CN111983385A - 一种基于不对称的线路故障测试方法 - Google Patents

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安东亮
韩源
陈士平
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王禹
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张攀
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Abstract

本发明公开了一种基于不对称的线路故障测试方法，属于配电网试验领域。其包括以下步骤：S1：构建配电不对称试验场；S2：在未通电时，设置集中参数模型；S3：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电网的多种不对称度；S4：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电线路所带负荷；S5：通过调节不对称试验场，模拟配电线路多种接线方式；S6：给配电不对称试验场供电，将电压上升至配电网电压等级一致的额定电压，模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；S7：将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析。本发明通过构建不对称试验场，模拟真实配电网中各不对称度下所发生线路故障，并能检验设备所能正确选线的最大不对称度。

Description

一种基于不对称的线路故障测试方法
技术领域
本发明涉及配电网试验领域，具体是一种基于不对称的线路故障测试方法。
背景技术
目前配电网中性点都为非有效接地，当配电网发生故障后系统内部会存在一定程度的过电压；配电网都是直接面向用户，若配电网出现故障会影响用户的用电体验，因此及时切除线路的故障对于提高电网的供电可靠性具有重大的意义。配电网由于其线路制造的工艺不同、三相所接负载不一定完全一致以及线路距地面的高度不一致等原因，会使配电网三相导线上的电压幅值不相等，相邻两相相位相差不为120°的情况。利用配电网开展相关线路故障试验有利于研究线路故障所发生的机理以及故障特征，但是若直接在运行的配电网中进行相关试验会给配电网安全运行带来巨大影响，甚至有些试验无法在真实电网中进行。因此需要搭建配电不对称试验场来真实模拟配电网在各不对称度下的状态。
公布号为CN 111398718 A的专利文献公开了一种基于时序和相不对称原理的配网故障监测装置和方法，包括箱体，箱体内部固定设有用于时序鉴别的时序鉴别器和对电路的不平衡相进行测试的三相不平衡度测试仪，时序鉴别器和三相不平衡度测试仪串联，并通过箱体内部电池供电，时序鉴别器和三相不平衡度测试仪的操作面板露于箱体的侧表面；所述箱体上还设有移动固定组件和拍摄组件，移动固定组件由万向轮和支撑脚构成，拍摄组件由转动座、水平转动杆、垂直转动杆、摄像头和松紧旋钮构成。该配网故障监测装置通过移动固定组件可以在矿井内进行移动使用，保证矿井内电网监测的精准性；通过拍摄组件可以进行实时监控拍摄，使得该配网故障监测装置工作时的状态可以被清楚准确的记录下来。但是，该发明无法解决上述技术问题。
公布号为CN 106093820 A的专利文献公开了一种配电线路故障定位装置的性能测试系统和方法，包括：依次连接的配电网数模仿真平台、仿真信号调理装置、待测故障定位装置和监测主站；配电网数模仿真平台用于模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号；仿真信号调理装置用于对仿真信号进行放大处理；待测故障定位装置用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；监测主站用于根据波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。但是，该发明无法解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种能够模拟配电网在多种不对称度下状态的基于不对称的线路故障测试方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于不对称的线路故障测试方法，包括以下步骤：
S1：构建配电不对称试验场；
S2：在未通电时，设置集中参数模型；
S3：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电网的多种不对称度；
S4：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电线路所带负荷；
S5：通过调节不对称试验场，模拟配电线路多种接线方式；
S6：给配电不对称试验场供电，将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；
S7：将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析。
进一步的，S1中，所述配电不对称试验场包括电源G、断路器K1…Kn、调压器T1、升压变压器T2、对地电容器C1…Cn、电抗器L1…Ln、电压互感器V1…Vn、电流互感器A1…An、电阻器R1…Rn、计算机分析单元CP、线路故障单元JD以及产品检测单元JC。
进一步的，S2中，所述集中参数模型包括对地电容器、对地电抗器和电阻器的参数。
进一步的，S3中，改变各相对地电容器的参数，从而实现配电网各相末端电压有效值不相同的设置，模拟真实配电网多种不对称度。
进一步的，S4中，在线路末端接入电阻器、电抗器，设定电阻器、电抗器参数，以模拟真实配电线路所带负荷。
进一步的，S5中，断开或者闭合断路器K4-Kn，模拟配电线路各种接线方式。
