CN209448423U - 一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统。本实用新型的模拟系统包括第一接地变压器、第二接地变压器、电阻无级可调的第一小电阻等效模块和第二小电阻等效模块、消弧线圈补偿度无级可调的第一等效消弧线圈模块和第二等效消弧线圈模块、多个交流接触器和多个电流互感器。本实用新型用于解决当前配电网动模系统中性点接地方式单一、不能灵活构造混合接地方式的实验场景，且系统电容电流变化时消弧线圈参数不能很好地匹配等问题，实验时无需更改接线，通过本地液晶面板操作或者上位机远程操作即可实现配电网混合接地方式的动态模拟；且消弧线圈的补偿度与小电阻接地系统的接地电阻在一定范围内可实现无级可调。

Description

一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统

技术领域

本实用新型涉及配电网动模仿真领域，具体地说是一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统。

背景技术

随着我国配电网规模的不断扩大和电缆化率的不断提升，配电网系统电容电流不断增大，目前应用较多的中性点经消弧线圈接地系统将面临补偿容量不足和补偿不及时的问题。为解决此类问题，很多地市开始对配电网接地方式进行改造与升级，对消弧线圈进行扩容升级或直接改造成小电阻接地方式，而改造升级需根据现场条件渐进实施，且小电阻接地系统要求任何时候中性点都不应该失去小电阻，因此在系统方式调整时存在两个中性点小电阻或者不同原理、不同厂家消弧线圈并列运行，甚至消弧线圈与小电阻合环并列运行，由此可能对电网安全运行带来风险。

为了对这种运行风险提前进行分析，就迫切需要一个仿真平台对这种配电网混合接地方式的暂稳态运行特性或者在系统发生单相接地故障后的运行特性进行研究。配电网动模仿真平台是一个有效的技术手段，但目前配电网动模仿真平台对配电网混合接地方式的模拟与研究往往存在以下缺陷：

(1)现有配电网动模仿真平台的消弧线圈往往是针对固定电容电容电流的调节，当网络拓扑改变后，系统电容电流变化后不能做到动态补偿，且发生单相接地故障后不能自动投切到全补偿状态；

(2)现有配电网动模仿真平台不能灵活构造配电网混合接地方式的场景，更多是单一接地方式的小电流接地系统建模。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统，其实验时无需更改接线，通过本地液晶面板操作或者上位机远程操作即可实现配电网混合接地方式的动态模拟。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统，其包括第一接地变压器、第二接地变压器、电阻无级可调的第一小电阻等效模块和第二小电阻等效模块、消弧线圈补偿度无级可调的第一等效消弧线圈模块和第二等效消弧线圈模块、多个交流接触器、多个电流互感器；

所述的第一小电阻等效模块和第一等效消弧线圈模块并联后的一端与第一电流互感器CT₁连接，另一端接地，该第一电流互感器CT₁的另一端与第一接地变压器连接，第一接地变压器的另一端与交流接触器S₁连接，所述交流接触器S₁的另一端与第三电流互感器CT₃连接，构成第一接地单元；

所述的第二小电阻等效模块和第二等效消弧线圈模块并联后的一端与第二电流互感器CT₂连接，另一端接地，该第二电流互感器CT₂的另一端与第二接地变压器连接，第二接地变压器的另一端与交流接触器S₅连接，所述交流接触器S₅的另一端与第四电流互感器CT₄连接，构成第二接地单元。

本实用新型实验时无需更改接线，消弧线圈的补偿度与小电阻接地系统的接地电阻在一定范围内可实现无级可调。

进一步地，所述的第一小电阻等效模块包括5个电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅和5个交流接触器S₃₁、S₃₂、S₃₃、S₃₄、S₃₅，五个电阻串联，每个电阻的两端并联一个交流接触器；

所述的第二小电阻等效模块包括5个电阻R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、R₃₅和5个交流接触器S₇₁、S₇₂、S₇₃、S₇₄、S₇₅，五个电阻串联，每个电阻的两端并联一个交流接触器；

所述的第一等效消弧线圈模块包括8个电抗器X₁₁、X₁₂、X₁₃、X₁₄、X₁₅、X₁₆、X₁₇、X₁₈和8个交流接触器S₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄、S₂₅、S₂₆、S₂₇、S₂₈，一个电抗器串联一个交流接触器，然后所有的电抗器并联后与阻尼电阻R₂串联，阻尼电阻R₂的两端并联交流接触器S₄；

所述的第二等效消弧线圈模块包括8个电抗器X₂₁、X₂₂、X₂₃、X₂₄、X₂₅、X₂₆、X₂₇、X₂₈和8个交流接触器S₆₁、S₆₂、S₆₃、S₆₄、S₆₅、S₆₆、S₆₇、S₆₈，一个电抗器串联一个交流接触器，然后所有的电抗器并联后与阻尼电阻R₄串联，阻尼电阻R₄的两端并联交流接触器S₈。

