CN109669103A - 一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台和试验方法，该试验平台包括网架、复杂故障模拟装置、可调负载和配电网设备接入装置；网架包括架空线网架、电缆网架和架空电缆混联网架，架空线网架包括架空导线，电缆网架包括电缆线路，架空导线和电缆线路均分别与所述故障模拟装置、可调负载、配电网设备接入装置相连接，架空导线和电缆线路上均设有中性点接地装置。本发明还公开了一种该试验平台的试验方法。本发明构建出采用真实输电线路、配电设备以及典型网架结构的实际物理模型，真实模拟配电网运行状态，并在该实际物理模型上复现多种配电网复杂故障，提高对配电自动化终端设备功能验证的准确性。

Description

一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台及试验方法

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台以及试验方法。

背景技术

目前，配电终端的性能指标主要通过模拟配电网典型故障特征进行测试验证，配电终端不同的测试验证方法主要区别在于配电网的故障特征模拟方式不同，目前对于配电网故障特征信号模拟系统分类主要分成三种：第一种是数据库型故障特征信号仿真测试系统；第二种是实物低压配电网络模拟测试系统；第三种是实时数字仿真系统(RTDS)模拟测试系统；这三种方法都是通过模拟配电网故障特征信号，开展配电终端的性能测试与验证。

上述配电终端设备的现有试验检测验证技术，存在以下问题：

(1)目前配电终端设备的出厂测试，主要通过模拟量发生装置，实现对终端功能的测试与验证，未开展终端故障功能的现场验证与评估，缺乏一、二次设备(开关、变压器等为一次设备，配电终端为二次设备)的联合调试与功能验证。

(2)数据库型故障特征信号仿真测试系统，现存的配电终端与故障模拟联合测试系统，其数据库型故障特征信号仿真测试系统受限于数据库中的故障特征信号的准确性以及数据库容量；

(3)实物低压配电网络模拟测试系统，将实际配电网故障下的特征信号缩小减弱，可能失去某些有意义的特征信号，并不能全面真实的模拟实际配电网；

(4)实时数字仿真系统(RTDS)模拟测试系统，实时数字仿真系统的配电网络模拟测试系统由于采用数字建模仿真方法，并不能完全精确模拟真实配网设备的情况，会忽略暂态特性等影响因素，同时由于仿真步长的限制，对提供的暂态信号频率范围有一定限制。

由于以上各种缺陷，以上三种联合测试检测验证系统均不能完全模拟配电网的真实故障运行状态，使得配电终端功能测试验证均具有一定局限性，这为配电终端设备的动作策略、录波、通信、处置决策等功能，以及小电流接地故障的选线、定位等功能的验证埋下隐患。目前，传统一次设备、站所终端、馈线终端、线路故障定位指示器等配电终端均为独立开展试验测试与验证，不能完全模拟实际配电网设备的运行状态与故障状态，缺乏故障条件下设备的性能考核和一二次设备联合动作逻辑验证，为电网运行埋下隐患；无法准确验证配电终端、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提供一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台以及试验方法，能够真实模拟配电网运行状态的试验验证测试回路，提高对配电终端设备、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备功能验证的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，包括网架、复杂故障模拟装置、可调负载和配电网设备接入装置；所述网架包括架空线网架、电缆网架和架空电缆混联网架，所述架空线网架包括架空导线，所述电缆网架包括电缆线路，所述架空导线和电缆线路分别与所述故障模拟装置、可调负载、配电网设备接入装置相连接，所述架空导线和电缆线路上均连接有中性点接地装置；

所述中性点接地装置用于进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地之间的切换；

所述可调负载用于模拟用户负载，可变换负载类型和负载组合方式。

所述架空导线上连接有开关设备、配变台区、电流互感器和电压互感器，所述电缆线路上连接有环网柜和箱式变压器。

所述可调负载包括阻性负载、容性负载和感性负载，所述阻性负载、容性负载和感性负载均独立可调，且所述阻性负载、容性负载和感性负载之间可通过开关通断实现自由组合。

所述中性点接地装置通过中性点切换装置进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地的切换；所述中性点切换装置包括通过线路连接的隔离开关、接地变压器、消弧线圈、中性点低电阻集成装置和消弧消谐装置。

