CN209232242U - 模块化配电线路物理仿真实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化配电线路物理仿真实验装置。包括从上往下依次设于柜体内的第一至第二电压互感器、第一至第三接触器、继电器、二次保护设备、第一至第二电流互感器、第一至第二线路模块，还包括分别与第一至第三接触器、继电器设于柜体同一层的通信交换机、PLC控制单元；第一至第二电压互感器、第一至第三接触器、第一至第二电流互感器、第一至第二线路模块相互连接构成装置的一次接线电路；电器、二次保护设备、通信交换机、PLC控制单元相互连接构成装置的二次接线电路。本实用新型能够模拟配电网实际运行馈路，该装置设计参数均按10kV配电网馈线要求设计，其模拟配电网线路的精度高，模块化程度高，安装方便，结构清晰。

Description

模块化配电线路物理仿真实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模块化配电线路物理仿真实验装置。

背景技术

在配电网小电流接地系统中，单相接地故障是发生几率最大的故障类型，发生单相接地故障时，三相线电压仍保持对称，因此允许带故障运行1到2个小时。但是，单相接地故障选线技术研究仍然存在许多问题。并且，对故障识别与诊断往往需要大量的数据支撑，然而故障数据通常难以获得或失真严重。在实际配电网中进行故障实验虽说可以获得可靠的数据，但由于时间、经济、安全的考虑，往往是不允许的。因此，建立实物化的配电网等效模型在电力系统的研究中是非常有必要的。在仿真系统中，传统的配电线路仿真装置往往只简单的模拟线路与负荷，对线路中的断路器、采集装置均考虑不周，模块化程度低，应用范围狭小。此外，传统的配电线路仿真实验装置仅考虑是否能获得准确的数据，不考虑该装置存在的其他教学、科研用途，装置的功能简陋，对实际配电线路的继电保护、负荷投切等均没有考虑周全。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种模块化配电线路物理仿真实验装置，以解决现有的配电线路物理仿真实验装置模拟精度低、功能简陋、模块化程度低的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种模块化配电线路物理仿真实验装置，包括一柜体，从上往下依次设于该柜体内的第一至第二电压互感器、第一至第三接触器、用于控制第一至第三接触器的继电器模块、二次保护设备、第一至第二电流互感器、第一至第二线路模块，还包括分别与第一至第三接触器、继电器设于柜体同一层的通信交换机、PLC控制单元；交流电源经第一接触器、第一电流互感器、第二接触器、第一线路模块、第二电流互感器、第二线路模块连接至负载，第一电压互感器并联于第一接触器与第二接触器之间，第二电压互感器并联于第一线路模块与第三接触器之间，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的一次接线电路；所述PLC控制单元分别与继电器模块、二次保护设备、通信交换机连接，二次保护设备输入端连接至交流电源，通信交换机连接至以太网中，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的二次接线电路。

在本实用新型一实施例中，所述柜体的面板从上往下分为五部分，依次为与所述二次保护设备连接且用于指示装置是否正常运行的运行指示部分、用于采集馈线各电流互感器的电流以模拟馈线的继电保护与继保实验的继电保护装置部分、与继电器模块连接的三遥信息接口部分、与一次接线电路连接且用于外接设备模拟故障的故障引出点部分、用于采集电压电流数据的电压电流采集二次侧部分。

在本实用新型一实施例中，所述三遥信息接口部分包括遥测、遥信、遥控3个接口。

在本实用新型一实施例中，所述故障引出点部分包括2个故障引出点，其中一故障引出点与一次接线电路中的第一线路模块输出端连接，另一故障引出点与一次接线电路中的第二线路模块输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述第一线路模块为电力线路π型等效模型电路，包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，电感L1、L2、L3、L4，第二接触器的ABC三相输出分别经L2、L2、L1与L4的三个输入端连接，L4的三个输出端分别与R3、R2、R1的一端连接，R3、R2、R1的另一端作为所述电力线路π型等效模型电路的三相输出端，第二接触器的ABC三相输出还分别经C3、C2、C1与C7的一端连接，C7的另一端连接至GND，R3、R2、R1的另一端还分别经C6、C5、C4与C8的一端连接，C8的另一端连接至GND；所第二线路模块的电路结构与第一线路模块的电路结构相同。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型装置，能够解决现有的配电线路物理仿真实验装置模拟精度低、功能简陋、模块化程度低的问题；该装置能够模拟配电网实际运行馈路，该装置设计参数均按10kV配电网馈线要求设计，其模拟配电网线路的精度高，模块化程度高，安装方便，结构清晰。

