CN209070051U - Pt断线及单相接地故障模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了PT断线及单相接地故障模拟装置，包括：所述继电器1K1、开关A、A相TV、开关C和继电器2K1串联构成A相电压互感单元；且继电器1K1高压端接三相线路的A相，继电器2K1低压端接交流变送单元和负序单元；所述继电器1K2、开关A、B相TV、开关C和继电器2K2串联构成B相电压互感单元。本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，通过设置上述装置，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性。

Description

PT断线及单相接地故障模拟装置

技术领域

本实用新型涉及电力工程技术领域，具体涉及PT断线及单相接地故障模拟装置。

背景技术

电力系统发电厂、变电站、输电及配电线路中，遍布大量的各种类型的电压互感器(PT)，用于采集各输电线路/电气设备的相电压/线电压。一旦电压采集回路中任意一点出现断开、接线松动或接触不良，都可能导致PT断线故障发生。PT断线故障一般可以分为PT一次侧断线和二次侧断线，无论是哪一侧的断线，都将会使PT二次回路的电压异常。

除PT断线外，还有一种单相接地故障也时有发生。所谓单相接地，是指三相电力系统中，仅一相导线与地之间出现绝缘破坏/击穿，造成对地短路。单相接地故障多发生在潮湿、多雨天气，是最常见的短路故障，占短路故障的70％。电力系统中性点不接地系统，特别是6kV、10kV系统发生单相接地故障时，单相接地时电流较小，不形成短路回路，电力系统安全运行规程规定接地故障后可继续运行1～2小时，但整个系统非故障相对地电压升高，若不及时处理，可能导致非故障相绝缘击穿发展成相间短路，使故障扩大。

这两类故障对电力系统及电网的安全稳定运行意义重大，且容易发生误判、漏判，如果不能及时发现并准确判别出故障的性质及位置，就不能快速处理，使故障处理时间延长，甚至造成事故扩大。由于故障分析定位是否精准和快速，主要取决于运行人员的经验和技术水平，因此如何通过有效培训提升运行人员的技术水平就成为重中之重。

术语解释如下：

(1)PT：即电压互感器，也称TV，用来测量电网高电压的特殊变压器，它能将高电压按规定比例转换为较低的电压后，再连接到仪器、仪表等装置上进行采集或测量，电压互感器高压侧(亦称一次侧或原边)电压为额定电压时，低压侧(亦称二次侧或副边)电压一般为100伏。

(2)PT断线：PT断线就是电压互感器高压侧或低压侧保险熔断、或者电压互感器回路接头松动、断线、接触不良等，造成电压信号无法正确采集进来，分为高压侧PT断线和低压侧PT断线。其中，每一侧PT断线，又因断线发生在一相、两相还是三相而分为PT单相、两相和三相断线。

(3)单相接地：三相电力系统中，仅一相导线与地之间出现绝缘破坏/击穿，造成对地短路。单相接地短路是最常见的短路故障，在短路故障中占70％。单相接地故障是发电、配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。

(4)中性点直接接地：(三相交流电力系统的中性点与大地之间的电气连接方式，被称为电网中性点接地方式。中性点接地方式涉及到电网的安全可靠性和经济性，同时直接影响到系统设备绝缘水平的选择、过电压水平以及继电保护方式等，一般来说，电网中性点接地方式也就是变电所中变压器的各级电压中性点接地方式。)三相交流电力系统的中性点与大地之间直接通过导线有效连接的电气连接方式，即中性点直接接地。我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，漏电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘要求水平降低，从而大幅降低造价。

(5)中性点不接地：三相交流电力系统的中性点与大地之间不相连，即中性点不接地。

(6)中性点经消弧线圈接地：三相交流电力系统的中性点与大地之间通过消弧线圈连接的电气连接方式，即中性点经消弧线圈接地。我国6～35KV配电网一般采用的是中性点非有效接地方式也就是小电流接地方式(包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地及中性点经电阻接地)。中性点非有效接地方式适合于直接面对使用者的变配电网，对于电网经常发生的单相接地故障，中性点非有效接地的电网可以允许电网带故障运行两个小时，从而保证了电网使用的安全和可靠，保证供电的持续性。