所述架空线网架上架空导线的接入结构包括单辐射结构、末端联络结构、多分段适度联络结构、两供一备结构和三供一备结构。

所述电缆网架上电缆线路的接入结构包括单射式结构、对射式结构、双射式结构、单环网结构、双环网结构、两供一备结构和三供一备结构。

所述架空线网架还包括杆塔和固定在杆塔上的绝缘子，以及连接在架空导线上的避雷器和架空型智能终端。

所述电缆网架还包括连接在电缆线路上的电缆接头和电缆型智能终端。

一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台的试验方法，包括以下步骤：

1)通过配电网设备接入装置接入待测试设备；

2)根据试验需求调节可调负载，并根据试验需求选择网架形式，以及通过中性点接地装置选择中性点接地方式；

3)利用复杂故障模拟装置模拟故障；

4)测试并验证故障发生时待测试设备的状态变化。

所述步骤3)中，所述复杂故障模拟装置用于模拟架空导线单相接地故障和大电流故障，以及模拟电缆线路运行环境和电缆线路故障；

所述架空导线单相接地故障包括高阻接地故障、低阻接地故障、金属性接地故障、弧光接地故障或间歇性接地故障，所述大电流故障包括架空导线相间短路或三相短路；

所述电缆线路运行环境包括高水位环境、高低温环境、高湿环境、阻燃环境和振动环境中的一种或多种；

所述电缆线路故障包括水树老化、发热、局放缺陷、单相接地或电缆线路相间短路。

本发明具有以下有益效果：本发明构建出采用真实的配电线路、配电设备以及典型配电网的网架结构的实际物理模型，具有多种线路和多种网架结构，能够复现多种配电网复杂故障，实现多种中性点接地形态、多种故障类型、多种网架结构的灵活转换，为配电网终端、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等设备的全工况考核提供了较好地试验测试验证平台，能够真实模拟配电网运行状态的试验验证测试回路，提高了对配电终端、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等设备功能验证的准确性；有利于开展架空导线或电缆线路用新型配电终端在复杂故障条件下的在线联合测试与性能考核验证，全面提升架空线配电终端或电缆型配电终端的质量；利于配电网多态复杂故障数据的获取，利于新型故障特征量的查找与提取，且有利于新型配电终端保护算法、阈值设定、动作逻辑策略的验证，便于新型配电终端等设备的研发与应用。

附图说明

图1是本发明的配电网多态复杂故障模拟试验平台的结构框图；

图2是本发明的配电网多态复杂故障模拟试验平台的线路结构图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1和图2所示，一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，包括网架、复杂故障模拟装置、可调负载和配电网设备接入装置；网架包括架空线网架、电缆网架和架空电缆混联网架，架空线网架包括架空导线以及连接在架空导线上的开关设备、配变台区、电流互感器和电压互感器，电缆网架包括电缆线路以及连接在电缆线路上的环网柜和箱式变压器，架空导线分别与故障模拟装置、可调负载、配电网设备接入装置相连接，电缆线路分别与故障模拟装置、可调负载、配电网设备接入装置相连接，架空导线和电缆线路上均连接有不同的中性点接地装置；中性点接地装置用于配电线路进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地之间的切换；

可调负载用于模拟用户负载，可变换负载类型和负载组合方式；

其中架空电缆混联网架通过联络开关实现架空导线与电缆线路间的多分段适度联络。联络开关位于架空导线与电缆线路间之间。

配电网设备接入装置用于实现新型配电网设备的快速接入与更换，实现待测试设备的快速接入，以及不同设备间的转换，便于试验测试的开展。

故障模拟装置用于模拟架空导线单相接地故障和大电流故障，以及模拟电缆线路运行环境和电缆线路故障。

其中，架空导线上连接有开关设备、配变台区、电流互感器和电压互感器，电缆线路上连接有环网柜和箱式变压器，以能够更真实的模拟实际配电网的运行状态，提高了对配电终端设备、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备功能验证的准确性。