本实用新型具有的有益效果如下：

1、可灵活地模拟配电网混合接地方式，通过本地操作或上位机远方控制可很方便地实现中性点不接系统与中性点经小电阻接地系统混合、中性点不接系统与中性点经消弧线圈接地系统混合、中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统混合、中性点经小电阻接地系统的混合以及中性点经消弧线圈接地系统的混合等多种混合接地方式的模拟；

2、中性点经小电阻接地系统的接地阻值、中性点经消弧线圈接地系统的消弧线圈补偿度等均在一定范围内可无级调节，消弧线圈补偿的电容最小分辨率达到0.25uF，接地系统的接地电阻的最小分辨率达到1Ω；

3、现场无需更改接线，操作简单。

附图说明

图1为现有690V配电网动模一次系统图；

图2为本实用新型组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统的原理图；

图3为本实用新型第一小电阻等效模块原理图；

图4为本实用新型第二小电阻等效模块原理图；

图5为本实用新型第一等效消弧线圈模块原理图；

图6为本实用新型第二等效消弧线圈模块原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为一种采用690V电压等级等比模拟10kV配电网动模系统。系统由实验室专用配电变压器供电，将400V电源接入到低压进线柜，并经过低压出线柜分成多个电源点，如图1所示为两个电源点。400V出线经过0.4/0.69kV的升压隔离变压器接入690V配电网动模系统并作为动模系统的电源点。0.4/0.69kV的升压隔离变压器联结方式为Y_N/△，因此整个动模系统是一个无中性点的系统，若需构造小电阻接地系统或者消弧线圈接地系统，则需在690V电源侧并联一个Z型接地变压器形成中性点。

小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电流主要是线路的对地电容电流，考虑到动模系统本身的规模，模拟的架空线或者电缆长度有限，不可能与实际现场一致，为此系统配置了可调电容。实验时，既可将电容并联在690V电源侧，用于模拟变电站电容电流，也可并联在线路中，用于模拟系统的电缆电容，这样进行单相接地故障模拟时，即可很方便地构造出与实际现场一致的网络拓扑。

所述690V配电网动模一次系统主要由电源系统、配电线路模拟单元、开关、可调电容单元、故障模拟装置、接地单元等组成。

所述电源系统主要由0.4/0.69kV的升压隔离变压器组成，较佳地，在隔离变压器输出侧串联限流电阻或者限流电抗器，用于限制系统的短路电流，隔离变压器经过限流电阻或者限流电抗器接入到690V动模系统为作为系统的无穷大电源点。

所述配电线路模拟单元包括架空线模拟单元与电缆模拟单元，架空线与电缆模拟单元的参数按照真实的10kV架空线与电缆参数按照阻抗模拟比等效计算所得，额定电流按照200A设计，且为了组成不同的配电网网架结构，将架空线或者电缆均按照不同的长度规格形成各个模块，实验室可根据网络拓扑灵活选择线路模块。

所述开关使用带电操的断路器或者交流接触器进行等效模拟，用于构造不同的配电网拓扑或者不同的运行方式。

所述可调电容单元主要是用于弥补动模系统本身电缆模拟长度有限、单相接地故障时对地电容电流较小的不足，实验时，可将电容并联在电源侧或者线路中。

所述故障模拟装置主要是用于模拟配网各种典型故障，如单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障、三相短路故障、三相短路接地故障。

所述接地单元主要用于构造各种不同类型的接地场景，如中性点不接地系统、中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统等传统的小电流接地系统，以及小电阻接地系统合环、消弧线圈接地系统合环、小电阻接地系统与消弧线圈接地系统合环等各种混合接地场景的构造。

为解决当前配电网动模系统中性点接地方式单一、不能灵活构造混合接地方式的实验场景，且系统电容电流变化时消弧线圈参数不能很好地匹配等问题，本实用新型提供一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统，如图2所示，其包括第一接地变压器1、第二接地变压器2、电阻无级可调的第一小电阻等效模块3和第二小电阻等效模块4、消弧线圈补偿度无级可调的第一等效消弧线圈模块5和第二等效消弧线圈模块6、多个交流接触器、多个电流互感器。

所述的第一小电阻等效模块和第一等效消弧线圈模块并联后的一端与第一电流互感器CT₁连接，另一端接地，该第一电流互感器CT₁的另一端与第一接地变压器连接，第一接地变压器的另一端与交流接触器S₁连接，所述交流接触器S₁的另一端与第三电流互感器CT₃连接，构成第一接地单元；