目前，针对PT断线和单相接地的培训主要采用理论分析，极少采用专门的故障模拟装置，不直观，难理解，且理论分析的准确与否也难以验证。截止目前，仅研发出一款PT断线试验平台(由单相电压互感器、开关、电压表、向量测量仪等部件组成)，但由于其接线过于简单，仅能模拟一种电力系统运行方式，一种电压互感器接线方式的PT断线故障，不能模拟多种典型电力系统运行方式、不同电压互感器类型的PT断线故障，与真实的电力系统相去甚远，有很大局限性。甚至选成误导，认为所有的PT都是一样的接线、一样的断线故障现象。因此，急需研发一套能真实模拟多种电力系统运行方式、多种电压互感器类型、各种PT断线及单相接地故障的实训装置，用于培训和教学。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有的电力系统故障模拟装置不能模拟多种典型电力系统运行方式、不同电压互感器类型的PT断线故障，与真实的电力系统相去甚远，有很大局限性，目的在于提供PT断线及单相接地故障模拟装置，解决上述问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

PT断线及单相接地故障模拟装置，包括：电压互感单元、交流变送单元、负序单元、控制单元、中性点单元和接地故障单元；所述电压互感单元包括继电器1K1、1K2、1K3、2K1、2K2和2K3，还包括开关A、开关B、开关C和开关D，还包括电压互感器A相TV、B相TV、C相TV和三相五柱式电压互感器；所述继电器1K1、开关A、A相TV、开关C和继电器2K1串联构成A相电压互感单元；且继电器1K1高压端接三相线路的A相，继电器2K1低压端接交流变送单元和负序单元；所述继电器1K2、开关A、B相TV、开关C和继电器2K2串联构成B相电压互感单元；且继电器1K2高压端接三相线路的B相，继电器2K2低压端接交流变送单元和负序单元；所述继电器1K3、开关A、C相TV、开关C和继电器2K3串联构成C相电压互感单元；且继电器1K3高压端接三相线路的C相，继电器2K3低压端接交流变送单元和负序单元；所述开关B、三相五柱式电压互感器和开关D串联构成三相电压互感单元；且开关B的高压端接入继电器1K1、1K2和1K3的低压端，开关D的低压端接入继电器2K1、2K2和2K3的高压端；所述三相电压互感单元的零序接入交流变送单元；所述负序单元接入交流变送单元并发送负序信号至交流变送单元；所述控制单元接入交流变送单元并接收交流变送单元发送的模拟量信号；所述中性点单元的一端接入三相电路的中性点，另一端接地；所述接地故障单元的一端接入三相电路的A相、B相和C相，另一端接地。

现有技术中，电力系统故障模拟装置不能模拟多种典型电力系统运行方式、不同电压互感器类型的PT断线故障，与真实的电力系统相去甚远，有很大局限性。本实用新型应用时，为了对整个装置进行描述，对整个系统中的器件端口定义如下：将器件靠近三相线路的一端定义为高压端，将器件远离三相线路的一端定位为低压端。本实用新型首先设置了电压互感单元、交流变送单元、负序单元、控制单元、中性点单元和接地故障单元，其中电压互感单元用于模拟电压互感器故障，通过开关A、开关B、开关C和开关D对电压互感器A相TV、B相TV、C相TV和三相五柱式电压互感器进行选择，可以模拟多种状态下的故障情况，PT高压侧断线时，继电器1K1、1K2和1K3中的一个或多个断开；PT低压侧断线时，继电器2K1、2K2和2K3中的一个或多个断开；同时故障状态需要在不同的中性点接地情况下进行模拟，此时可以通过中性点单元切换中性点接地状态，从而实现在不同中性点接地情况下的模拟；对于单相接地故障则通过接地故障单元进行模拟。本实用新型除了可以对上述故障进行单独模拟以外，还可以对并发故障进行模拟，也就是当多项电压互感器故障或者接地故障与电压互感器故障并发时的情况进行模拟。本实用新型通过设置上述装置，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性。

进一步的，所述交流变送单元包括交流变送器A和交流变送器B；所述交流变送器A的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述交流变送器A的低压端接控制单元；所述交流变送器B的高压端接负序单元和三相电压互感单元的零序，所述交流变送器B的低压端接控制单元。

本实用新型应用时，通过单相式/三相五柱式电压互感器将母线/线路高的相/线电压转变为额定电压为100V的较低的交流电压，再通过三相交流电压变送器将交流电压转变为0～10V/4～20mA的直流电压/电流信号，送到控制单元中，同时采集三相电压互感单元的零序和负序电压等信息，为故障分析提供了更加完整的数据。