进一步地，架空导线单相接地故障包括高阻接地故障、低阻接地故障、金属性接地故障、弧光接地故障或间歇性接地故障，架空导线大电流故障包括架空导线相间短路或三相短路。

电缆线路故障包括水树老化、发热、局放缺陷、单相接地或电缆线路相间短路。

电缆线路运行环境包括高水位环境、高低温环境、高湿环境、阻燃环境和振动环境中的一种或多种。

进一步地，中性点接地装置通过中性点切换装置进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地的切换，即通过中性点切换装置来使得中性点接地装置进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地或中性点经消弧线圈接地；中性点切换装置包括通过线路连接的隔离开关、接地变压器、消弧线圈、中性点低电阻集成装置、和消弧消谐装置；中性点切换装置可通过开关的通断实现中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地之间的灵活转换。

进一步地，可调负载主要实现负载模拟，RLC参数可调，能够结合故障形态需求变换负载类型和组合方式。可调负载配置有多个用户负荷，用户负荷采用可编程RLC模拟装置，容量依据变压器容量的50％制定，具备自保护能力。

可调负载包括阻性负载、容性负载和感性负载，阻性负载、容性负载和感性负载均独立可调；且阻性负载、容性负载和感性负载之间可通过开关通断实现自由组合。

可调负载装置的有功功率、无功功率和功率因数均分相可调。

可调负载装置可根据事先设定的负荷特性或负荷预测曲线在不同的时间点处进行分相波动。

可调负载装置可投切单相、两相或三相负荷，以模拟配电网三相负荷不平衡状态。投切方式采用自动遥控或手动控制。

架空线网架上架空导线的接入结构包括单辐射结构、末端联络结构、多分段适度联络结构、两供一备结构和三供一备结构；单辐射结构、末端联络结构、多分段适度联络结构、两供一备结构和三供一备结构之间可通过开关通断或配电自动化装置实现转换，以及实现线路故障后的负荷转供。

架空线网架还包括杆塔和固定在杆塔上的绝缘子，以及连接在架空导线上的避雷器和架空型智能终端，架空导线由架空线电源供电。。

架空导线包括绝缘导线和裸导线。

架空线网架的架空型智能终端为馈线终端(FTU)、配变终端(TTU)、站所终端(DTU)或故障指示器。架空型智能终端用于检测故障，并发出故障信号，从而控制线路发生通断，隔离故障点，恢复供电。

杆塔的塔头包括复合绝缘横担、铁横担和瓷绝缘子横担，杆塔包括直线塔和耐张塔，导线包括绝缘导线和裸导线。

杆塔的柱上设备包括开关、电压/电流互感器、避雷器、一体化配变台区、馈线终端FTU、配变终端TTU和故障指示器。具体的，如图2所示，以10kV电压等级为例，架空导线设置有两条母线(JK母线Ⅰ和JK母线Ⅱ)、五条架空导线(其中四条为馈线JKA、JKB、JKC、JKD，一条为不停电作业试验用专用线路JKE)、两路架空线电源(电源3和电源4)、覆盖五种网架结构(单辐射结构、末端联络结构、多分段适度联络结构、两供一备结构和三供一备结构)；

架空线网架设置有三类电杆(水泥杆、钢管杆和复合杆)，三种塔头(复合绝缘横担、铁横担和瓷绝缘子横担)、两种杆塔类型(直线塔和耐张塔)、两种架空导线类型(绝缘导线和裸导线)。

电缆网架上电缆线路的接入结构包括单射式结构、对射式结构、双射式结构、单环网结构、双环网结构、两供一备结构和三供一备结构。

电缆网架还包括连接在电缆线路上的电缆接头和电缆型智能终端，电缆线路由电缆线电源(电源1和电源2)供电。电缆型智能终端用于检测故障，并发出故障信号，从而控制线路发生通断，隔离故障点，恢复供电。

电缆网架的电缆型智能终端为站所终端(DTU)、配变终端(TTU)、或故障指示器。

进一步地，电缆接头为冷缩式电缆接头、热缩式电缆接头或绕包式电缆接头，电缆终端为冷缩式电缆终端、热缩式电缆终端或肘型头电缆终端，电缆线路的线芯为三芯结构或单芯结构。