进一步的，S6中，将对应线路参数设置后，将K1-K3断路器闭合，利用电源给配电不对称试验场供电，经调压器、升压变压器将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，利用线路故障单元模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障。
进一步的，S7中，利用电压互感器、电流互感器检测线路故障前后的特征量数据，将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析，对比故障前后导线各故障特征量的变化。
进一步的，还包括S8：断开断路器K1-K3，将该试验场接地，释放器件所储存的能量，通过改变试验场中线路上对地电容器的参数，改变试验场的不对称度，改变电阻器、电抗器的参数，改变线路末端所带负载的大小，改变断路器K4-Kn的状态，改变试验场线路的接线方式，重复上述操作，可检验不同对称度、线路所带不同负载大小、线路不同接线方式的下线路发生故障时，线路各特征量的变化情况。
进一步的，还包括S9：在不对称试验场中通过产品检测单元，模拟真实配电网线路上所发生的不同故障试验，检验所接入产品面对各种故障所能达到的效果，同时通过计算机分析单元记录相应产品考核数据，以便于分析产品的开发设计，考核相应产品能正常工作下的极限不对称度。
随着电力系统的发展，配电网的三相负荷不平衡现象日益突出，当三相负荷分布不对称时，除了可能导致旋转电机转子发热损坏、继电保护误动作、大负荷相设备过负荷等危害外，还会引起严重的配电网线损增加。在面对由于三相不平衡造成的配电网故障时，现有技术人员通常想到的是，对故障进行检修、监测以及如何预防，如公布号CN 107677933 A专利文献公开的一种配电网故障检测装置，在A、B、C相分别设置电流互感器、控制器电路以及相间数据传输电路，采集三相线路电流信号，并将采集信号传输至其中一相的控制器电路进行控制和传输，当配电网出现单相接地、短路或断路故障时，均能通过电流有所表现，设置三相电流互感器，可完成对三相线路的故障检测；B相控制器电路接收来自GPS电路的秒脉冲信号和同步时标信号后，向A、C相控制器电路发送信号，使得A、B、C三相在同一时刻采集电流瞬时值，时序上的统一，为准确地检测出故障提供了严谨的数据基础；还设置有高压断路器，在线路出现故障时，立即启动高压断路器，断开线路，保障设备安全和人身安全；又如公布号CN 106093820 A专利文献公开的一种配电线路故障定位装置的性能测试系统和方法，包括：依次连接的配电网数模仿真平台、仿真信号调理装置、待测故障定位装置和监测主站；配电网数模仿真平台用于模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号；仿真信号调理装置用于对仿真信号进行放大处理；待测故障定位装置用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；监测主站用于根据波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能；由此可知，现有技术人员侧重于配电网故障的监测、处理和预防，对配电网进行模拟：创建不对称试验场、模拟多种不对称状态、模拟各不对称状态下的故障、检验选线效果对本领域技术人员来说是不容易想到的。
由于直接在运行的配电网中进行相关试验会给配电网安全运行带来巨大影响，本发明构建了配电网不对称试验场，该不对称试验场能够满足模拟真实配电网的多种不对称度、模拟真实配电线路所带负荷、模拟配电线路多种接线方式、模拟配电网在一定不对称度下线路发生的多种故障，以及对数据分析处理、对产品极限不对称度的检测等均需付出创造性的劳动，对本领域技术人员来说，上述内容是不容易实现的。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明基于不对称的线路故障测试方法，构建配电不对称试验场，该试验场通过集中参数模型来代替配电网的分布参数，通过调整试验场中的集中参数实现配电网各不对称状态，通过该配电不对称试验场所设计的各种不对称度情况下线路发生各种故障，以模拟真实配电网中各不对称度下所发生线路故障；利用该试验场可检验配电网故障选线装置在各不对称度下的选线效果，并能检验设备所能正确选线的最大不对称度。
本发明具有下述优点：
1.本发明能够真实模拟配电网的运行状态，利用对地电容器等集中参数模型代替配电网中的分布参数模型，可改变所接导线三相上的对地电容器的大小以实现各线路的不对称运行情况；
2.本发明能够真实模拟配电网中所发生的各种接地故障，并检测所发生接地故障时，各线路上特征量的变化；
3.本发明能够检验配电网所需故障检测装置的性能。
附图说明
图1是本发明配电不对称试验场的电路连接图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。
实施例一
一种基于不对称的线路故障测试方法，包括以下步骤：
S1：构建配电不对称试验场；
S2：在未通电时，设置集中参数模型；
S3：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电网的多种不对称度；
S4：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电线路所带负荷；
S5：通过调节不对称试验场，模拟配电线路多种接线方式；
S6：给配电不对称试验场供电，将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；
S7：将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析。
实施例二
一种基于不对称的线路故障测试方法，包括以下步骤：
S1：构建配电不对称试验场；
S2：在未通电时，设置集中参数模型；