进一步的，所述负序单元包括串联的开关E和负序过滤器；所述开关E的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述负序过滤器的低压端接交流变送器B的高压端。

本实用新型应用时，可以对单相接地、PT断线过程进行在线监测，提供三相相电压、零序和负序电压等实时信息，为故障分析和定位提供依据。

进一步的，所述中性点单元包括串联继电器1K4和1K5，所述1K5的高压端接三相电路的中性点，所述1K4的低压端接地；所述中性点单元还包括串联的继电器1K6和灭弧线圈，所述继电器1K6的高压端接三相电路的中性点，所述灭弧线圈的低压端接继电器1K4的高压端。

本实用新型应用时，中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。通过这种方式能够快速准确模拟三种典型电力系统中性点运行方式：中性点不接地、中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地。此种设计更能反映电力系统的实际情况。通过比较同一故障在不同电力系统运行方式下故障现象的不同，使更易表现电力系统中性点运行方式的不同对故障现象的影响。

进一步的，所述接地故障单元包括可变电阻R1、R2和R3，还包括继电器2K4、2K5和2K6，还包括开关F；所述开关F、可变电阻R1和继电器2K4依次串联构成A相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的A相，所述继电器2K4的低压端接地；所述开关F、可变电阻R2和继电器2K5依次串联构成B相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的B相，所述继电器2K5的低压端接地；所述开关F、可变电阻R3和继电器2K6依次串联构成C相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的C相，所述继电器2K6的低压端接地。

本实用新型应用时，能够快速准确模拟两种典型的单相接地故障：金属性接地和非金属性接地。通过调整可调电阻的大小，可准确模拟对地绝缘击穿的程度。

PT断线及单相接地故障模拟方法，包括以下步骤：利用中性点单元设置电力系统的中性点方式；利用电压互感单元设置电压互感器类型，所述电压互感器类型包括单相电压互感器和三相电压互感器；利用电压互感单元和接地故障单元设置故障类型；对不同的故障类型进行数据采集。

本实用新型应用时，通过设置上述步骤，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性。

进一步的，所述中性点单元包括串联继电器1K4和1K5，所述1K5的高压端接三相电路的中性点，所述1K4的低压端接地；所述中性点单元还包括串联的继电器1K6和灭弧线圈，所述继电器1K6的高压端接三相电路的中性点，所述灭弧线圈的低压端接继电器1K4的高压端；设置电力系统的中性点方式包括中性点不接地、中性点直接接地和中性点经消弧线圈接地；中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。

本实用新型应用时，中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。通过这种方式能够快速准确模拟三种典型电力系统中性点运行方式：中性点不接地、中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地。此种设计更能反映电力系统的实际情况。通过比较同一故障在不同电力系统运行方式下故障现象的不同，使更易表现电力系统中性点运行方式的不同对故障现象的影响。

进一步的，所述故障类型包括PT高压侧断线、PT低压侧断线和单相接地故障。

进一步的，PT高压侧断线时，继电器1K1、1K2和1K3中的一个或多个断开；PT低压侧断线时，继电器2K1、2K2和2K3中的一个或多个断开；接地故障时，通过接地故障单元对接地电阻和接地故障相进行设置。

本实用新型应用时，能够快速准确模拟两种典型的单相接地故障：金属性接地和非金属性接地。通过调整可调电阻的大小，可准确模拟对地绝缘击穿的程度。

进一步的，通过开关A、开关B、开关C和开关D设置电压互感器类型。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，通过设置上述装置，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性；

2、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，专门针对电力系统中经常发生，易误判的单相接地和PT断线故障进行模拟，通过对其故障信息的反复分析比较，能更容易区分两种故障类型；

3、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，能够快速准确模拟三种典型电力系统中性点运行方式：中性点不接地、中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地。此种设计更能反映电力系统的实际情况。通过比较同一故障在不同电力系统运行方式下故障现象的不同，使更易理解电力系统中性点运行方式的不同对故障现象的影响；

4、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，能够手动或自动准确模拟各种PT断线故障：可模拟PT高压侧一相断线、两相断线、三相断线；PT低压侧一相断线、两相断线、三相断线；断线的具体位置和相别可任意设置，故障类型可自动切换；

5、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，能够快速准确模拟两种典型的单相接地故障：金属性接地和非金属性接地。通过调整可调电阻的大小，可准确模拟对地绝缘击穿的程度；

