CN109375056B - 配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台和试验方法。本发明包括单相断线实况模拟回路、多元化控制系统及信息采集系统、接地介质模拟回路和接地介质切换平台；所述的单相断线实况模拟回路包括架空线路断线本体、断线回路支撑元件和断线机械开关；所述的多元化控制系统及信息采集系统为二次采集及控制回路，包括测量单元、故障高精度录波装置、快速摄像装置、开关控制及数据显示平台。本发明针对已安装投运的单相断线接地故障新设备新技术，实现对不同技术故障研判、消弧、补偿等功能效果验证。

Description

配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台和试验方法

技术领域

本发明属于配网试验装置，具体地说是一种可移动式配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台和试验方法。

背景技术

随着配网建设应用日益受到重视，配电网单相故障处理技术研究也越来越深入。近年来在电网生产上出现了中性点经新型电力电子设备接地进行单相接地故障研判、在配网运用智能开关、智能电流放大辅助装置进行单相接地故障研判等技术。因此，对配网单相接地故障新设备、新技术检验提出了新的要求，需要进行配网单相接地模拟试验来验证新设备、新技术单相接地故障研判功能效果。

目前，配网单相接地模拟试验一般使用两种模拟方案：

一是就地模拟，选取接地试验周边草地、水泥地、砂石地等不同介质作为接地试验点，以配网某条10kV出线经开关站出线电缆或架空线引出，引出后通过一段架空导线，直接置于试验点不同介质处。以10kV出线开关或环网柜开关作为单相接地试验控制开关，进行接地试验，同时在接地点配置外接型测量单元及录波装置，对试验数据进行采集。该种方案主要缺点：（1）断线接地试验受现场场地介质种类限制。一般单相断线接地试验需选择草地、水泥地、砂石等介质，且需介质在不同湿度情况下进行试验，保证单相接地模拟环境的完整性。现场模拟受场地种类限制，一般无法进行多种类工况试验。（2）具有一定安全风险。现场以实际场地作为断线模拟试验，安全风险较大，接地点周围行人、车辆等存在跨步电压安全隐患。（3）数据采集电源受限制。一般接地点选取比较偏远地区进行，受试验场地限制，录波装置电源一般较难寻找，影响单相接地试验效果。

二是通过集成式单相接地模拟装置模拟。以配网某条10kV出线经开关站出线电缆或架空线引出，经集成式单相接地模拟装置连接至接地铜排，以10kV出线开关或环网柜开关作为单相接地试验控制开关，进行接地试验。集成式单相接地模拟装置内部含不同接地方式，一般分为直接接地（即金属性接地）、经不同过渡电阻接地、弧光接地等。同时在集成式单相接地模拟装置配置录波装置，对试验数据进行采集。该种方案主要缺点：不能模拟单相断线工况。目前单相接地模拟装置一般仅配置直接接地（即金属性接地）、经不同过渡电阻接地、弧光接地三种方式，无法真实模拟线路断线工况。

随着电网人身安全越来越受重视，配网单相断线故障的快速处理技术研究越来越广泛，出现了中性点故障电流全补偿技术、接地点故障电流转移技术等新的故障处理技术，需要对配网单相断线故障的快速处理技术进行效果验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可移动式配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其针对已安装投运的单相断线接地故障新设备新技术，实现对不同技术故障研判、消弧、补偿等功能效果验证。

为此，本发明采用如下的技术方案：配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其包括单相断线实况模拟回路、多元化控制系统及信息采集系统、接地介质模拟回路和接地介质切换平台；

所述的单相断线实况模拟回路包括架空线路断线本体、断线回路支撑元件和断线机械开关；所述的断线回路支撑元件包括左侧支架和右侧支架，架空线路断线本体的左端轴接在左侧支架上，架空线路断线本体的右端通过断线机械开关连接在右侧支架上，通过断线回路支撑元件使常态下的架空线路断线本体处于悬挂状态；所述架空线路断线本体的左端与一断路器的出线侧电连接；通过断线机械开关的操作，实现架空线路断线本体右端与右侧支架脱开并向下摆动至其与接地介质模拟回路连接，实现单相断线实况模拟；

所述的多元化控制系统及信息采集系统为二次采集及控制回路，包括测量单元、故障高精度录波装置、快速摄像装置、开关控制及数据显示平台；

所述的测量单元安装于断路器的出线侧，主要采集故障线路电气量参数，即电压和电流；

所述的故障高精度录波装置为多通道录波装置，接于测量单元的出线侧，主要采集故障线路电气量暂态数据；并预留通道用于采集其他非故障线路电压、电流参数；

所述的快速摄像装置，用于记录接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，验证不同被测设备消弧效果。

