CN110703141B - 一种变电站直流接地故障模拟箱 - Google Patents

一种变电站直流接地故障模拟箱 Download PDF

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Abstract

一种变电站直流接地故障模拟箱,涉及电力系统故障排查技术领域,包括内部总电路和操作面板,总电路设计为,通过2个直流电源系统构成一段母线和二段母线,在一段母线和二段母线之间设置9个支路,支路由双掷开关、开关三工位选择开关、接触电阻和负载组成,直流电源系统通过巧妙的设计,使正母线A和负母线B之间的电压始终保持不变,模拟出具有变电站直流系统相同特性的电源。本发明的有益效果在于:本发明可模拟变电站直流系统的各种接地故障,并可在不同支路随意设置接地故障点,可以让检测人员迅速积累变电站直流系统接地故障的查找经验,提高人员的技术水平,减少直流系统接地故障的查找时间,从而保证电力系统的安全运行。

Description

一种变电站直流接地故障模拟箱
技术领域
本发明涉及电力系统故障排查技术领域,具体是涉及一种变电站直流接地故障模拟箱。
背景技术
变电站直流系统是十分重要的电源系统,它是一个独立的电源,为电力系统的控制支路、信号支路、继电保护、自动装置及事故照明等提供可靠的不间断电源,还为断路器的分、合闸提供操作电源。直流系统的可靠与否,对变电站的安全运行起着至关重要的作用,是保障变电站安全运行的决定条件之一。尽管直流系统十分稳定可靠,但直流系统一旦出现了故障,就会影响整个变电站的安全运行。直流系统中最常见的故障就是直流接地故障,也是对直流系统可靠性影响最大的故障。直流系统的正接地可能导致断路器误跳闸;负接地可能导致断路器拒跳;而一旦出现两点接地,则可能造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动,还可能造成某些继电器短接,此时一旦出现线路故障,则不能动作跳闸,致使越级跳闸,事故扩大,甚至造成变电全站跳闸失压,对于220kV以上的变电站,一旦全站失压,将影响到整个电网系统的运行安全。所以,对于变电站直流接地故障需要尽快查找,迅速排出,以减小潜在的安全风险。
220kV及以上电压等级的枢纽变电站,直流系统复杂,支路繁多,且处于重要的网络节点,一般出现直流接地故障后,不允许采用拉支路的方法进行排出,只能使用直流接地故障查找仪进行查找,这就需要相关人员具有丰富的现场经验,才能迅速、准确的判断出直流接地的故障点。由于直流接地故障发生频率小,很少会使用到直流接地故障查找仪,所以大部分电力工作人员没有现场的实际查找经验,甚至很多人不会使用仪器,更不用说去找出故障点。
对于大的培训机构,比如国网技术培训中心、省级培训中心,可以建设直流站用系统,进行直流接地故障设置,用来进行人员培训。但直流站用系统,体积大、成本高,不适合基层单位实施。
发明内容
针对上述问题,本专利设计了一种便携式直流系统接地故障模拟箱,用来模拟变电直流系统单电源供电接地故障、直流环网供电接地故障、复杂环网供电接地故障的情况,并能模拟直流系统正、负单点及两点通过高阻或金属性接地的情况。通过该直流接地故障模拟箱,可以进行人员直流接地故障带电查找的实操培训,提高人员在实际操作中的故障排查效率和水平。
本发明提供一种变电站直流接地故障模拟箱,包括内部总电路和操作面板,总电路设计为,直流电源系统P1、P2的正极分别一一对应连接保险丝F1、F2,直流电源系统P1的正母线和负母线构成一段母线M1,直流电源系统P2的正母线和负母线构成二段母线M2,一段母线M1和二段母线M2上分别一一对应设置电源开关K01、K02,一段母线M1和二段母线M2之间设置9个支路n1-n9,一段母线M1的端部为其正母线测量接口A1和负母线测量接口B1,二段母线M2的端部为其正母线测量接口A2和负母线测量接口B2;直流电源系统P1、P2之间连接地线测量接口C。
所述的支路n1-n9具体为:支路n1-n9与二段母线M2之间分别一一对应设置开关K31-K39,支路n1-n9上分别一一对应连接负载L1-L9,开关K11-K19与L1-L9分别一一对应并联连接,开关K11-K19分别一一对应串联另一组开关K21-K29,开关K21-K29分别一一对应连接接触电阻R1-R9,接触电阻R1-R9均接地;所述的开关K31-K39为双掷开关,开关K11-K19和开关K21-K29为三工位选择开关。