附图说明

图1是本实用新型实施例的柜体内部示意图。

图2是本实用新型实施例的柜体面板示意图。

图3是本实用新型实施例的一次接线电路及二次接线电路连接示意图。

图4是本实用新型采用的电力线路π型等效模型电路示意图。

图5是本实用新型各装置的连接结构图。

图6是本实用新型的PLC控制任务流图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

本实用新型提供了一种模块化配电线路物理仿真实验装置，包括一柜体，从上往下依次设于该柜体内的第一至第二电压互感器、第一至第三接触器、用于控制第一至第三接触器的继电器模块、二次保护设备、第一至第二电流互感器、第一至第二线路模块，还包括分别与第一至第三接触器、继电器设于柜体同一层的通信交换机、PLC控制单元；交流电源经第一接触器、第一电流互感器、第二接触器、第一线路模块、第二电流互感器、第二线路模块连接至负载，第一电压互感器并联于第一接触器与第二接触器之间，第二电压互感器并联于第一线路模块与第三接触器之间，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的一次接线电路；所述PLC控制单元分别与继电器模块、二次保护设备、通信交换机连接，二次保护设备输入端连接至交流电源，通信交换机连接至以太网中，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的二次接线电路。在本实用新型一实施例中，所述柜体的面板从上往下分为五部分，依次为与所述二次保护设备连接且用于指示装置是否正常运行的运行指示部分、用于采集馈线各电流互感器的电流以模拟馈线的继电保护与继保实验的继电保护装置部分、与继电器模块连接的三遥信息接口部分、与一次接线电路连接且用于外接设备模拟故障的故障引出点部分、用于采集电压电流数据的电压电流采集二次侧部分。所述三遥信息接口部分包括遥测、遥信、遥控3个接口。所述故障引出点部分包括2个故障引出点，其中第一故障引出点与一次接线电路中的第一线路模块输出端连接，第二故障引出点与一次接线电路中的第二线路模块输出端连接。

所述第一线路模块为电力线路π型等效模型电路，包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，电感L1、L2、L3、L4，第二接触器的ABC三相输出分别经L2、L2、L1与L4的三个输入端连接，L4的三个输出端分别与R3、R2、R1的一端连接，R3、R2、R1的另一端作为所述电力线路π型等效模型电路的三相输出端，第二接触器的ABC三相输出还分别经C3、C2、C1与C7的一端连接，C7的另一端连接至GND，R3、R2、R1的另一端还分别经C6、C5、C4与C8的一端连接，C8的另一端连接至GND；所第二线路模块的电路结构与第一线路模块的电路结构相同。

以下为本实用新型的具体实施实例。

如图1所示，为本实用新型实施例中的装置柜内结构示意图。所述装置由电压互感器101，接触器102，通信交换机103，继电器104，PLC控制单元105，二次保护设备106，电流互感器107，线路和负载模块108构成。接触器102、电压互感器101、电流互感器107、线路模块108串联构成装置的一次接线。

如图2所示，为本实用新型实施例中柜体柜面示意图。在面板上，引出一系列的端点，分别是运行指示201，用于指示装置是否正常运行，二次电源上电，运行指示即亮，由二次保护设备106处引出；继电保护装置202，用于模拟馈线的继电保护与继保实验，它采集馈线各电流互感器的电流，可以实现电流三段式保护等，型号为优特UT-811；三遥信息接口203，分别是遥测、遥信、遥控，与实际配电网一致，由继电器104引出；故障引出点204，用于外接设备模拟故障，由线路模块108与其他一次模块连接处引出；电流电压互感器二次侧205，用于采集数据。

如图3所示，为本实用新型实施例的一次设备元件主接线及二次主要设备连接示意图，接触器102、电压互感器101、电流互感107、线路负载模块108组成装置的一次接线，这些模块分别与图1的相应模块对应，具体的，图3中，1-交流电源，2-接地引出点，3-第一电流互感器，4-第二电流互感器，5-第一故障引出点，6-第二故障引出点，7-第一电压互感器，8-第二电压互感器，通信交换机103，继电器104、PLC控制单元105、二次保护设备106组成装置的二次接线，这些模块分别与图1的相应模块对应，具体的，图3中，9-二次保护设备，10-继电器模块，11-通信交换机，12-PLC控制单元。在线路中段和线路末端，有两个故障引出点，该两个故障引出点对应图2柜面面板上的故障引出点204。电压电流互感器二次侧引出点由一次接线的电压电流互感器二次侧引出，对应于图2面板上的205。

如图4所示，为本实用新型实施例所采用的电力线路π型等效模型，对应于图3的线路模块。其中IA，IB，IC为ABC三相输入，分别与线路模块前端设备的ABC三相输出相连，OA，OB，OC为三相输出端，分别与线路模块后端的一次设备输入相连。线路模块中各元件取值计算根据线路序参数计算模型各元件参数，其中电缆线路序参数经验值如表1所示。