S3：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电网的多种不对称度；
S4：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电线路所带负荷；
S5：通过调节不对称试验场，模拟配电线路多种接线方式；
S6：给配电不对称试验场供电，将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；
S7：将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析。
如图1所示， S1中，所述配电不对称试验场包括电源G、断路器K1…Kn、调压器T1、升压变压器T2、对地电容器C1…Cn、电抗器L1…Ln、电压互感器V1…Vn、电流互感器A1…An、电阻器R1…Rn、计算机分析单元CP、线路故障单元JD以及产品检测单元JC。
断路器K1-K3并联连接在电源G和调压器T1之间，调压器T1后连接升压变压器T2，升压变压器T2后并联连接断路器K4-K6，断路器K4-K6分别连接电流互感器、电阻器和电抗器，连接断路器K4-K6与电流互感器A1- A3的三根导线上分别设有对地电容器C1- C3，连接断路器K4-K6与电流互感器A1- A3的三根导线均与线路故障单元JD连接，连接断路器K4与电流互感器A1的导线上设有电压互感器V1，断路器K4-Kn均与产品检测单元JC连接，线路故障单元JD与计算机分析单元CP连接。
S2中，所述集中参数模型包括对地电容器、对地电抗器和电阻器的参数。
S3中，改变各相对地电容器的参数，从而实现配电网各相末端电压有效值不相同的设置，模拟真实配电网多种不对称度。
S4中，在线路末端接入电阻器、电抗器，设定电阻器、电抗器参数，以模拟真实配电线路所带负荷。
S5中，断开或者闭合断路器K4-Kn，本实施例中，n为6，模拟配电线路各种接线方式。
S6中，将对应线路参数设置后，将K1-K3断路器闭合，利用电源给配电不对称试验场供电，经调压器、升压变压器将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，利用线路故障单元模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障。
S7中，利用电压互感器、电流互感器检测线路故障前后的特征量数据，将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析，对比故障前后导线各故障特征量的变化。
实施例三
如图1所示，一种基于不对称的线路故障测试方法，包括以下步骤：
S1：构建配电不对称试验场，所述配电不对称试验场包括电源G、断路器K1…Kn、调压器T1、升压变压器T2、对地电容器C1…Cn、电抗器L1…Ln、电压互感器V1…Vn、电流互感器A1…An、电阻器R1…Rn、计算机分析单元CP、线路故障单元JD以及产品检测单元JC；
S2：在未通电时，设置集中参数模型，所述集中参数模型包括对地电容器、对地电抗器和电阻器的参数；
S3：改变各相对地电容器的参数，从而实现配电网各相末端电压有效值不相同的设置，模拟真实配电网多种不对称度；
S4：在线路末端接入电阻器、电抗器，设定电阻器、电抗器参数，以模拟真实配电线路所带负荷；
S5：断开或者闭合断路器K4-Kn，模拟配电线路各种接线方式；
S6：将对应线路参数设置后，将K1-K3断路器闭合，利用电源G给配电不对称试验场供电，经调压器T1、升压变压器T2将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，利用线路故障单元JD模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；
S7：利用电压互感器、电流互感器检测线路故障前后的特征量数据，将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析，对比故障前后导线各故障特征量的变化。
S8：断开断路器K1-K3，将该试验场接地，释放器件所储存的能量，通过改变试验场中线路上对地电容器的参数，改变试验场的不对称度，改变电阻器、电抗器的参数，改变线路末端所带负载的大小，改变断路器K4-Kn的状态，改变试验场线路的接线方式，重复上述操作，可检验不同对称度、线路所带不同负载大小、线路不同接线方式的下线路发生故障时，线路各特征量的变化情况；
S9：在不对称试验场中通过产品检测单元，模拟真实配电网线路上所发生的不同故障试验，检验所接入产品面对各种故障所能达到的效果，同时通过计算机分析单元记录相应产品考核数据，以便于分析产品的开发设计，考核相应产品能正常工作下的极限不对称度。
实施例四
如图1所示，配电网不对称试验场利用电容器、电抗器、电阻器等集中参数模型模拟配电网中的分布参数模型。通过调节所接线路上对地电容参数，可设定线路不对称度，以模拟真实配电网中所产生的各种不对称度。通过调节线路末端的电阻器、电抗器参数，可设定线路所带负荷大小，以模拟真实配电网中所带负荷。
通过开断闭合断路器（K4-Kn），可调节配电不对称试验场线路的接线方式，以模拟真实配电网中线路的单回路放射式、单回路干线式、单回路链式等无备用接线方式，以及双回路反射式、双回路干线式、环式等有备用接线方式。
配电不对称试验场可模拟配电网所发生的各种故障，可设定不对称试验场中的不对称度、试验场中线路接线方式以及线路末端所带负载大小。通过闭合断路器（K1-K3），给该不对称试验场供电；利用调压器、升压变压器，将电源所提供的电压升高至与配电网电压等级一致的额定电压；通过线路故障单元，设置不对称试验场中线路发生单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障以及相间故障等线路所发生的故障，以模拟真实配电网线路发生的各类故障；利用电压互感器、电流互感器、计算机分析单元采集、存储配电不对称试验场中线路线路故障单元接入前后的数据，分析不对称试验场在特定的不对称度、特定接线方式以及线路末端所带的负载下，线路发生各类故障特征量变化，深入探究线路发生各类故障时的故障机理。