电缆网架的铺设通道包括隧道、沟道和排管。

具体的，如图2所示，以10kV电压等级为例，电缆线路设置有四条电缆线路、两段母线、两路电缆线电源(电源1和电源2)，覆盖七种电缆网架结构(单射式、对射式、双射式、单环网、双环网、两供一备、三供一备)；设置两条母线(DL母线Ⅰ和DL母线Ⅱ)、三类铺设通道(隧道、沟道和排管)、三类接头(冷缩式、热缩式和绕包式)、三类终端(冷缩式、热缩式和肘型头)、两种电缆线芯(三芯和单芯结构)。

其中配电网的架空电缆混联网架通过架空导线与电缆线路间的联络开关实现多分段适度联络。

其中，图2中所示的电源1、电源2和电源3、电源4均由箱式变电站提供10kV电源，图2中联络切换开关站主要实现不同馈线方式的转换。

一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台的试验方法，包括以下步骤：

1)通过配电网设备接入装置接入待测试设备；待测试设备为待测试配电终端；

2)根据试验需求调节可调负载，并根据试验需求选择网架形式，以及通过中性点接地装置选择中性点接地方式；

其中，可调负载能够结合故障形态需求变换负载类型和组合方式，可调负载包括阻性负载、容性负载和感性负载，阻性负载、容性负载和感性负载均独立可调；且阻性负载、容性负载和感性负载之间可通过开关通断实现自由组合；

可调负载装置的有功功率、无功功率和功率因数均分相可调；可调负载装置还可投切单相、两相或三相负荷以模拟配电网三相负荷不平衡状态；

网架形式包括架空线网架、电缆网架和架空电缆混联网架，其中电缆网架铺设于隧道、沟道或排管中；

中性点接地装置通过中性点切换装置进行中性点接地方式的选择，中性点接地方式包括中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地；中性点切换装置包括通过线路连接的隔离开关、接地变压器、消弧线圈、中性点低电阻集成装置和消弧消谐装置，通过中性点切换装置可使中性点接地装置进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地、或中性点经消弧线圈接地。

3)利用复杂故障模拟装置模拟故障；

复杂故障模拟装置用于模拟架空导线单相接地故障和大电流故障，以及模拟电缆线路运行环境和电缆线路故障；

架空导线单相接地故障包括高阻接地故障、低阻接地故障、金属性接地故障、弧光接地故障或间歇性接地故障，所述大电流故障包括架空导线相间短路或三相短路；

电缆线路运行环境包括高水位环境、高低温环境、高湿环境、阻燃环境和振动环境中的一种或多种；

电缆线路故障包括水树老化、发热、局放缺陷、单相接地或电缆线路相间短路。

4)测试故障发生时待测试设备的状态变化，以验证待测试设备的质量；

通过上述试验方法，可开展配电网单相接地故障试验、相间短路与三相短路故障试验，配电网电缆故障定位试验、配电网电缆故障监测试验、配电网电缆特殊运行环境考核试验、配电网新型故障处置装置性能考核验证、配电网新型设备全工况运行考核与验证。

本发明通过搭建典型配电网的网架结构，采用真实配电线路(电缆、架空线、混合线路)和配电设备进行组建，属于实际物理模型，其暂态特征信号比数字实时仿真软件更加真实准确，对智能配电终端设备功能的验证更加合理可信。可以理解的，这里线路模型的搭建不可能完全真实模拟，可通过集中参数物理模拟和实际线路的暂态模拟相结合来实现，例如，在输电线路长度较长的情况下，如果完全采用实际长度的输电线路，一方面会增加成本和占地面积，另一方面也不便于试验平台的构建和试验操作，此时可以采用集中参数模拟线路来模拟不同长度的实际线路，具体的，架空导线可采用两条真型线路、以及两条真型线路与集中参数模拟线路相结合的形式，同样的，电缆线路中采用两条真型线路、以及两条真型线路与集中参数模拟线路相结合的形式，通过这种方式可以在减小实际占地的同时真实模拟再现实际长度的线路。其中集中参数模拟线路主要通过电流、电感和电阻这些参数的变化来模拟不同长度的实际线路。本发明能够完全模拟实际配电网设备的运行状态与故障状态，真实模拟配电网运行状态的试验验证测试回路；