直流电源系统P1、P2为整套装置提供电能;保险丝F1、F2连接在电源的正极,当发生电源正负极短路时,保险丝会熔断,起到保护作用;K01、K02分别一一对应为一段母线M1和二段母线M2的电源开关,只有当其闭合时,对应母线才会带电;9个支路n1-n9,每条支路都能完成正、负母金属及非金属性接地故障的设置;
开关K11-K19,可以完成故障母线选择,以K11为例,当其悬空时,K21开关与正负母线均不连通;当K11闭合在触点1上时,K21开关与负母线连通;当K11闭合在触点2上时,K21开关与正母线连通;
开关K21-K29,可以完成故障类型(金属性及非金属性接地)选择,以K21为例,当其悬空时,K11开关与地线及电阻R1均不连通;当K21闭合在触点1上时,K11开关与电阻R1连通;当K21闭合在触点2上时,K11开关与地线连通;
开关K31-K39,当K31到K39开关全部断开时,一段母线M1和二段母线M2不互联;当K31到K39任意一个开关闭合时,一段母线M1和二段母线M2互联,即模拟双电源供电情况;接触电阻R1-R9,通过接触电阻模拟高阻接地情况,即非金属性接地。
所述的直流电源系统由正母线A、负母线B、地线Cp、直流电源DC1、直流电源DC2、直流电压表V1、直流电压表V2以及牵位电阻R0组成,直流电源DC1和直流电源DC2串联,正母线A与直流电源DC1的正极相连,负母线B与直流电源DC2的负极相连,牵位电阻R0一端与地线Cp相连,一端与直流电源DC1的负极以及直流电源DC2的正极相连,直流电压表V1设置在正母线A与地线Cp之间,直流电压表V2设置在母线B与地线Cp之间;
正母线A模拟直流系统的正母线;负母线B模拟直流系统的负母线;地线Cp模拟直流系统的地线;直流电源DC1、直流电源DC2可以是蓄电池,也可以是将交流转化为直流的电压源,为系统提供电能;直流电压表V1测量正母线A对地线Cp的电压;直流电压表V2测量负母线B对地线Cp电压;
正母线A和负母线B之间的电压始终保持不变,在一根母线接地时,接地母线电压降低值等于另一根母线电压升高值。现举例说明该直流电源系统的该特征。
如图3所示,为了便于说明,设R0=1000Ω,R2=500Ω,直流电源DC1、DC2电压均为24V。
无故障时,正母线A对地线Cp的电压UACp=24V,负母线B对地线Cp的电压UBCp=-24V,正母线A对负母线B电压UAB=48V,系统正常运行;
(1)当开关K0闭合在触点1上时,系统为正母线金属性接地故障,通过计算可知,此时UACp=0V,UBCp=-48V,UAB=48V,即正母线A发生金属性接地故障时,正母线A对地电压为0,负母线B对地电压为-48V,正母线A对负母线B电压仍然为48V;
(2)当开关K0闭合在触点2上时,系统为正母线非金属性接地故障,通过计算(
Figure 991720DEST_PATH_IMAGE001
,UAB=48V)可知,此时UAC=8V,UBC=-40V,UAB=48V,即正母线A发生非金属性接地故障时(在R0=1000Ω,R2=500Ω时),正母线A对地电压为8V,负母线B对地电压为-40V,正母线A对负母线B电压仍然为48V;
如图4所示,为了便于说明,设R0=1000Ω,R2=500Ω,直流电源DC1、DC2电压均为24V。
无故障时,正母线A对地线C的电压UACp=24V,负母线B对地线C的电压UBCp=-24V,正母线A对负母线B电压UAB=48V,系统正常运行;
(1)当开关K0闭合在触点1上时,系统为负母线金属性接地故障,通过计算可知,此时UACp=48V,UBCp=0V,UAB=48V,即负母线B发生金属性接地故障时,正母线A对地电压为48V,负母线B对地电压为0,正母线A对负母线B电压仍然为48V;
(2)当开关K0闭合在触点2上时,系统为负母线非金属性接地故障,通过计算(
Figure 386929DEST_PATH_IMAGE002
,UAB=48V)可知,此时UACp=40V,UBCp=-8V,UAB=48V,即负母线B发生非金属性接地故障时(在R0=1000Ω,R2=500Ω时),正母线A对地电压为40V,负母线B对地电压为-8V,正母线A对负母线B电压仍然为48V;