表1

零序电阻<i>r</i><sub>0</sub>(Ω/km)	零序电容<i>c</i><sub>0</sub>(μF/km)	零序电感<i>l</i><sub>0</sub>(mH/km)	正序电阻<i>r</i><sub>1</sub>(Ω/km)	正序电容<i>c</i><sub>1</sub>(μF/km)	正序电感<i>l</i><sub>1</sub>(mH/km)
						2.7	0.28	1.019	0.27	0.339	0.255

模型中，R1，R2，R3为线路自阻抗，L1，L2，L3为线路自感，L4为线路互感，C1,C2,C3,C4,C5,C6为线路相间电容，C7，C8位线路对地电容，模型的自阻抗和互阻抗、自感和互感、相间电容以及对地电容可从正序和零序参数推导出来，计算公式如下：

0.4kV动模系统与10kV线路阻抗相同，因此0.4kV模拟系统中线路单位参数通过比例折算后与10kV系统相同，计算得到不同类型不同长度的线路参数如表2所示。

表2

线路的线圈采用闭合磁路的环形线圈，其结构基于环形空心电感模型，绕组采用铜绕组，将导线围绕着一根铁棒绕制匝，抽掉铁棒后，形成首尾相接的四边形、六边形等多边形，边形越多耦合效果越好，所以本设计绕成箍状圆环。等效线路的自感和互感的实物设计方案如下：

（1）单线绕制3个自感线圈，电感量为，用于实现三相线路的自感；

（2）通过三线并绕方式构造1个三相耦合的互感线圈，自感量为，用于实现三相线路的互感；

（3）将自感线圈和互感线圈串联，形成自感量为，互感量为的线路等效模型。

如图5所示，为本实用新型实施例一二次设备的连接结构示意图。监控设备即控制平台，通过以太网与二次设备连接，二次设备通过物理连接一次设备。

如图6所示，为本实用新型所采用的PLC控制流程图。本实用新型所采用的PLC装置为永宏FBs，该系列存储容量大，通信口多并可进一步扩展，功能强大而且价格上相对其他PLC具有较大优势，因此选择永宏FBs系列PLC作为动态模拟系统的核心控制单元。本实例所选PLC控制单元永宏 FBs参数如表3所示。

表3

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种模块化配电线路物理仿真实验装置，其特征在于，包括一柜体，从上往下依次设于该柜体内的第一至第二电压互感器、第一至第三接触器、用于控制第一至第三接触器的继电器模块、二次保护设备、第一至第二电流互感器、第一至第二线路模块，还包括分别与第一至第三接触器、继电器设于柜体同一层的通信交换机、PLC控制单元；交流电源经第一接触器、第一电流互感器、第二接触器、第一线路模块、第二电流互感器、第二线路模块连接至负载，第一电压互感器并联于第一接触器与第二接触器之间，第二电压互感器并联于第一线路模块与第三接触器之间，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的一次接线电路；所述PLC控制单元分别与继电器模块、二次保护设备、通信交换机连接，二次保护设备输入端连接至交流电源，通信交换机连接至以太网中，以构成所述模块化配电线路物理仿真实验装置的二次接线电路。

2.根据权利要求1所述的模块化配电线路物理仿真实验装置，其特征在于，所述柜体的面板从上往下分为五部分，依次为与所述二次保护设备连接且用于指示装置是否正常运行的运行指示部分、用于采集馈线各电流互感器的电流以模拟馈线的继电保护与继保实验的继电保护装置部分、与继电器模块连接的三遥信息接口部分、与一次接线电路连接且用于外接设备模拟故障的故障引出点部分、用于采集电压电流数据的电压电流采集二次侧部分。

3.根据权利要求2所述的模块化配电线路物理仿真实验装置，其特征在于，所述三遥信息接口部分包括遥测、遥信、遥控3个接口。

4.根据权利要求2所述的模块化配电线路物理仿真实验装置，其特征在于，所述故障引出点部分包括2个故障引出点，其中一故障引出点与一次接线电路中的第一线路模块输出端连接，另一故障引出点与一次接线电路中的第二线路模块输出端连接。

5.根据权利要求1所述的模块化配电线路物理仿真实验装置，其特征在于，所述第一线路模块为电力线路π型等效模型电路，包括电阻R1、R2、R3，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，电感L1、L2、L3、L4，第二接触器的ABC三相输出分别经L2、L2、L1与L4的三个输入端连接，L4的三个输出端分别与R3、R2、R1的一端连接，R3、R2、R1的另一端作为所述电力线路π型等效模型电路的三相输出端，第二接触器的ABC三相输出还分别经C3、C2、C1与C7的一端连接，C7的另一端连接至GND，R3、R2、R1的另一端还分别经C6、C5、C4与C8的一端连接，C8的另一端连接至GND；所第二线路模块的电路结构与第一线路模块的电路结构相同。