CN113671414A - 一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置及模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置及模拟方法，包括电压互感器、晶闸管组、控制单元和PC机；所述控制单元的输入端分别连接电压互感器的二次侧与PC机的输出端，所述控制单元的输出端连接晶闸管组的门极G，所述控制单元用于通过接收电压互感器传输的小电压信号与PC机设置的时序参数控制晶闸管组的导通与关断，使得球隙放电参数，包括导通角、导通周期、停止周期、循环周期，完全可控；通过控制晶闸管的导通和球隙电弧放电，实现了在配电线路上产生真实单相电弧接地故障；通过改变不同的接地电阻，模拟不同情况下的单相接地故障。
Description
技术领域
本发明属于配电网故障试验技术领域，具体涉及一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置及模拟方法。
背景技术
配电网是电力系统中与用户联系最为直接的环节，其覆盖面广，供电的可靠性越来越引起重视。而单相接地故障是配电网故障中的主要故障类型，严重影响着供电可靠性，可能烧毁电力设备，甚至引起相间短路而扩大事故。对单相接地故障的及时处理已经成为当前配网亟待解决的问题，有众多厂家研发相应的装置，但是这些装置的质量参差不齐。因此，需要高效、方便、灵活的可控单相接地装置，在配网或试验场中进行人工单相接地，从而检验这些装置是否实现所要求的发现、处理单相接地故障的能力。
现有两种配电网单相接地方法。第一种方法是，将一个接地桩打入地中，接地线一端通过介质连接在接地桩上，接地线另一端连接在绝缘杆上，实验人员手持绝缘杆将接地线搭接在母线上，从而产生人工单相接地故障。这种实验方式不能对故障初始相角进行准确控制，无法准确控制接地阻值等电气参数，无法得到理想实验数据。并且，这种操作方式对试验操作人员和周围人员有很大安全隐患。第二种方法是，通过继电保护实验仪给配网终端二次侧注入单相接地故障波形，故障波形来自于电磁暂态计算仿真、或者发生实际故障时的录波。但仿真中难以为所有元件都进行准确建模，尤其是电弧，现场录波可能缺失，继电保护试验仪回放有失真，这些问题导致第二种方法不能准确还原故障场景。
技术解决方案
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置及模拟方法，适用于配电网故障试验领域，可解决仿真模型不准确、波形回放失真、接地电阻值不可选、故障发生相位不可控等问题，同时能够有效保障试验人员人身安全。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，包括电压互感器、晶闸管组、控制单元和球隙，其中；
所述球隙的一端作为连接高压开关装置的高压端口，另一端与晶闸管组串联，所述球隙用于产生电弧放电；
所述控制单元的输入端分别连接电压互感器的二次侧与PC机的输出端，所述控制单元的输出端连接晶闸管组的门极；
所述控制单元用于通过接收电压互感器传输的小电压信号与PC机设置的时序参数控制晶闸管组的导通与关断。
进一步的，所述小电压信号由电压互感器的二次侧电压经过降压、滤波、隔离变换得到，所述小电压信号用于连接至所述控制单元作为放电相角控制信号；
所述控制单元用于接收PC机的工作命令，控制主板按预设的流程时序图输出方波脉冲信号给晶闸管组的触发单元，从而控制晶闸管组开通与关断，通过脉冲触发单元使得晶闸管组在任意角度导通，控制燃弧相角。
进一步的，还包括接地电阻；所述球隙、晶闸管组和接地电阻依次串联连接。
进一步的，接地电阻用于限制单相接地电流，所述接地电阻的阻值通过调整大小用于模拟不同情况下的单相接地故障。
进一步的，所述晶闸管组中，多个高压单向晶闸管分为两组，其中，一组构成正向导通电路，另一组构成反向导通电路，且正反向电路之间并联。
进一步的，所述晶闸管组包括若干高压单向晶闸管，所述高压单向晶闸管的两端并联有动态保护均压电路，所述高压单向晶闸管的两端还并联有均压电阻R2。
进一步的，所述高压单向晶闸管的数量根据晶闸管组能够承受配电网某相接地时另外两相上的工频电压确定。
进一步的，所述动态保护均压电路为RC阻容动态保护均压电路，由电阻R1和电容C1串联组成。
进一步的，还包括高压开关装置，所述高压开关装置一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置的高压端口，另一端连接高压配电线路的某一相。
本发明的另一目的是提供一种可控配电网单相电弧接地故障模拟方法，基于上述可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，包括以下步骤：
步骤一：将高压开关装置一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置的高压端口，另一端连接高压配电线路的某一待模拟故障相，可控配电网单相接地故障模拟装置的接地端口连接大地；
步骤二：将接地电阻更换为需要电阻值；
步骤三：在PC机上设置球隙放电参数，所述放电参数包括导通角、导通周期、停止周期和循环周期，将放电参数下发送给控制单元；
步骤四：高压开关装置合闸，控制单元检测到高压开关装置合闸信号，按照PC机中设置的参数控制晶闸管组的导通和关断，实现单相电弧接地。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的模拟装置利用晶闸管组电流过零关断装置实现熄弧，实现了放电频率、放电相位可控，真实发生电弧接地故障现象；本发明通过设置正反向电路并联，保证在电流的正负半波电路都可以导通。所述高压单向晶闸管的两端还并联均压电阻用于实现静态均压，以防止振荡而在电容两端出现的过电压损坏晶闸管组,有效避免了电容通过高压单向晶闸管放电电流过大,造成过电流而损坏晶闸管组。