所述的操作面板设置有与内部总线路相对应的开关、保险丝、测量接口、连接线及用于显示电压的显示屏;具体如下:一段母线M1和二段母线M2的电源开关K01、K02,支路的故障母线选择开关K11-K19,外部可见开关状态,支路的故障类型选择开关K21-K29,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,支路双电源供电选择开关K31-K39,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,电源系统P1、P2的保险丝F1、F2,支路与一段母线M1相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;支路与二段母线M2相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;一段母线M1和二段母线M2对地线电压显示屏V;一段母线M1的正母线测量接口A1、负母线测量接口B1,二段母线M2的正母线测量接口A2、负母线测量接口B2,地线测量接口C。
本发明的模拟原理及方法
1、单电源供电情况下的故障模拟
当K01开关闭合,K02开关断开时,系统处于单电源供电状态,每条支路都可以完成四种接地情况的模拟,以n1支路为例介绍:
(1)K11闭合在触点1、K21闭合在触点1时,支路的负极电源通过电阻R1接地,此时一段母线M1的负母线电压降低,正母线电压升高,模拟负母线非金属性接地故障;
(2)K11闭合在触点1、K21闭合在触点2时,支路的负极电源直接接地,此时一段母线M1的负母线电压降为0,正母线电压升高为原来的2倍,模拟负母线金属性接地故障;
(3)K11闭合在触点2、K21闭合在触点1时,支路的正极电源通过电阻R1接地,此时一段母线M1的正母线电压降低,负母线电压升高,模拟正母线非金属性接地故障;
(4)K11闭合在触点2、K21闭合在触点2时,支路的正极电源直接接地,此时一段母线M1的正母线电压降为0,负母线电压升高为原来的2倍,模拟正母线金属性接地故障;
2、双电源供电情况下的接地故障
(1)单一支路双电源供电时
当K01、K02、K31闭合,K32到K39均断开,此时n1支路处于双电源供电状态,若将接地故障设置在n1支路,则模拟单一支路双电源供电接地故障情况;
(2)多支路双电源供电时
当K01、K02、K31、K32闭合,K33到K39均断开,此时n1、n2两条支路处于双电源供电状态(还可以根据需要设置3条及以上双电源供电支路),若将接地故障设置在n1(或者n2)支路,则模拟多支路双电源供电接地故障情况;
(3)多点接地故障的设置
该电路可以进行多支路同母线接地故障的设置,即可以在多支路同时在正母线设置金属性和非金属性接地故障,或者在多支路同时在负母线设置金属性和非金属性接地故障。但不能在正、负母线上同时设置接地故障,比如在n1支路设置正母线金属性接地故障,同时在n2支路设置负母线金属性接地故障,这就相当于把电源的正负母线短路,会产生很大的电流,此时保险丝F1(F2)会烧断,将电源断开,虽然不会对人员造成伤害,但会造成不必要的麻烦。所以在设置多点接地时,切忌在不同母线上设置。
本发明的有益效果在于:
本发明的直流电源系统的设计,通过巧妙的设计,利用简单的电路,模拟出具有变电站直流系统相同特性的电源;通过两个3位开关,便可完成一条支路正、负母线金属性及非金属性接地,共4种故障的模拟;面板布置中,在K21至K29、K31至K39系列开关上加装有可开启遮挡罩,在完成一条支路的故障设置后,合上遮挡罩,从外部无法直接判断故障支路,只能通过直流接地故障查找仪进行定位,从而实现对人员培训的功能。
本发明可模拟变电站直流系统的各种接地故障,并可在不同支路随意设置接地故障点。通过本发明装置,可以让检测人员迅速积累变电站直流系统接地故障的查找经验,提高人员的技术水平,减少直流系统接地故障的查找时间,从而保证电力系统的安全运行。
附图说明
图1为本发明总电路设计图;
图2为本发明直流电源系统设计图;
图3、图4为直流电源系统原理举例分析图;
图5为本发明操作面板布置图;
图6为实施例2总电路设计图。
具体实施方式
实施例1,如图所示,本发明提供一种变电站直流接地故障模拟箱,包括内部总电路和操作面板,总电路设计为,直流电源系统P1、P2的正极分别一一对应连接保险丝F1、F2,直流电源系统P1的正母线和负母线构成一段母线M1,直流电源系统P2的正母线和负母线构成二段母线M2,一段母线M1和二段母线M2上分别一一对应设置电源开关K01、K02,一段母线M1和二段母线M2之间设置9个支路n1-n9,一段母线M1的端部为其正母线测量接口A1和负母线测量接口B1,二段母线M2的端部为其正母线测量接口A2和负母线测量接口B2;直流电源系统P1、P2之间连接地线测量接口C。
