CN203798934U - 电力直流绝缘故障仿真及测试装置 - Google Patents

电力直流绝缘故障仿真及测试装置 Download PDF

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尹中恒
张忠民
周毅
袁永明
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南寅
王雪楠
王文进
赵立成
陈伟
王和
任启
刘庆华
杨博
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本实用新型公开一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,包括直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块、交直流参数测量模块、直流系统状态智能分析模块、人机交互模块。直流电源模块产生直流电压,其输出分别接至直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块,人机交互模块接至直流系统状态智能分析模块。采用该电力直流绝缘故障仿真及测试装置,可以对电力系统直流二次专业的运行维护人员进行技能培训,使其直观了解直流系统二次回路各种绝缘故障的原理和现象,提高直流二次专业运行维护人员的工作技能和故障处理能力。

Description

电力直流绝缘故障仿真及测试装置
技术领域
本实用新型涉及一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,属于直流故障仿真及设备测试领域。
背景技术
直流系统是发电厂、变电站、换流站的重要组成部分,为其信号装置、继电保护装置、测控装置等提供可靠的工作电源,因此,直流系统的可靠直接影响电力系统安全、可靠的运行。同时,直流系统整个供电网络是通过电缆、导线、汇流排等导体与户外、户内高、低压电气设备和装置的端子箱、操作箱、自动装置、保护装置、断路器操作机构等用电装置相连接,是一个涉及点多、面广、线长、十分庞大的多分支供电网络,发生接地、交流窜入直流、直流互窜等故障机率很高,一旦有故障发生,就有可能使测控装置和继电保护装置拒动或误动,造成巨大的损失。
为了提高供电的可靠性、连续性,电力直流电源系统应采用不接地运行方式(DL/T5044中4.5.5条款220V和110V直流电源系统应采用不接地方式))。根据有关规定,直流系统发生一点接地故障时,短时间仍可继续运行,但必须及时发现和处理,以免第二点发生接地后造成继电保护的误动或拒动。近10多年来,根据现场运行经验,直流系统一点接地,也可以导致出口保护继电器的误动,经过现场调研、理论分析和大量的科学实验,验证一点接地引起误动的原因是直流系存在较大的对地电容。
直流系统对地电容来自两个方面,如下所述:
因电力系统的快速发展,电网智能化水平的提高,相应的保护装置、自动装置、测控装置等保护装置等大量的投入直流系统运行,而这些装置为了提高自身的电磁兼容性,在电源输入端对地均设置共模电容,导致直流系统正、负极对地电容的大量增加;随着厂站直流网络集中辐射供电方式或分层辐射供电方式的实施,长距离电缆线的敷设,也大大增加了电缆的分布电容,电缆分布电容的增加也导致直流系统正、负极对地电容的增加。由于直流电源系统正、负极对地电容大量增加,使直流系统一点接地仍能运行,两点接地才能造成保护装置误动或拒动这种长期认知的理念发生了颠覆性的改变。
而变电站和发电厂的直流运行维护,尤其是直流绝缘故障处理以往主要靠现场积累经验,使得检修维护人员大多畏惧接地故障处理,因此也经常发生处理不当,造成系统事故的现象。
同时,随着电力系统规模和电力企业规模的不断扩大,运行维护员工的新老交替,对企业运行维护人员提供良好、安全的技能培训是十分必要的。良好的培训可以提高运行维护人员的素质,使其不断地更新自己的理念、知识和技能,逐步适应工作领域和工作岗位,跟上企业前进的步伐。对于直流绝缘监测故障,目前尚未有相关的测试培训平台建立,给培训工作带来诸多不便。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,能够模拟电力系统直流电源可能发生的各种绝缘故障,方便对电力系统直流运行维护人员进行培训,提高工作技能,并能对运行中的直流绝缘监测装置进行测试和校验。
一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置包括:
直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块、交直流参数测量模块、直流系统状态智能分析模块、人机交互模块,所述直流电源发生模块的输出分别接至直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块的输入;所述交直流参数测量模块的输入分别与直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块连接,所述交直流参数设置模块的输出与直流系统状态智能分析模块连接,该直流系统状态智能分析模块与所述人机交互模块连接。
进一步,所述直流电源发生模块为AC/DC开关电源模块或DC/DC开关电源模块。
进一步,所述直流绝缘故障模拟模块包括至少一个模拟正负极对地电容单元,模拟正负极对地电阻单元,模拟继电保护动作单元。
进一步,所述模拟正负极对地电容单元包括若干相互连接的电容和控制开关。
进一步,所述模拟正负极对地电阻单元包括若干相互连接的电阻和控制开关。