进一步的，所述高压开关装置实现了模拟装置的远程控制，有效保证了试验中人身安全。
进一步的，本发明通过控制单元接收PC机工作命令，控制主板按事先设置好的流程时序图，输出方波脉冲信号给晶闸管触发单元，从而控制晶闸管组开通与关断，通过脉冲触发单元使得晶闸管组在任意角度导通，控制燃弧相角，利用晶闸管组电流过零关断装置实现熄弧，实现了放电频率、放电相位可控，真实发生电弧接地故障现象；并且能够有效保证工作人员的人身安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2 为本发明的晶闸管组结构示意图图；
附图中：1为电压互感器；2为晶闸管组；3为控制单元；4为球隙；5为接地电阻；6为PC机；7为高压开关装置；8为高压端口；9为接地端口；10为可控配电网单相电弧接地故障模拟装置；11为高压单向晶闸管；12为输入极；13为输出极；R1为电阻；C1为电容；R2为均压电阻。
本发明的实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
参见图1，配电网单相接地故障模拟试验中，试验回路包括高压开关装置7和可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10，高压开关装置7的一端连接高压线路的某一相如A相，另一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10的高压端口8，而可控配电网单相接地故障模拟装置10的接地端口9连接大地。
参见图2，晶闸管组2中，多个高压单向晶闸管11高压单向晶闸管11数量根据晶闸管组2能够承受配电网某相接地时另外两相上的工频电压确定分为两组，一组构成正向导通电路，另外一组则构成反向导通电路，正反向电路并联，保证在电流的正负半波电路都可以导通。在高压单向晶闸管11两端并联上串联的电阻R1、电容C1，组成RC阻容动态保护均压电路，再并联均压电阻R2实现静态均压，可以防止振荡而在电容C1两端出现的过电压，损坏晶闸管组2，避免电容C1通过高压单向晶闸管11放电电流过大,造成过电流而损坏晶闸管组2。
参见图1，可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10中，球隙4、晶闸管组2、接地电阻5从左至右依次串联连接。控制单元3输入端分别连接电压互感器1二次侧与PC机6，输出端连接晶闸管组2门极G，控制单元3的输入端连接接收电压互感器1传输的小电压信号与PC机6设置的时序参数，所述控制单元3的信号输出端将导通或关断的控制信号连接至晶闸管组2，通过接收电压互感器1传输的小电压信号与PC机6设置的时序以此控制晶闸管组2的导通与关断。其中，控制单元3的控制信号来自电压互感器1，电压互感器1二次电压被变换成小电压信号，供给控制单元3作为相角同步信号；控制单元3接收PC机6工作命令，控制主板按事先设置好的流程时序图，输出方波脉冲信号给晶闸管组2触发单元，从而控制晶闸管组2开通与关断。通过脉冲触发单元使得晶闸管组2在任意角度导通，控制燃弧相角。利用晶闸管组2电流过零关断装置实现熄弧，实现了放电频率、放电相位可控，真实发生电弧接地故障现象。
参见图1，当高压开关装置7合闸后，配电网单相对地电压施加在可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10上。电压互感器1二次电压经过降压、滤波、隔离后成低压信号，供给控制单元3，控制单元3检测电压过零点，以此推算电压相角。PC机6向控制单元3发送晶闸管组2的导通相角、频率等数据，控制单元3则按此数据控制晶闸管组2的导通和关断。晶闸管组2导通后，配电网的单相电压施加在球隙4上，球隙4放电，完成了单相接地故障的模拟。如此，实现了真实的电弧接地，实现了放电频率、放电相位的可控。
下面将结合本发明中实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，配电网单相接地故障模拟试验中，本发明的具体工作原理如下：试验回路包括高压开关装置7和可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10，高压开关装置7的一端连接配电高压线路的某一相，在本实施例中，高压开关装置7的一端连接配电高压线路的C相，高压开关装置7的另一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置10的高压端口8，所述可控配电网单相接地故障模拟装置10的接地端口9连接大地。
2、在模拟实验的过程中，可根据实际的试验需求将接地电阻5更换为需要电阻值。
3、在PC机6上设置球隙4放电参数，所述放电参数包括导通角、导通周期、停止周期和循环周期，并将所述放电参数发送给控制单元3。
4、在试验过程中，当高压开关装置7合闸，所述控制单元3检测到高压开关装置7合闸信号，按照PC机6中设置的参数控制晶闸管组2的导通和关断，实现单相电弧接地。
在本实施例的试验过程中，通过PC机6与控制单元3对晶闸管组2进行导通与关断控制，使得球隙4的放电频率和放电相位可控；并且，通过更换所需接地电阻5的电阻值，真实模拟线路单相接地故障；通过放电球隙4，真实模拟单相接地中的电弧；通过高压开关装置7的远程控制，保证了试验中的人身安全，所述的整个装置可准确还原单相电弧接地故障的真实场景，并最大程度地保障了试验人员的人身安全，使得试验可高效、灵活、安全可靠地进行。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，并非以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，包括电压互感器（1）、晶闸管组（2）、控制单元（3）和球隙（4），其中；