本发明通过断线机械开关实现断线试验模拟，通过调节断线本体长度可调节断线接触面，同时通过接地介质切换平台可灵活切换草地、砂石地、水泥地等不同接地介质，经接地介质模拟回路进行接地电阻调节模拟；通过多元化控制系统及信息采集系统，实现断线瞬时高速录像和高精度录波，针对已安装投运的单相断线接地故障新设备新技术，实现对不同技术故障研判、消弧、补偿等功能效果验证。

作为上述技术方案的补充，所述的开关控制及数据显示平台包括开关控制回路、开关状态回路、电气量稳态采集回路、高精度示波器控制及数据显示回路、快速摄像装置控制及显示回路；

开关控制回路主要用于控制所述断路器和断线机械开关的分闸和合闸；开关状态回路主要用于采集所述断路器和断线机械开关的分闸、合闸状态信息并显示；电气量稳态采集回路主要连接测量单元二次出线，并显示稳态数据；高精度示波器控制及数据显示回路主要连接测量单元二次出线，记录接地瞬时电气量变化，经示波器记录并在平台上进行显示；快速摄像装置控制及显示回路连接至快速摄像装置出线，主要控制快速摄像装置启动，并将快速摄像装置采集数据集成显示至平台，并控制慢镜头回放及时间记录，显示接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，连同录波情况进行同步分析。

作为上述技术方案的补充，所述的接地介质模拟回路主要提供不同接地状态，包括接地介质、可调电阻和接地铜排，所述的接地介质取自接地介质切换平台，安装于单相断线实况模拟回路的下方，所述的可调电阻接于接地介质出线与接地铜排之间，用于调节试验整体接地电阻；所述的接地铜排：试验前安装于试点附近外部场地，主要用于试验接地。

作为上述技术方案的补充，所述的接地介质通过增加湿度方式调节试验整体接地电阻。

作为上述技术方案的补充，所述的测量单元为常规零序测量单元。

作为上述技术方案的补充，所述的接地介质切换平台包括不锈钢置物架和置于不锈钢置物架上的多个接地介质板，所述的多个接地介质板从上到下排列；所述的接地介质切换平台通过滚轮为接地介质模拟回路提供一个接地介质。

作为上述技术方案的补充，所述的断线机械开关为导线夹，结构简单且操作方便。

上述配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台的试验方法，其包括：

1）接地介质模拟回路接线：确定试验工况，选择试验接地介质并安装固定，安装接地铜排，测量接地电阻后调节可调电阻，至接地电阻满足试验要求；

2）单相断线实况模拟回路接线：安装固定架空线路断线本体，接入电源前进行不带电断线模拟操作，确定断线可靠接触接地介质；确定被测设备不带电情况下连接被测设备出线至断路器进线；

3）单相断线接地模拟：接通被测设备电源，合上断路器，分开断线机械开关，使架空线路断线本体的右侧下落，接触接地介质，完成接地工况，经设定时间后断开断路器，完成单相接地试验；

4）试验数据记录分析：控制台上控制断路器、断线机械开关同时，开启故障高精度录波装置、快速摄像装置，对接地时间内电气量波形进行采集记录，对断线期间断线弧光和断线弹跳程度用快读摄像装置进行记录，摄像记录连同录波记录进行同步分析，评价被测设备功能效果；

5）断开电源，更换接地介质，进行下一个试验工况试验。

与现有技术相比，本发明具有的技术效果如下：

1）可实况模拟架空线路断线单相接地故障。

现有的试验平台均将架空断线置地后通过合闸出线开关进行断线模拟，不同反映断线与地面接触暂态瞬时接地弧光状态。本发明通过断线模拟回路真实反映断线接地瞬时变化，并通过录波装置和快速摄像装置对弧光状态进行记录分析，有效比较各类配电网单相故障处理设备效果，验证对人身安全保护效果。

2）可灵活切换不同实况接地介质。

现有的户外型接地模拟试验（非试验基地）断线接地介质均只能按现场周围介质进行，不能更换。本发明可在任意地点进行草地、砂石、水泥或其他接地介质等多种接地介质试验效果分析比较，并通过接地回路的可调电阻调节试验接地电阻，完善了试验条件，增加了试验结果的真实型和全面性。

3）可移动平台。

本发明实现了基于不同接地介质的移动性试验平台，可在郊外偏远处进行，试验所需条件比较简单，较传统户外单相接地试验节省了试验空间和试验时间，大大提高试验效率。

4）试验回路集成化高。

本发明电气一次部分将断线实况模拟回路、接地介质模拟回路进行集成，接线完成后通过控制开关就可在一个平台内完整完成整套试验，可一站式完成接地断线试验，具有试验可控性强，外界干扰小，试验工况切换灵活等特点。