进一步,所述交流窜入直流故障模拟模块至少包括一个交流信号测量单元和交流信号发生单元。
进一步,所述交流信号发生单元包括交流调压器和与所述交流调压器次级线圈连接的电阻和切换开关。
进一步,所述直流互窜故障模拟模块至少包括一个直流互窜监测单元和直流互窜切换单元。
进一步,所述人机交互模块为液晶显示器、键盘单元或触摸式液晶显示器。
本实用新型采用上述技术应用在电力系统的直流绝缘监测实训仿真平台系统中,模拟实现二次回路直流系统发生的故障,采用此技术后制作的实训仿真平台,可以应用在教学,也可用在对现场对从事二次专业工作人员的专业实训,提高对直流电源故障引起保护误动的原因理解。为直流电源系统的安全可靠稳定运行提供了有力的保障。
附图说明
图1是电力直流绝缘故障仿真及测试装置系统原理框图;
图2是直流绝缘故障模拟仿真模块;
图3是交流窜入直流故障模拟仿真模块;
图4是直流互窜故障模模拟仿真模块;
图5是模拟正负极对地电容、电阻结构原理图;
图6是模拟继电保护动作单元结构原理图;
图7是交流信号发生单元原理图;
图8是人机交互模块结构原理图。
具体实施方式
以下对本实用新型进行详细介绍。图1为电力直流绝缘故障仿真及测试装置系统原理框图,该仿真及测试装置包括:直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块、交直流参数测量模块、直流系统状态智能分析模块、人机交互模块,所述直流电源发生模块的输出分别接至直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块的输入;所述交直流参数测量模块的输入分别与直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块连接,所述交直流参数设置模块的输出与直流系统状态智能分析模块连接。
所述的直流系统状态智能分析模块是核心控制模块,由其控制其他几个功能模块,共同协调完成直流电源系统绝缘故障的模拟试验。
如图2所示为直流绝缘故障模拟模块的结构原理图,直流绝缘监测故障模拟模块是由模拟正负极对电阻单元、模拟正负极对地电容单元、模拟继电保护动作单元组成,模拟正负极对电阻单元、模拟正负极对地电容单元原理图如图5所示,模拟继电保护动作单元原理图如图6所示。其中其工作过程:接收核心模块直流系统状态智能分析模块数据,依据数据由模拟正负极接地电阻单元自动调整正负极对地接地电阻,正、负极接地电阻网络分别由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和控制开关组成,由控制指令控制各个开关完成分合,完成电阻参数的设定,接地电阻也可以通过调整可变电阻RX完成设定。同理,完成正负极对电容值的设定。设定后的电阻值、电容值再经过核心模块直流系统状态智能分析模块测量并通过人机交互模块显示。
如图6为模拟继电保护动作单元保护出口继电器动作原理图。继电保护出口继电器CKJ线圈一端接在负极,一端通过一常开触点接在电源端,当系统出现异常情况时,控制常开触点闭合,使继电器CKJ动作,可靠保护。通过该装置可以模拟变电站、发电厂出口保护继电器电源端接地,造成直流电源系统单点接地,同时,负极电压高于出口继电器的动作电压,这时通过改变模拟正负极对地电容单元调整电容值,当电容值达到一定数量后,就可仿真实际直流电源系统单点接地引起保护继电器误动。
如图3所示为交流窜入直流故障模拟模块结构原理图。该交流窜入直流故障模拟模块是由交流信号发生单元、交流信号测量单元组成。如图7所示为交流信号发生单元结构原理图,它由交流调压器T,切换开关K1、K2、K3组成。交流调压器初级输入交流220V,次级分三组抽头,三组分别为AC50V、AC110V、AC220V,三组共公端接地,另一端分别串一电组通过切换开关接入直流母线的正负极。
如图4所示为直流互窜故障模拟模块的结构原理图,所述直流互窜故障模拟模块是由直流互窜检测单元、直流互窜切换单元组成。其工作过程:由直流互窜切换单元来实现双路直流互窜模式:正极互窜、负极互窜、正负极互窜。通过直流互窜测量单元对两组直流电源系统正负极对地电压波动情况及变化趋势来判断两组直流电发生直流互窜的故障。
如图8所示为人机交互模块结构原理图,其中显示电路液晶显示器和键盘调整电路组设定直流绝缘故障交直流各参数。通过核心模块直流系统状态智能分析模块进行分析和处理,形成控制指令,控制交流信号发生单元中的K1、K2、K3分合,把交流信号接入到直流电源系统的正负极母线,同时,由交直流采样电路完成交正负母线上交流信号的测量,通过交直流信号处理电路处理滤波输入到核心模块MCU处理电路的AD完成交流信号的测理。通过MCU处理电路计算处理、人机交互模拟模块显示,完成交流窜入直流回路的模拟仿真。
人机交互模块中的显示电路分两种,一种是触摸式液晶显示屏,可以直接由触摸屏完成各个参数的设置;一种是用普通液晶屏,通过键盘调整完成各个参数设置,如交直流电压的设定、直流母线绝缘电阻设定、直流母线对地电容值的设定、交流窜入直流系统电压的设定。设定不同的参数以模拟实际直流系统绝缘故障参数。人机交互模块中的MCU处理电路主要实现参数的分析和运算,转换成控制信号,形成指令控制三大故障模块:直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜模拟模块,完成模拟直流系统绝缘故障的发生;同时,由三个故障模拟模块把产生故障信息如电流、电压、电阻等参数采集处理回传给核心模块直流系统状态智能分析模块,由其进行数据处理分析并与设定的参数比较,完成故障功能的测试,并把各项数据参数传送人机交互模块进行显示,使客户直观了解各项故障数据。

