的方式连接；
每一相间短路电抗均并联一相间短路阻抗控制开关；
所述单相接地短路模拟单元的一端连接在其中一相的采集单元与相间短路电抗之间，另一端与接地点相连。
2.根据权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
所述单相接地短路模拟单元包括单相接地电抗器(26)、弧光接地单元(21)、单相接地电阻(28)、单相接地电容器(27)、接地点(29)；
所述弧光接地单元(21)的一端通过弧光接地控制开关(19)连接至某一相的采集单元与相间短路电抗之间，另一端分别通过单相接地电抗器控制开关(22)、单相接地电容器控制开关(23)、单相接地电阻控制开关(24)连接到单相接地电抗器(26)、单相接地电容器(27)和单相接地电阻(28)；
所述单相接地电抗器(26)、单相接地电容器(27)和单相接地电阻(28)的另一端连接至接地点(29)。
3.根据权利要求2所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
第一并联控制开关(20)并联连接在弧光接地单元(21)与弧光接地控制开关(19)的串联支路两端。
4.根据权利要求3所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
第二并联控制开关(25)一端连接接地点(29)，另一端连接到弧光接地单元(21)与单相接地电抗器控制开关(22)、单相接地电容器控制开关(23)、单相接地电阻控制开关(24)的连接点。
5.根据权利要求1或2所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
所述三相故障接口采用大电流接线柱和接线铜鼻子，所有故障接口集中安装在一起。
6.根据权利要求4所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
所有的控制开关均采用单相交流接触器，能够通过就地和远方两种方式进行投切控制。
7.根据权利要求1或6所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
所述三相采集单元(7、8、9)采用2组穿心式电流互感器，实现大电流和小电流精确采集。
8.根据权利要求1所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
所述接地点(29)连接接地网，接地电阻不大于10Ω。
9.根据权利要求2、3或4所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
进行三相短路试验时，首先将三相故障接口分别连接至电网系统的ABC三相，将故障接口控制开关合闸，就实现了ABC三相短路，短路故障发生后，保护动作，切除短路故障，将三相故障接口与电网系统断开，整个试验完毕。
10.根据权利要求3或4所述的配电网故障模拟装置，其特征在于：
进行带过渡电阻的弧光接地试验时，首先将与弧光接地控制开关(19)相连的那相故障接口连接至电网系统，另外两相故障接口保持与电网系统断开，然后将弧光接地控制开关(19)合闸，将弧光接地控制开关(19)合闸，单相接地电抗器控制开关(22)、单相接地电容器控制开关(23)、第二并联控制开关(25)均处于分闸状态，即将弧光接地单元(21)、单相接地电阻(28)接入故障模拟系统中，将与弧光接地控制开关(19)相连的那相故障控制开关(4)合闸，即可模拟一个带过渡电阻的弧光接地故障，通过该相故障控制开关(4)的分、合闸时间的精确控制，实现故障持续时间的精确控制；试验完成后，将与弧光接地控制开关(19)相连的那相故障控制开关(4)分闸，然后再将弧光接地控制开关(19)、弧光接地控制开关(19)分闸，将与弧光接地控制开关(19)相连的那相故障接口与电网系统断开，整个试验完毕。
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