6、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，可对单相接地、PT断线过程进行在线监测，实时采集并在触摸屏上显示三相相电压、零序和负序电压等信息，通过反复演练和数据分析，为故障分析和定位提供依据；

7、本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，建了完整的电压采集通道，经交流电压变送器和模拟量输入模块送入PLC中，可准确模拟低压侧各位置断线，更符合生产实际。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型系统线路原理示意图；

图3为本实用新型流程示意图；

图4为本实用新型开关量输出回路示意图；

图5为本实用新型模拟量输入回路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型PT断线及单相接地故障模拟装置，包括：电压互感单元、交流变送单元、负序单元、控制单元、中性点单元和接地故障单元；所述电压互感单元包括继电器1K1、1K2、1K3、2K1、2K2和2K3，还包括开关A、开关B、开关C和开关D，还包括电压互感器A相TV、B相TV、C相TV和三相五柱式电压互感器；所述继电器1K1、开关A、A相TV、开关C和继电器2K1串联构成A相电压互感单元；且继电器1K1高压端接三相线路的A相，继电器2K1低压端接交流变送单元和负序单元；所述继电器1K2、开关A、B相TV、开关C和继电器2K2串联构成B相电压互感单元；且继电器1K2高压端接三相线路的B相，继电器2K2低压端接交流变送单元和负序单元；所述继电器1K3、开关A、C相TV、开关C和继电器2K3串联构成C相电压互感单元；且继电器1K3高压端接三相线路的C相，继电器2K3低压端接交流变送单元和负序单元；所述开关B、三相五柱式电压互感器和开关D串联构成三相电压互感单元；且开关B的高压端接入继电器1K1、1K2和1K3的低压端，开关D的低压端接入继电器2K1、2K2和2K3的高压端；所述三相电压互感单元的零序接入交流变送单元；所述负序单元接入交流变送单元并发送负序信号至交流变送单元；所述控制单元接入交流变送单元并接收交流变送单元发送的模拟量信号；所述中性点单元的一端接入三相电路的中性点，另一端接地；所述接地故障单元的一端接入三相电路的A相、B相和C相，另一端接地。

本实施例实施时，为了对整个装置进行描述，对整个系统中的器件端口定义如下：将器件靠近三相线路的一端定义为高压端，将器件远离三相线路的一端定位为低压端。本实用新型首先设置了电压互感单元、交流变送单元、负序单元、控制单元、中性点单元和接地故障单元，其中电压互感单元用于模拟电压互感器故障，通过开关A、开关B、开关C和开关D对电压互感器A相TV、B相TV、C相TV和三相五柱式电压互感器进行选择，可以模拟多种状态下的故障情况，PT高压侧断线时，继电器1K1、1K2和1K3中的一个或多个断开；PT低压侧断线时，继电器2K1、2K2和2K3中的一个或多个断开；同时故障状态需要在不同的中性点接地情况下进行模拟，此时可以通过中性点单元切换中性点接地状态，从而实现在不同中性点接地情况下的模拟；对于单相接地故障则通过接地故障单元进行模拟。本实用新型除了可以对上述故障进行单独模拟以外，还可以对并发故障进行模拟，也就是当多项电压互感器故障或者接地故障与电压互感器故障并发时的情况进行模拟。本实用新型通过设置上述装置，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，如图2所示，所述交流变送单元包括交流变送器A和交流变送器B；所述交流变送器A的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述交流变送器A的低压端接控制单元；所述交流变送器B的高压端接负序单元和三相电压互感单元的零序，所述交流变送器B的低压端接控制单元。

本实施例实施时，通过单相式/三相五柱式电压互感器将母线/线路高的相/线电压转变为额定电压为100V的较低的交流电压，再通过三相交流电压变送器将交流电压转变为0～10V/4～20mA的直流电压/电流信号，送到控制单元中，同时采集三相电压互感单元的零序和负序电压等信息，为故障分析提供了更加完整的数据。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上，所述负序单元包括串联的开关E和负序过滤器；所述开关E的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述负序过滤器的低压端接交流变送器B的高压端。

本实施例实施时，可以对单相接地、PT断线过程进行在线监测，提供三相相电压、零序和负序电压等实时信息，为故障分析和定位提供依据。

实施例4

本实施例在实施例1的基础上，所述中性点单元包括串联继电器1K4和1K5，所述1K5的高压端接三相电路的中性点，所述1K4的低压端接地；所述中性点单元还包括串联的继电器1K6和灭弧线圈，所述继电器1K6的高压端接三相电路的中性点，所述灭弧线圈的低压端接继电器1K4的高压端。