本发明电气二次部分将试验控制回路、录波回路、摄像回路集成至一个控制显示平台，实现试验总体控制与采集同步，录波与高速摄像采集同步，便于试验数据解析和试验效果验证分析。

附图说明

图1为本发明配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台的结构框图；

图2为本发明单相断线实况模拟回路的结构简图；

图3为本发明多元化控制系统及信息采集系统的原理框图；

图4为本发明开关控制及数据显示平台的原理框图；

图5为本发明配网断线接地实况试验流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，如图1所示，其包括单相断线实况模拟回路、多元化控制系统及信息采集系统、接地介质模拟回路和接地介质切换平台。图1中的测量单元为电压测量单元CT和电流测量单元PT。

如图2所示，所述的单相断线实况模拟回路包括架空线路断线本体1、断线回路支撑元件和断线机械开关2（本实施例中所述的断线机械开关为导线夹）。所述的断线回路支撑元件包括左侧支架3和右侧支架4，架空线路断线本体1的左端轴接在左侧支架3上，架空线路断线本体1为一段1米长的导线，架空线路断线本体1的右端通过断线机械开关2连接在右侧支架4上，通过断线回路支撑元件使常态下的架空线路断线本体处于悬挂状态；所述架空线路断线本体的左端与10kV断路器5的出线侧电连接；通过断线机械开关的操作，实现架空线路断线本体右端与右侧支架脱开并向下摆动至其与接地介质模拟回路连接，实现单相断线实况模拟。

如图3所示，所述的多元化控制系统及信息采集系统为二次采集及控制回路，包括测量单元、故障高精度录波装置、快速摄像装置、开关控制及数据显示平台。

所述的测量单元为常规零序测量单元，安装于断路器的出线侧，主要采集故障线路电气量参数，即电流和电压。

所述的故障高精度录波装置为多通道录波装置，接于测量单元的出线侧，主要采集故障线路电气量暂态数据；并预留通道用于采集其他非故障线路电压、电流参数。

所述的快速摄像装置，用于记录接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，验证不同被测设备消弧效果。

如图4所示，所述的开关控制及数据显示平台包括开关控制回路、开关状态回路、电气量稳态采集回路、高精度示波器控制及数据显示回路、快速摄像装置控制及显示回路。

开关控制回路主要用于控制所述断路器和断线机械开关的分闸和合闸；开关状态回路主要用于采集所述断路器和断线机械开关的分闸、合闸状态信息并显示；电气量稳态采集回路主要连接测量单元二次出线，并显示稳态数据；高精度示波器控制及数据显示回路主要连接测量单元二次出线，记录接地瞬时电气量变化，经示波器记录并在平台上进行显示；快速摄像装置控制及显示回路连接至快速摄像装置出线，主要控制快速摄像装置启动，并将快速摄像装置采集数据集成显示至平台，并控制慢镜头回放及时间记录，显示接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，连同录波情况进行同步分析。

所述的接地介质模拟回路主要提供不同接地状态，包括接地介质、可调电阻和接地铜排，所述的接地介质取自接地介质切换平台，草地、砂石地、水泥地多选一，规格为0.5m*0.5m，安装于单相断线实况模拟回路的下方，接地介质通过增加湿度方式调节试验整体接地电阻。所述的可调电阻接于接地介质出线与接地铜排之间，可灵活调节0-5000Ω电阻，用于调节试验整体接地电阻；所述的接地铜排：试验前安装于试点附近外部场地，主要用于试验接地。

所述的接地介质切换平台包括不锈钢置物架和置于不锈钢置物架上的多个接地介质板，所述的多个接地介质板从上到下排列；所述的接地介质切换平台通过滚轮为接地介质模拟回路提供一个接地介质。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台的试验方法，如图5所示，其包括如下步骤。

1）接地介质模拟回路接线：确定试验工况，选择试验接地介质并安装固定，安装接地铜排，测量接地电阻后调节可调电阻，至接地电阻满足试验要求。

2）单相断线实况模拟回路接线：安装固定架空线路断线本体，接入电源前进行不带电断线模拟操作，确定断线可靠接触接地介质。确定被测设备不带电情况下连接被测设备出线至10kV断路器进线。

3）单相断线接地模拟：接通被测设备电源，合上10kV断路器，分开断线机械开关，使架空线路断线本体的右侧下落，接触接地介质，完成接地工况，经设定时间后断开10kV断路器，完成单相接地试验。