本发明为真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，构建出了真实的配电网结构，真实再现实际配电网运行状态，在该配电网的基础上进行复杂故障模拟，能够真实地再现各种故障在实际配电线路中的发生情况，提高了对配电终端设备、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备功能验证的准确性。

本发明构建出配电线路实际物理模型，具有多种线路和多种网架结构，能够复现多种配电网复杂故障，实现多种接地形态、多种故障类型、多种网架结构的灵活转换，为配电网终端全工况考核提供了较好地试验测试验证平台，能够真实模拟配电网运行状态的试验验证测试回路，能够在故障条件下对设备的进行性能考核和一二次设备联合动作逻辑验证，提高了对、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备功能验证的准确性；有利于开展架空导线或电缆线路用新型配电终端在复杂故障条件下的在线联合测试与性能考核验证，更好地实现配电终端设备的动作策略、录波、通信、处置决策、小电流接地故障的选线或定位等功能的验证，全面提升架空线配电终端或电缆型配电终端的质量；利于配电网多态复杂故障数据的获取，利于新型故障特征量的查找与提取，且有利于新型配电终端保护算法、阈值设定、动作逻辑策略的验证，便于新型配电终端的研发与应用。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，包括网架、复杂故障模拟装置、可调负载和配电网设备接入装置；所述网架包括架空线网架、电缆网架和架空电缆混联网架，所述架空线网架包括架空导线，所述电缆网架包括电缆线路，所述架空导线和电缆线路分别与所述故障模拟装置、可调负载、配电网设备接入装置相连接,所述架空导线和电缆线路上均连接有中性点接地装置；

所述中性点接地装置用于进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地之间的切换；

所述可调负载用于模拟用户负载，可变换负载类型和负载组合方式。

2.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述架空导线上连接有开关设备、配变台区、电流互感器和电压互感器，所述电缆线路上连接有环网柜和箱式变压器。

3.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述可调负载包括阻性负载、容性负载和感性负载，所述阻性负载、容性负载和感性负载均独立可调，且所述阻性负载、容性负载和感性负载之间可通过开关通断实现自由组合。

4.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述中性点接地装置通过中性点切换装置进行中性点不接地、中性点直接接地、中性点经小电阻接地和中性点经消弧线圈接地的切换；所述中性点切换装置包括通过线路连接的隔离开关、接地变压器、消弧线圈、中性点低电阻集成装置和消弧消谐装置。

5.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述架空线网架上架空导线的接入结构包括单辐射结构、末端联络结构、多分段适度联络结构、两供一备结构和三供一备结构。

6.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述电缆网架上电缆线路的接入结构包括单射式结构、对射式结构、双射式结构、单环网结构、双环网结构、两供一备结构和三供一备结构。

7.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述架空线网架还包括杆塔和固定在杆塔上的绝缘子，以及连接在架空导线上的避雷器和架空型智能终端。

8.如权利要求1所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台，其特征是，所述电缆网架还包括连接在电缆线路上的电缆接头和电缆型智能终端。

9.一种真型配电网多态复杂故障模拟试验平台的试验方法，其特征是，包括以下步骤：

1)通过配电网设备接入装置接入待测试设备；

2)根据试验需求调节可调负载，并根据试验需求选择网架形式，以及通过中性点接地装置选择中性点接地方式；

3)利用复杂故障模拟装置模拟故障；

4)测试并验证故障发生时待测试设备的状态变化。

10.如权利要求9所述的真型配电网多态复杂故障模拟试验平台的试验方法，其特征是，所述步骤3)中，所述复杂故障模拟装置用于模拟架空导线单相接地故障和大电流故障，以及模拟电缆线路运行环境和电缆线路故障；

所述架空导线单相接地故障包括高阻接地故障、低阻接地故障、金属性接地故障、弧光接地故障或间歇性接地故障，所述大电流故障包括架空导线相间短路或三相短路；

所述电缆线路运行环境包括高水位环境、高低温环境、高湿环境、阻燃环境和振动环境中的一种或多种；

所述电缆线路故障包括水树老化、发热、局放缺陷、单相接地或电缆线路相间短路。