本实施例实施时，中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。通过这种方式能够快速准确模拟三种典型电力系统中性点运行方式：中性点不接地、中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地。此种设计更能反映电力系统的实际情况。通过比较同一故障在不同电力系统运行方式下故障现象的不同，使更易表现电力系统中性点运行方式的不同对故障现象的影响。

实施例5

本实施例在实施例1的基础上，所述接地故障单元包括可变电阻R1、R2和R3，还包括继电器2K4、2K5和2K6，还包括开关F；所述开关F、可变电阻R1和继电器2K4依次串联构成A相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的A相，所述继电器2K4的低压端接地；所述开关F、可变电阻R2和继电器2K5依次串联构成B相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的B相，所述继电器2K5的低压端接地；所述开关F、可变电阻R3和继电器2K6依次串联构成C相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的C相，所述继电器2K6的低压端接地。

本实施例实施时，能够快速准确模拟两种典型的单相接地故障：金属性接地和非金属性接地。通过调整可调电阻的大小，可准确模拟对地绝缘击穿的程度。

实施例6

如图3所示，本实用新型PT断线及单相接地故障模拟方法，包括以下步骤：利用中性点单元设置电力系统的中性点方式；利用电压互感单元设置电压互感器类型，所述电压互感器类型包括单相电压互感器和三相电压互感器；利用电压互感单元和接地故障单元设置故障类型；对不同的故障类型进行数据采集。

本实施例实施时，通过设置上述步骤，针对电力系统中经常发生、易误判的PT断线和单相接地故障进行故障模拟及数据采集分析，针对性强，并且可自动或手动选择两种电力系统典型的电压互感器：三相五柱式及单相式电压互感器，电压互感器类型更具代表性。

实施例7

本实施例在实施例6的基础上，所述中性点单元包括串联继电器1K4和1K5，所述1K5的高压端接三相电路的中性点，所述1K4的低压端接地；所述中性点单元还包括串联的继电器1K6和灭弧线圈，所述继电器1K6的高压端接三相电路的中性点，所述灭弧线圈的低压端接继电器1K4的高压端；设置电力系统的中性点方式包括中性点不接地、中性点直接接地和中性点经消弧线圈接地；中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。

本实施例实施时，中性点不接地时，继电器1K4断开；中性点直接接地时，继电器1K4和1K5闭合，继电器1K6断开；中性点经消弧线圈接地时，继电器1K4和1K6闭合，继电器1K5断开。通过这种方式能够快速准确模拟三种典型电力系统中性点运行方式：中性点不接地、中性点直接接地，中性点经消弧线圈接地。此种设计更能反映电力系统的实际情况。通过比较同一故障在不同电力系统运行方式下故障现象的不同，使更易表现电力系统中性点运行方式的不同对故障现象的影响。

实施例8

本实施例在实施例6的基础上，所述故障类型包括PT高压侧断线、PT低压侧断线和单相接地故障。PT高压侧断线时，继电器1K1、1K2和1K3中的一个或多个断开；PT低压侧断线时，继电器2K1、2K2和2K3中的一个或多个断开；接地故障时，通过接地故障单元对接地电阻和接地故障相进行设置。

本实施例实施时，能够快速准确模拟两种典型的单相接地故障：金属性接地和非金属性接地。通过调整可调电阻的大小，可准确模拟对地绝缘击穿的程度。

实施例9

如图4和图5所示，本实施例在实施例1～8的基础上，硬件环境为(机型及CPU、内存、硬盘容量)：软件开发硬件环境：施耐德M340PLC，CPS2000 CPU模块，P342020电源模块，DDI3202离散量输入模块，DRA1605离散量输出模块，AMI0410模拟量输入模块；MT6070IH5威纶触摸屏；笔记本电脑。软件开发操作系统：Unity Pro XL V8.0–131118，EasyBuilder8000V4.65.19，WIN 7操作系统。

图2中，高压继电器1K4、1K5、1K6及消弧线圈所构成的区域为电力系统中性点运行方式模拟区域。可模拟的电力系统中性点运行方式有三种：中性点不接地、中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地。现分别加以介绍。