所述的支路n1-n9具体为:支路n1-n9与二段母线M2之间分别一一对应设置开关K31-K39,支路n1-n9上分别一一对应连接负载L1-L9,开关K11-K19与L1-L9分别一一对应并联连接,开关K11-K19分别一一对应串联另一组开关K21-K29,开关K21-K29分别一一对应连接接触电阻R1-R9,接触电阻R1-R9均接地;所述的开关K31-K39为双掷开关,开关K11-K19和开关K21-K29为三工位选择开关。
所述的直流电源系统由正母线A、负母线B、地线Cp、直流电源DC1、直流电源DC2、直流电压表V1、直流电压表V2以及牵位电阻R0组成,直流电源DC1和直流电源DC2串联,正母线A与直流电源DC1的正极相连,负母线B与直流电源DC2的负极相连,牵位电阻R0一端与地线Cp相连,一端与直流电源DC1的负极以及直流电源DC2的正极相连,直流电压表V1设置在正母线A与地线Cp之间,直流电压表V2设置在母线B与地线Cp之间;正母线A和负母线B之间的电压始终保持不变,在一根母线接地时,接地母线电压降低值等于另一根母线电压升高值。
所述的操作面板设置有与内部总线路相对应的开关、保险丝、测量接口、连接线及用于显示电压的显示屏;具体如下:一段母线M1和二段母线M2的电源开关K01、K02,支路的故障母线选择开关K11-K19,外部可见开关状态,支路的故障类型选择开关K21-K29,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,支路双电源供电选择开关K31-K39,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,电源系统P1、P2的保险丝F1、F2,支路与一段母线M1相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;支路与二段母线M2相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;一段母线M1和二段母线M2对地线电压显示屏V;一段母线M1的正母线测量接口A1、负母线测量接口B1,二段母线M2的正母线测量接口A2、负母线测量接口B2,地线测量接口C。
实施例2,如图所示,一种变电站直流接地故障模拟箱,包括内部总电路和操作面板,总电路设计为,直流电源系统P1、P2的正极分别一一对应连接保险丝F1、F2,直流电源系统P1的正母线和负母线构成一段母线M1,直流电源系统P2的正母线和负母线构成二段母线M2,一段母线M1和二段母线M2上分别一一对应设置电源开关K01、K02,一段母线M1和二段母线M2之间设置9个支路n1-n9,一段母线M1的端部为其正母线测量接口A1和负母线测量接口B1,二段母线M2的端部为其正母线测量接口A2和负母线测量接口B2;直流电源系统P1、P2之间连接地线测量接口C。
所述的支路n1-n9具体为:支路n1-n9与一段母线M1之间分别一一对应设置开关K21-K29,支路n1-n9与二段母线M2之间分别一一对应设置开关K31-K39,开关K21-K29和开关K31-K39之间的导线上分别一一对应连接负载L1-L9,开关K11-K19与L1-L9分别一一对应并联连接,开关K11-K19分别一一对应连接电阻R1-R9,电阻R1-R9均接地;所述的开关K31-K39和开关K21-K29为双掷开关,开关K11-K19为三工位选择开关,所述的电阻R1-R9为可调电阻。
所述的直流电源系统由正母线A、负母线B、地线Cp、直流电源DC1、直流电源DC2、直流电压表V1、直流电压表V2以及牵位电阻R0组成,直流电源DC1和直流电源DC2串联,正母线A与直流电源DC1的正极相连,负母线B与直流电源DC2的负极相连,牵位电阻R0一端与地线Cp相连,一端与直流电源DC1的负极以及直流电源DC2的正极相连,直流电压表V1设置在正母线A与地线Cp之间,直流电压表V2设置在母线B与地线Cp之间;正母线A和负母线B之间的电压始终保持不变,在一根母线接地时,接地母线电压降低值等于另一根母线电压升高值。