所述球隙（4）的一端作为连接高压开关装置（7）的高压端口（8），另一端与晶闸管组（2）串联，所述球隙（4）用于产生电弧放电；
所述控制单元（3）的输入端分别连接电压互感器（1）的二次侧与PC机（6）的输出端，所述控制单元（3）的输出端连接晶闸管组（2）的门极；
所述控制单元（3）的输入端连接接收电压互感器（1）传输的小电压信号与PC机（6）设置的时序参数，所述控制单元（3）的信号输出端将导通或关断的控制信号连接至晶闸管组（2）。
2.根据权利要求1所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，所述小电压信号由电压互感器（1）的二次侧电压经过降压、滤波、隔离变换得到，所述小电压信号用于连接至所述控制单元（3）作为放电相角控制信号；
所述控制单元（3）用于接收PC机（6）的工作命令，控制主板按预设的流程时序图输出方波脉冲信号给晶闸管组（2）的触发单元，从而控制晶闸管组（2）开通与关断，通过脉冲触发单元使得晶闸管组（2）在任意角度导通，控制燃弧相角。
3.根据权利要求1所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，还包括接地电阻（5）；所述球隙（4）、晶闸管组（2）和接地电阻（5）依次串联连接。
4.根据权利要求3所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，接地电阻（5）用于限制单相接地电流，所述接地电阻（5）的阻值通过调整大小用于模拟不同情况下的单相接地故障。
5.根据权利要求1所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，所述晶闸管组（2）中，多个高压单向晶闸管（11）分为两组，其中，一组构成正向导通电路，另一组构成反向导通电路，且正反向电路之间并联。
6.根据权利要求1所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，所述晶闸管组（2）包括若干高压单向晶闸管（11），所述高压单向晶闸管（11）的两端并联有动态保护均压电路，所述高压单向晶闸管（11）的两端还并联有均压电阻R2。
7.根据权利要求6所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，所述高压单向晶闸管（11）的数量根据晶闸管组（2）能够承受配电网某相接地时另外两相上的工频电压确定。
8.根据权利要求6所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，所述动态保护均压电路为RC阻容动态保护均压电路，由电阻R1和电容C1串联组成。
9.根据权利要求1所述的一种可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，其特征在于，还包括高压开关装置（7），所述高压开关装置（7）一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置（10）的高压端口（8），另一端连接高压配电线路的某一相。
10.一种可控配电网单相电弧接地故障模拟方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任一项所述的可控配电网单相电弧接地故障模拟装置，包括以下步骤：
步骤一：将高压开关装置（7）一端连接可控配电网单相电弧接地故障模拟装置（10）的高压端口（8），另一端连接高压配电线路的某一待模拟故障相，可控配电网单相接地故障模拟装置（10）的接地端口（9）连接大地；
步骤二：将接地电阻（5）更换为需要电阻值；
步骤三：在PC机（6）上设置球隙（4）放电参数，所述放电参数包括导通角、导通周期、停止周期和循环周期，将放电参数下发送给控制单元（3）；
步骤四：高压开关装置（7）合闸，控制单元（3）检测到高压开关装置（7）合闸信号，按照PC机（6）中设置的参数控制晶闸管组（2）的导通和关断，实现单相电弧接地。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114280423A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-05 | 国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司 | 一种10kV单相接地故障模拟装置 |
| CN114973831A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-30 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于等离子体射流触发的可控电弧故障模拟装置 |
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2021
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|---|
| 李云阁等: "可控配电网单相间歇电弧接地装置", 《电网与清洁能源》 * |
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