中性点不接地模拟方法：如图2所示，若PLC采集到触模屏设置了中性点不接地，通过程序控制使高压继电器1K4接点断开即可。

中性点直接接地模拟方法：若PLC采集到触模屏设置了中性点直接接地，通过程序控制使高压继电器1K4、1K5接点闭合，1K6接点断开即可。

中性点经消弧线圈接地模拟方法：若PLC采集到触模屏设置了中性点经消弧线圈接地，通过程序控制使高压继电器1K4、1K6接点闭合，1K5接点断开即可。

对于故障的模拟方法如下：

1、PT高压侧断线模拟方法：

如图2所示，高压继电器1K1～1K3，开关A、B，单相式及三相五柱式电压互感器高压侧构成了PT高压侧断线故障模拟区域，其中高压继电器1K1、1K2、1K3接点断开，分别用于模拟PT高压侧A、B、C相断线。现以A相为例，说明PT高压侧断线模拟方法，B、C相模拟方法与此类似。

若PLC采集到触模屏设置了“PT高压侧A相断线”，则通过程序控制使高压继电器1K1接点断开、其他继电器状态保持不变即可。两相或三相断线大同小异。

2、PT高压侧断线模拟方法：

如图2所示，高压继电器2K1～2K3，开关C、D，单相式及三相五柱式电压互感器低压侧、三相交流电压变送器1、模拟量输入模块构成了PT低压侧断线故障模拟区域，其中高压继电器2K1、2K2、2K3接点断开，分别用于模拟PT低压侧A、B、C相断线。现以A相为例，说明低压侧断线模拟方法，B、C相模拟方法与此类似。

若PLC采集到触模屏设置了“PT低压侧A相断线”，则通过程序控制使高压继电器2K1接点断开、其他继电器状态保持不变即可。两相或三相断线大同小异。

3、单相接地故障模拟方法：

如图2所示，高压继电器2K4～2K6、开关F、可调电阻R1、R2、R3构成单相接地故障模拟区域，即可模拟金属性接地，又可模拟非金属性接地。通过调整R1、R2、R3阻值的大小可进一步模拟单相接时相对地绝缘击穿的程度，阻值越小，表明击穿程度越大，可变电阻R1～R3在0～1000欧姆内均可自由调整。现以A相为例，说明单相接地故障模拟方法，B、C相模拟方法与此类似，具体如下：

若PLC采集到触模屏设置了“A相单相接地”，则通过程序控制使高压继电器2K4接点闭合、手动调整可调电阻R1＝0，则模拟的为A相金属性接地；若调整R1不等于0，则模拟了非金属接地，其阻值调整的越大，表明绝缘击穿程度越轻，此时其他继电器状态保持不变。

实施例10

本实施例在实施例9的基础上，PT断线及单相接地故障模拟装置的原理图如图2所示，它由三相五柱式电压互感器、单相式电压互感器、交流电压变送器、负序电压滤过器、开关、高压继电器、可变电阻(R1、R2、R3)、消弧线圈、可编程控制器及触摸屏等组成。可编制程控制器为施耐德M340模块式PLC，主要由电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块及模拟量输入模块组成。

本装置通过单相式/三相五柱式电压互感器将母线/线路高的相/线电压转变为额定电压为100V的较低的交流电压，再通过三相交流电压变送器将交流电压转变为0～10V/4～20mA的直流电压/电流信号，送到可编程控制器(PLC)的模拟量输入模块中，成比例地转换为数字后，再送到PLC的控制器中，实现对母线/线路的相电压Ua、Ub、Uc及零序电压的实时采集。同样，通过合上开关E投入负序电压滤过器后，可实现对负序电压的实时采集。

单相电压互感器(A、B、C相TV)和三相五柱式电压互感器共用同一个电源和电压采集通道，可通过开关A～D的拉合可选择不同类型的电压互感器。此外，通过PLC控制高压继电器1K1～1k3通断，可自动设置A、B、C相PT高压侧断线；通过控制高压继电器2K1～3k3通断，可自动设置A、B、C相PT低压侧断线。

消弧线圈及高压继电器1K4～1k6，用于模拟三种典型的电力系统中性点运行方式，即：1K4、1K5闭合，1K6断开，模拟中性点直接接地系统；如1K4、1K6接点闭合，1K5接点断开，模拟中性点经消弧线圈接地系统；1K4接点断开模拟中性点不接地系统。