所述的第二小电阻等效模块和第二等效消弧线圈模块并联后的一端与第二电流互感器CT₂连接，另一端接地，该第二电流互感器CT₂的另一端与第二接地变压器连接，第二接地变压器的另一端与交流接触器S₅连接，所述交流接触器S₅的另一端与第四电流互感器CT₄连接，构成第二接地单元。

所述接地变压器主要为了形成中性点，为构造中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统，接地变压器的容量按照消弧线圈容量与接地电阻流过的电流进行综合设计；同时本实用新型需实现混合接地方式的模拟，因此本实用新型需配置两台接地变压器。

所述小电阻等效模块(第一小电阻等效模块、第二小电阻等效模块)为小电阻接地系统的接地电阻，两组小电阻等效模块可根据需求灵活配置，原理如图3与图4所示。

下面以第一小电阻等效模块的原理进行说明，如图3所示，小电阻等效模块由5个电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅与5个交流接触器S₃₁、S₃₂、S₃₃、S₃₄、S₃₅组成。较佳地，取R₁₁＝1Ω、R₁₂＝2Ω、R₁₃＝4Ω、R₁₄＝8Ω、R₁₅＝16Ω，配合五个交流接触器S₁₁、S₁₂、S₁₃、S₁₄、S₁₅，即可实现R₁从1Ω到31Ω接地电阻的调节，且调节步长为1Ω。如需实现接地电阻为13Ω的配置，闭合交流接触器S₃₂与S₃₅即可实现；如需实现接地电阻为23Ω的配置，闭合交流接触器S₃₄即可实现。因此接地电阻可灵活地从1Ω到31Ω进行配置。

所述等效消弧线圈模块由阻尼电阻与电抗器串联组成，如图2所示，第一组接地单元中的R₂为阻尼电阻，X₁为电抗器。阻尼电阻主要是为了防止系统发生单相接地故障时，消弧线圈补偿的电感电流与系统的对地电容电流相等或近似相等时引起的串联谐振。当系统正常运行时，阻尼电阻投入，如图1所示，交流接触器S₄断开；当系统发生单相接地故障，即检测到中性点有偏移电压(零序电压)时立即闭合S₄，即短接阻尼电阻，使消弧线圈按照设定的补偿容量进行补偿。为了模拟电容电流变化或者消弧线圈补偿度变化，本实用新型设计了如图5所示和图6所示的等效消弧线圈模块。

下面以第一等效消弧线圈模块的原理进行说明，如图5所示，等效消弧线圈模块由8个电抗X₁₁、X₁₂、X₁₃、X₁₄、X₁₅、X₁₆、X₁₇、X₁₈与8个交流接触器S₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄、S₂₅、S₂₆、S₂₇、S₂₈组成。其中X₁₈最大，且X₁₇＝2¹*X₁₈、X₁₆＝2²*X₁₈、X₁₅＝2³*X₁₈、X₁₄＝2⁴*X₁₈、X₁₃＝2⁵*X₁₈、X₁₂＝2⁶*X₁₈、X₁₁＝2⁷*X₁₈；电抗最大时对应系统的电容电流最小，即为X₁₁，较佳地，取电容为0.25μF对应的电容电流，电抗最小(所有电抗并联)时对应系统的电容电流最大，即为255*0.25μF＝63.75μF对应的电容电流。此时最大电容电流为：

上式中，U_x为系统的线电压，本实用新型的动模系统线电压为690V。

等效消弧线圈模块提供的感性电流为：

系统发生单相金属性(故障过渡电阻为0Ω)接地故障时，容性电流为：

式中，U_N表示系统电压、ω为频率、C为电容。

消弧线圈补偿度p定义如下：

I_L＝(1+p)×I_C

如上式所示，当p＜0时，即I_L<I_C时，系统处于欠补偿状态；当p＝0时，即I_L＝I_C时，系统处于全补偿状态；当p＝0时，即I_L＞I_C时，系统处于全补偿状态。

综合上式，则消弧线圈电抗X_L为：

较佳地，取p＝-0.1，则X₁₁(对应0.25uF)为：

类似地，X₁₂、X₁₃、X₁₄、X₁₅、X₁₆、X₁₇、X₁₈可类似进行计算(分别对应0.5uF、1uF、2uF、4uF、8uF、16uF、32uF)。

闭合等效消弧线圈模块的所有交流接触器，即可实现数值为63.75μF电容电流的补偿。

所述电流互感器主要用于三相电流与零序电流的采集，系统正常运行时无零序电压与零序电流，当系统发生单相接地故障时，中性点将产生偏移电压，本实用新型将根据采集的零序电流大小与补偿度大小迅速切换等效消弧线圈模块的交流接触器以达到补偿的效果。

上述组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统进行模拟的方法，其包括以下步骤：

步骤S1：当需要构造中性点不接地系统与中性点经小电阻接地系统的混合接地方式时，闭合第二接地单元的交流接触器S₅，并根据设置的小电阻接地系统的接地阻值控制第二小电阻等效模块的一组接触器S₇₁、S₇₂、S₇₃、S₇₄、S₇₅即可；

