CN112394210B - 一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法系统，属于电力系统动态模拟及二次检修技术领域。本发明方法，包括：针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；使典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，使用电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高，完成模拟变电站地电位波动。本发明能够在实验室中实现对故障发生时变电站地电位波动情况的模拟，实现对二次设备抗地电位波动干扰能力的验证。

Description

一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法系统
技术领域
本发明涉及电力系统动态模拟及二次检修技术领域，并且更具体地，涉及一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法系统。
背景技术
目前国内外所在研究工频故障电流下接地网特性时，都是以接地网等电位为前提。我国普遍采用钢材作为接地网材料，钢的电阻率和磁导率较高，系统故障后接地网不等电位问题较为严重，地网的等电位模型是难以符合实际情况。国内外从60年代以来不断开展关于变电站地电位干扰问题的研究工作，并首先围绕电磁耦合干扰展开分析。到上世纪80年代初到90年代末，美国和加拿大及其它国家的电力科学工作者对变电站内开关操作、瞬时故障和雷电冲击时的各种干扰进行了合理而有效的预测，并收集了一些变电站内地电位干扰方面的数据，为继续深入研究进行了有益的尝试。1978年美国电力科学研究院(EPRI-Electric Power Research Institute)启动了编号为RP1359的研究项目，建立了一套新的变电站保护和控制系统，对变电站开关柜的电磁干扰进行了研究，但并未研究二次设备所处的电磁环境。
二次设备内部采用不超过5V的电平信号来传输电流电压量，故障时变电站内的地电位瞬时升高几千甚至上万伏，较大的共模干扰有可能在二次设备内部产生微小的差模干扰。
这种微小的差模干扰可能会影响到二次设备的电流电压采样值的准确性，对于就地分布式安装的母线保护装置、变压器保护装置或是合并单元设备来说，这种差模干扰造成的后果尤为严重，可能会造成保护装置的误动作，从而给电网的安全运行带来风险。目前针对电力系统故障后变电站地电位波动对二次设备带来的影响，尚未有可靠的分析结论，也缺乏有效的试验平台支撑，使得相关二次设备抗地电位波动干扰技术的研究难以深入。
研究搭建够模拟变电站地电位波动的测试环境，测试验证二次设备，尤其是就地布置的保护装置、合并单元等二次设备的抗地电位干扰能力，保障设备在就地应用环境下的可靠运行，是工程实用中亟待解决的关键技术难题。
发明内容
针对上述问题，本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法，包括：
针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
使典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，使用电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高，完成模拟变电站地电位波动。
可选的，典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
可选的，施加电压的数值与地电位数值相同。
可选的，模拟故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
可选的，故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的系统，包括：
计算单元，针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
控制单元，控制典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
故障模拟单元，使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，控制电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，当确定模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高时，完成模拟变电站地电位波动。
可选的，典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
可选的，施加电压的数值与地电位数值相同。
可选的，模拟故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
可选的，故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
本发明能够在实验室中实现对故障发生时变电站地电位波动情况的模拟，实现对二次设备抗地电位波动干扰能力的验证。
附图说明
图1为本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法流程图；
图2为本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法；
图3为本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法；
图4为本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法，如图1所示，包括：
针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
使典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，使用电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高，完成模拟变电站地电位波动。
其中，典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
施加电压的数值与地电位数值相同。
模拟故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
以某220kV典型变电站为例，验证分布式母线保护装置抗地电位波动干扰能力。