所述的操作面板设置有与内部总线路相对应的开关、保险丝、测量接口、连接线及用于显示电压的显示屏;具体如下:一段母线M1和二段母线M2的电源开关K01、K02,支路的故障母线选择开关K11-K19,外部可见开关状态,支路的故障类型选择开关K21-K29,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,支路双电源供电选择开关K31-K39,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,电源系统P1、P2的保险丝F1、F2,支路与一段母线M1相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;支路与二段母线M2相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;一段母线M1和二段母线M2对地线电压显示屏V;一段母线M1的正母线测量接口A1、负母线测量接口B1,二段母线M2的正母线测量接口A2、负母线测量接口B2,地线测量接口C。

Claims (3)

1.一种变电站直流接地故障模拟箱,其特征在于:包括内部总电路和操作面板,总电路设计为,直流电源系统P1、P2的正极分别一一对应连接保险丝F1、F2,直流电源系统P1的正母线和负母线构成一段母线M1,直流电源系统P2的正母线和负母线构成二段母线M2,一段母线M1和二段母线M2上分别一一对应设置电源开关K01、K02,一段母线M1和二段母线M2之间设置9个支路n1-n9,一段母线M1的端部为其正母线测量接口A1和负母线测量接口B1,二段母线M2的端部为其正母线测量接口A2和负母线测量接口B2;直流电源系统P1、P2之间连接地线测量接口C;
所述的支路n1-n9具体为:支路n1-n9与二段母线M2之间分别一一对应设置开关K31-K39,支路n1-n9上分别一一对应连接负载L1-L9,开关K11-K19与L1-L9分别一一对应并联连接,开关K11-K19分别一一对应串联另一组开关K21-K29,开关K21-K29分别一一对应连接接触电阻R1-R9,接触电阻R1-R9均接地;所述的开关K31-K39为双掷开关,开关K11-K19和开关K21-K29为三工位选择开关;
所述的直流电源系统由正母线A、负母线B、地线Cp、直流电源DC1、直流电源DC2、直流电压表V1、直流电压表V2以及牵位电阻R0组成,直流电源DC1和直流电源DC2串联,正母线A与直流电源DC1的正极相连,负母线B与直流电源DC2的负极相连,牵位电阻R0一端与地线Cp相连,一端与直流电源DC1的负极以及直流电源DC2的正极相连,直流电压表V1设置在正母线A与地线Cp之间,直流电压表V2设置在母线B与地线Cp之间;正母线A和负母线B之间的电压始终保持不变,在一根母线接地时,接地母线电压降低值等于另一根母线电压升高值。
2.根据权利要求1所述的一种变电站直流接地故障模拟箱,其特征在于:所述的支路n1-n9具体为:支路n1-n9与一段母线M1之间分别一一对应设置开关K21-K29,支路n1-n9与二段母线M2之间分别一一对应设置开关K31-K39,开关K21-K29和开关K31-K39之间的导线上分别一一对应连接负载L1-L9,开关K11-K19与L1-L9分别一一对应并联连接,开关K11-K19分别一一对应连接电阻R1-R9,电阻R1-R9均接地;所述的开关K31-K39和开关K21-K29为双掷开关,开关K11-K19为三工位选择开关,所述的电阻R1-R9为可调电阻。
3.根据权利要求1所述的一种变电站直流接地故障模拟箱,其特征在于:所述的操作面板设置有与内部总线路相对应的开关、保险丝、测量接口、连接线及用于显示电压的显示屏;具体如下:一段母线M1和二段母线M2的电源开关K01、K02,支路的故障母线选择开关K11-K19,外部可见开关状态,支路的故障类型选择开关K21-K29,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,支路双电源供电选择开关K31-K39,外部加有遮挡罩,开关状态从外部不可见,电源系统P1、P2的保险丝F1、F2,支路与一段母线M1相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;支路与二段母线M2相连接的正、负电源线n11-n19,其中红色为正极线,黑色为负极线;一段母线M1和二段母线M2对地线电压显示屏V;一段母线M1的正母线测量接口A1、负母线测量接口B1,二段母线M2的正母线测量接口A2、负母线测量接口B2,地线测量接口C。
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