断开断路器（K1-K3），使电源停止供电，将不对称试验场通过接地，释放试验场中各个器件储存的电压，调节配电不对称试验场中的不对称度，在特定线路接线方式、线路末端所带负载情况下，重复上述操作，研究配电不对称该试验场在各种不对称度，特定线路接线方式、末端所接负载情况下，线路发生各类故障，对比研究线路在不对称度不同情况下，各故障特征量变化情况。
重复上述操作，调节配电不对称试验场线路接线方式，在线路末端所带负载特定情况下，线路发生各类故障，对比研究线路在不同不对称度、接线方式下，各故障特征量变化。
重复上述操作，调节线路末端所带负载大小，对比研究线路在不同不对称、接线方式以及末端所接负载下，各故障特征量变化。
通过设定配电不对称试验场中的不对称度、试验场中线路接线方式以及线路末端所带负载大小。通过闭合断路器（K1-K3），给该配电不对称试验场供电；利用调压器、升压变压器，将电源所提供的电压升高至与配电网电压等级一致的额定电压；通过线路故障单元，设置配电不对称试验场中线路发生所发生的故障，以模拟真实配电网线路发生的各类故障；利用电压互感器、电流互感器、计算机分析单元采集、存储配电不对称试验场中线路线路故障单元接入前后的数据；通过产品检测单元接入被检测产品，判断该产品在配电不对称试验场特定不对称度下，对各类故障检测是否正确，若检测失败，可通过计算机分析单元所得到的数据，对被检测装置进行相应技术升级。
若在配电不对称试验场特定不对称度下，检测成功，断开断路器（K1-K3），使电源停止供电，将配电不对称试验场通过接地，释放试验场中各个器件储存的电压，逐步提升配电不对称试验场中的不对称度，直至检测出被检测装置不能检测线路所发生的故障，则该不对称度为被检测装置所能正常检测线路故障达极限不对称度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：构建配电不对称试验场；
S2：在未通电时，设置集中参数模型；
S3：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电网的多种不对称度；
S4：通过改变集中参数模型中的参数，模拟真实配电线路所带负荷；
S5：通过调节不对称试验场，模拟配电线路多种接线方式；
S6：给配电不对称试验场供电，将电压上升至于配电网电压等级一致的额定电压，模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障；
S7：将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析。
2.如权利要求1所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S1中，所述配电不对称试验场包括电源G、断路器K1…Kn、调压器T1、升压变压器T2、对地电容器C1…Cn、电抗器L1…Ln、电压互感器V1…Vn、电流互感器A1…An、电阻器R1…Rn、计算机分析单元CP、线路故障单元JD以及产品检测单元JC。
3.如权利要求2所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S2中，所述集中参数模型包括对地电容器、对地电抗器和电阻器的参数。
4.如权利要求3所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S3中，改变各相对地电容器的参数，从而实现配电网各相末端电压有效值不相同的设置，模拟真实配电网多种不对称度。
5.如权利要求4所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S4中，在线路末端接入电阻器、电抗器，设定电阻器、电抗器参数，以模拟真实配电线路所带负荷。
6.如权利要求5所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S5中，断开或者闭合断路器K4-Kn，模拟配电线路各种接线方式。
7.如权利要求6所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S6中，将对应线路参数设置后，将K1-K3断路器闭合，利用电源给配电不对称试验场供电，经调压器、升压变压器将电压上升至配电网电压等级一致的额定电压，利用线路故障单元模拟配电网在一定不对称度下，线路发生的多种故障。
8.如权利要求7所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：S7中，利用电压互感器、电流互感器检测线路故障前后的特征量数据，将试验数据传输至计算机分析单元进行存储、分析，对比故障前后导线各故障特征量的变化。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：还包括S8：断开断路器K1-K3，将该试验场接地，释放器件所储存的能量，通过改变试验场中线路上对地电容器的参数，改变试验场的不对称度，改变电阻器、电抗器的参数，改变线路末端所带负载的大小，改变断路器K4-Kn的状态，改变试验场线路的接线方式，重复上述操作，可检验不同对称度、线路所带不同负载大小、线路不同接线方式的下线路发生故障时，线路各特征量的变化情况。
10.如权利要求1-9任一项所述的基于不对称的线路故障测试方法，其特征在于：还包括S9：在不对称试验场中通过产品检测单元，模拟真实配电网线路上所发生的不同故障试验，检验所接入产品面对各种故障所能达到的效果，同时通过计算机分析单元记录相应产品考核数据，以便于分析产品的开发设计，考核相应产品能正常工作下的极限不对称度。
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