4）试验数据记录分析：控制台上控制10kV断路器、断线机械开关同时，开启故障高精度录波装置、快速摄像装置，对接地时间内电气量波形进行采集记录，对断线期间断线弧光、断线弹跳程度等用快读摄像装置进行记录，摄像记录连同录波记录进行同步分析，评价被测设备功能效果。

5）断开电源，更换接地介质，进行下一个试验工况试验。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，包括单相断线实况模拟回路、多元化控制系统及信息采集系统、接地介质模拟回路和接地介质切换平台；

所述的单相断线实况模拟回路包括架空线路断线本体(1)、断线回路支撑元件和断线机械开关(2)；所述的断线回路支撑元件包括左侧支架(3)和右侧支架(4)，架空线路断线本体(1)的左端轴接在左侧支架(3)上，架空线路断线本体(1)的右端通过断线机械开关(2)连接在右侧支架(4)上，通过断线回路支撑元件使常态下的架空线路断线本体处于悬挂状态；所述架空线路断线本体(1)的左端与一断路器(5)的出线侧电连接；通过断线机械开关的操作，实现架空线路断线本体右端与右侧支架脱开并向下摆动至其与接地介质模拟回路连接，实现单相断线实况模拟；

所述的多元化控制系统及信息采集系统为二次采集及控制回路，包括测量单元、故障高精度录波装置、快速摄像装置、开关控制及数据显示平台；

所述的测量单元安装于断路器的出线侧，采集故障线路电气量参数；

所述的故障高精度录波装置为多通道录波装置，接于测量单元的出线侧，采集故障线路电气量暂态数据；并预留通道用于采集其他非故障线路电压、电流参数；

所述的快速摄像装置，用于记录接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，验证不同被测设备消弧效果。

2.根据权利要求1所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的开关控制及数据显示平台包括开关控制回路、开关状态回路、电气量稳态采集回路、高精度示波器控制及数据显示回路、快速摄像装置控制及显示回路；

开关控制回路用于控制所述断路器和断线机械开关的分闸和合闸；开关状态回路用于采集所述断路器和断线机械开关的分闸、合闸状态信息并显示；电气量稳态采集回路连接测量单元二次出线，并显示稳态数据；高精度示波器控制及数据显示回路连接测量单元二次出线，记录接地瞬时电气量变化，经示波器记录并在平台上进行显示；快速摄像装置控制及显示回路连接至快速摄像装置出线，控制快速摄像装置启动，并将快速摄像装置采集数据集成显示至平台，并控制慢镜头回放及时间记录，显示接地瞬间接地弧光产生至熄灭状态，连同录波情况进行同步分析。

3.根据权利要求1或2所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的接地介质模拟回路提供不同接地状态，包括接地介质、可调电阻和接地铜排，所述的接地介质取自接地介质切换平台，安装于单相断线实况模拟回路的下方，所述的可调电阻接于接地介质出线与接地铜排之间，用于调节试验整体接地电阻；所述的接地铜排：试验前安装于试点附近外部场地，用于试验接地。

4.根据权利要求3所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的接地介质通过增加湿度方式调节试验整体接地电阻。

5.根据权利要求1或2所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的测量单元为常规零序测量单元。

6.根据权利要求1或2所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的接地介质切换平台包括不锈钢置物架和置于不锈钢置物架上的多个接地介质板，所述的多个接地介质板从上到下排列；所述的接地介质切换平台通过滚轮为接地介质模拟回路提供一个接地介质。

7.根据权利要求1或2所述的配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台，其特征在于，所述的断线机械开关为导线夹。

8.权利要求1-7任一项所述配网断线接地实况试验回路及故障模拟平台的试验方法，其特征在于，包括：

1）接地介质模拟回路接线：确定试验工况，选择试验接地介质并安装固定，安装接地铜排，测量接地电阻后调节可调电阻，至接地电阻满足试验要求；

2）单相断线实况模拟回路接线：安装固定架空线路断线本体，接入电源前进行不带电断线模拟操作，确定断线可靠接触接地介质；确定被测设备不带电情况下连接被测设备出线至断路器进线；

3）单相断线接地模拟：接通被测设备电源，合上断路器，分开断线机械开关，使架空线路断线本体的右侧下落，接触接地介质，完成接地工况，经设定时间后断开断路器，完成单相接地试验；

4）试验数据记录分析：控制台上控制断路器、断线机械开关同时，开启故障高精度录波装置、快速摄像装置，对接地时间内电气量波形进行采集记录，对断线期间断线弧光和断线弹跳程度用快读摄像装置进行记录，摄像记录连同录波记录进行同步分析，评价被测设备功能效果；

5）断开电源，更换接地介质，进行下一个试验工况试验。