高压继电器2K4～2K6、开关F、可变电阻R1、R2、R3共同构成单相接地故障模拟装置，即可模拟金属性接地，又可模拟非金属性接地，通过调整可变阻值的大小可进一步模拟单相接时相对地绝缘击穿的程度，阻值越小，表明击穿程度越大，可变电阻R1～R3在0～1000欧姆内均可自由调整。

软件流程如图3所示，装置在通电后，先进行初始化(对各种定值进行赋初值)，之后不间断地采集系统中的三相相电压Ua、Ub、Uc、零序电压U0、负序电压Uf的数字值，在采集到触模屏上设置的电力系统中性点方式及电压互感器类型后，依据设置的电压互感器类型分别计算三相五柱式及单相接式PT换算系数(因两种类型的电压互感器变比不同)，进一步计算出各相相电压及零序、负序电压的实际值。至此，进入到故障类型及相别设置阶段，可自行设置并自由切换下列各故障：PT高压侧一相断线、两相断线、三相断线；PT低压侧一相断线、两相断线、三相断线及单相接地故障。最后，将程序执行的结果进行输出及显示。此外，三相相电压Ua、Ub、Uc、零序电压U0、负序电压Uf实际值在触摸屏上也一并显示出来，为进一步的故障分析处理提供依据。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.PT断线及单相接地故障模拟装置，其特征在于，包括：电压互感单元、交流变送单元、负序单元、控制单元、中性点单元和接地故障单元；所述电压互感单元包括继电器1K1、1K2、1K3、2K1、2K2和2K3，还包括开关A、开关B、开关C和开关D，还包括电压互感器A相TV、B相TV、C相TV和三相五柱式电压互感器；

所述继电器1K1、开关A、A相TV、开关C和继电器2K1串联构成A相电压互感单元；且继电器1K1高压端接三相线路的A相，继电器2K1低压端接交流变送单元和负序单元；

所述继电器1K2、开关A、B相TV、开关C和继电器2K2串联构成B相电压互感单元；且继电器1K2高压端接三相线路的B相，继电器2K2低压端接交流变送单元和负序单元；

所述继电器1K3、开关A、C相TV、开关C和继电器2K3串联构成C相电压互感单元；且继电器1K3高压端接三相线路的C相，继电器2K3低压端接交流变送单元和负序单元；

所述开关B、三相五柱式电压互感器和开关D串联构成三相电压互感单元；且开关B的高压端接入继电器1K1、1K2和1K3的低压端，开关D的低压端接入继电器2K1、2K2和2K3的高压端；所述三相电压互感单元的零序接入交流变送单元；

所述负序单元接入交流变送单元并发送负序信号至交流变送单元；所述控制单元接入交流变送单元并接收交流变送单元发送的模拟量信号；所述中性点单元的一端接入三相电路的中性点，另一端接地；所述接地故障单元的一端接入三相电路的A相、B相和C相，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的PT断线及单相接地故障模拟装置，其特征在于，所述交流变送单元包括交流变送器A和交流变送器B；所述交流变送器A的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述交流变送器A的低压端接控制单元；所述交流变送器B的高压端接负序单元和三相电压互感单元的零序，所述交流变送器B的低压端接控制单元。

3.根据权利要求2所述的PT断线及单相接地故障模拟装置，其特征在于，所述负序单元包括串联的开关E和负序过滤器；所述开关E的高压端接继电器2K1、2K2和2K3的低压端，所述负序过滤器的低压端接交流变送器B的高压端。

4.根据权利要求1所述的PT断线及单相接地故障模拟装置，其特征在于，所述中性点单元包括串联继电器1K4和1K5，所述1K5的高压端接三相电路的中性点，所述1K4的低压端接地；所述中性点单元还包括串联的继电器1K6和灭弧线圈，所述继电器1K6的高压端接三相电路的中性点，所述灭弧线圈的低压端接继电器1K4的高压端。

5.根据权利要求1所述的PT断线及单相接地故障模拟装置，其特征在于，所述接地故障单元包括可变电阻R1、R2和R3，还包括继电器2K4、2K5和2K6，还包括开关F；

所述开关F、可变电阻R1和继电器2K4依次串联构成A相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的A相，所述继电器2K4的低压端接地；

所述开关F、可变电阻R2和继电器2K5依次串联构成B相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的B相，所述继电器2K5的低压端接地；

所述开关F、可变电阻R3和继电器2K6依次串联构成C相接地单元，所述开关F的高压端接三相线路的C相，所述继电器2K6的低压端接地。