步骤S2：当需要构造中性点不接地系统与中性点经消弧线圈接地系统的混合接地方式时，闭合第二接地单元的交流接触器S₅，根据设置的消弧线圈补偿度与组态网络的电容初始值控制第二等效消弧线圈模块的一组接触器S₆₁、S₆₂、S₆₃、S₆₄、S₆₅、S₆₆、S₆₇、S₆₈即可；

步骤S3：当需要构造中性点经小电阻接地系统与中性点经小电阻接地系统的混合接地方式时，闭合第一接地单元的交流接触器S₁与第二接地单元的交流接触器S₅，并根据设置的两组小电阻接地系统的接地阻值控制第一小电阻等效模块的一组接触器S₃₁、S₃₂、S₃₃、S₃₄、S₃₅与第二小电阻等效模块的一组接触器S₇₁、S₇₂、S₇₃、S₇₄、S₇₅即可；

步骤S4：当需要构造中性点经消弧线圈接地系统与中性点经消弧线圈接地系统的混合接地方式时，闭合第一接地单元的交流接触器S₁与第二接地单元的交流接触器S₅，并根据设置的两组消弧线圈补偿度控制第一消弧线圈等效模块的一组接触器S₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄、S₂₅、S₂₆、S₂₇、S₂₈与第二消弧线圈等效模块的一组接触器S₆₁、S₆₂、S₆₃、S₆₄、S₆₅、S₆₆、S₆₇、S₆₈即可；

步骤S5：当需要构造中性点经小电阻接地系统与中性点经消弧线圈接地系统的混合接地方式时，闭合第一接地单元的交流接触器S₁与第二接地单元的交流接触器S₅，并根据设置的小电阻接地系统接地电阻阻值与消弧线圈补偿度控制第一小电阻等效模块的一组接触器S₃₁、S₃₂、S₃₃、S₃₄、S₃₅与第二消弧线圈等效模块的一组接触器S₆₁、S₆₂、S₆₃、S₆₄、S₆₅、S₆₆、S₆₇、S₆₈即可。

Claims (2)

1.一种组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统，其特征在于，包括第一接地变压器(1)、第二接地变压器(2)、电阻无级可调的第一小电阻等效模块(3)和第二小电阻等效模块(4)、消弧线圈补偿度无级可调的第一等效消弧线圈模块(5)和第二等效消弧线圈模块(6)、多个交流接触器、多个电流互感器；

所述的第一小电阻等效模块和第一等效消弧线圈模块并联后的一端与第一电流互感器CT₁连接，另一端接地，该第一电流互感器CT₁的另一端与第一接地变压器连接，第一接地变压器的另一端与交流接触器S₁连接，所述交流接触器S₁的另一端与第三电流互感器CT₃连接，构成第一接地单元；

所述的第二小电阻等效模块和第二等效消弧线圈模块并联后的一端与第二电流互感器CT₂连接，另一端接地，该第二电流互感器CT₂的另一端与第二接地变压器连接，第二接地变压器的另一端与交流接触器S₅连接，所述交流接触器S₅的另一端与第四电流互感器CT₄连接，构成第二接地单元。

2.根据权利要求1所述的组态式配电网动模混合接地方式的模拟系统，其特征在于，所述的第一小电阻等效模块包括5个电阻R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅和5个交流接触器S₃₁、S₃₂、S₃₃、S₃₄、S₃₅，五个电阻串联，每个电阻的两端并联一个交流接触器；

所述的第二小电阻等效模块包括5个电阻R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、R₃₅和5个交流接触器S₇₁、S₇₂、S₇₃、S₇₄、S₇₅，五个电阻串联，每个电阻的两端并联一个交流接触器；

所述的第一等效消弧线圈模块包括8个电抗器X₁₁、X₁₂、X₁₃、X₁₄、X₁₅、X₁₆、X₁₇、X₁₈和8个交流接触器S₂₁、S₂₂、S₂₃、S₂₄、S₂₅、S₂₆、S₂₇、S₂₈，一个电抗器串联一个交流接触器，然后所有的电抗器并联后与阻尼电阻R₂串联，阻尼电阻R₂的两端并联交流接触器S₄；

所述的第二等效消弧线圈模块包括8个电抗器X₂₁、X₂₂、X₂₃、X₂₄、X₂₅、X₂₆、X₂₇、X₂₈和8个交流接触器S₆₁、S₆₂、S₆₃、S₆₄、S₆₅、S₆₆、S₆₇、S₆₈，一个电抗器串联一个交流接触器，然后所有的电抗器并联后与阻尼电阻R₄串联，阻尼电阻R₄的两端并联交流接触器S₈。