首先要对典型变电站接地网结构、被测二次设备的安装位置及发生故障时最大入地电流参数进行分析，然后利用CDEGS或是其他地电位计算软件，采用不等电位地网计算模型计算出故障时二次设备安装处的地电位数值。
变电站地网接线图、故障点位置及就地布置的5台分布式母线保护装置安装位置如图3所示。
故障时最大入地电流4kA。
站内发生单相接地故障后，考虑部分故障电流由主变中性点回流，回流电流水平为1.8kA。
接地电阻约为0.64Ω
根据选定的故障点及保护安装位置，利用CDEGS软件计算得到分布式母线保护安装位置在不同故障点发生故障情况下的地电位波动情况如表1所示(单位：V)。
表1
安装位置 短路点1 短路点2 短路点3 短路点4 短路点5 短路点6
1 2430.86 2389.92 2413.83 2397.35 2402.45 2393.04
2 2418.49 2394.31 2408.46 2401.42 2399.96 2395.53
3 2402.42 2406.91 2397.38 2410.45 2393.15 2399.50
4 2396.93 2415.64 2393.15 2407.32 2390.04 2398.88
5 2389.51 2441.16 2387.11 2400.50 2385.17 2395.52
将多台电压发生器与布置在变电站不同位置的二次设备的外壳连接，其特征在于，使用5台电压发生器，或使用一台能独立输出5路电压的电压发生器模拟在变压器不同位置的地电位波动。将电压发生器的公共端接于实验室大地，将输出端分别接于安装于5个不同位置的分布式母线保护装置外壳接地螺栓上。
模拟故障的同时利用电压发生器向布置到变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟故障时二次设备安装处地电位升高的情况，其特征在于，利用故障模拟系统模拟对应短路点发生接地故障时，将各台电压发生器设置为计算所得的地电位计算结果，以模拟短路点1发生接地故障为例，连接于安装位置1的母线保护装置1外壳上的电压发生器1的电压输出值设置为2430.86V，其他个台电压发生器的输出电压也参照表1分别进行设置，通过控制系统控制故障模拟系统及各台电压发生器，在短路点1故障发生的同时，电压发生器1输出2430.86V电压至分布式母线装置1外壳，其他电压安生器同理。通过故障录波器记录保护装置的动作行为，实现故障时对保护装置抗地电位干扰能力的测试。
本发明包含三个步骤：变电站地电位波动的计算，得到变电站不同位置在故障发生时的地电位；将多台电压发生器与布置在变电站不同位置的二次设备的外壳连接，实现能够模拟变电站地电位波动的测试平台的构建；模拟故障的同时利用电压发生器向布置到变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟故障时二次设备安装处地电位升高的情况，验证二次设备的抗地电位波动干扰能力。
本发明涉及的方法能够在实验室中实现对故障发生时变电站地电位波动情况的模拟，实现对二次设备抗地电位波动干扰能力的验证。
本发明一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的系统200，如图4所示，包括：
计算单元201，针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
控制单元202，控制典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
故障模拟单元203，使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，控制电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，当确定模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高时，完成模拟变电站地电位波动。
可选的，典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
可选的，施加电压的数值与地电位数值相同。
可选的，模拟故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
可选的，故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
本发明能够在实验室中实现对故障发生时变电站地电位波动情况的模拟，实现对二次设备抗地电位波动干扰能力的验证。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的方法，所述方法包括：
针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
使典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，使用电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高，完成模拟变电站地电位波动；
所述施加电压的数值与地电位数值相同；
所述典型变电站故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
2.根据权利要求1所述的方法，所述典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
3.根据权利要求1所述的方法，所述故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
4.一种使用电压发生器模拟变电站地电位波动的系统，所述系统包括：
计算单元，针对典型变电站，获取典型变电站的数据参数，使用不等点位地网计算模型根据数据参数，确定典型变电站故障时二次设备安装处的地电位数值；
控制单元，控制典型变电站不同位置的二次设备外壳与电压发生器进行连接；
故障模拟单元，使用故障模拟系统，模拟典型变电站故障，并根据地电位数值，控制电压发生器向典型变电站不同位置的二次设备外壳施加电压，当确定模拟典型变电站故障时二次设备安装处的地电压升高时，完成模拟变电站地电位波动；
所述施加电压的数值与地电位数值相同；
所述典型变电站故障为典型变电站的各类一次故障，故障发生时，故障模拟系统输出控制信号触发电压发生器施加电压，当二次设备安装处的地电压升高后，使用故障录波器记录典型变电站保护装置的动作行为。
5.根据权利要求4所述的系统，所述典型变电站的每个位置的二次设备外壳，连接一台电压发生器，每台电压发生器模拟一个安装位置处的地电位。
6.根据权利要求4所述的系统，所述故障模拟系统为物理动态模拟系统或实时数字仿真模拟系统。
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