Claims (9)

1.一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:该仿真及测试装置包括:
直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块、交直流参数测量模块、直流系统状态智能分析模块、人机交互模块,所述直流电源发生模块的输出分别接至直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块的输入;所述交直流参数测量模块的输入分别与直流电源发生模块、直流绝缘故障模拟模块、交流窜入直流故障模拟模块、直流互窜故障模拟模块连接,所述交直流参数设置模块的输出与直流系统状态智能分析模块连接,该直流系统状态智能分析模块与所述人机交互模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述直流电源发生模块为AC/DC开关电源模块或DC/DC开关电源模块。
3.根据权利要求1所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述直流绝缘故障模拟模块包括至少一个模拟正负极对地电容单元,模拟正负极对地电阻单元,模拟继电保护动作单元。
4.根据权利要求3所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述模拟正负极对地电容单元包括若干相互连接的电容和控制开关。
5.根据权利要求3所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述模拟正负极对地电阻单元包括若干相互连接的电阻和控制开关。
6.根据权利要求1所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述交流窜入直流故障模拟模块至少包括一个交流信号测量单元和交流信号发生单元。
7.根据权利要求6所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述交流信号发生单元包括交流调压器和与所述交流调压器次级线圈连接的电阻和切换开关。
8.根据权利要求1所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述直流互窜故障模拟模块至少包括一个直流互窜监测单元和直流互窜切换单元。
9.根据权利要求1所述的一种电力直流绝缘故障仿真及测试装置,其特征在于:所述人机交互模块为液晶显示器、键盘单元或触摸式液晶显示器。
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