CN210923932U - 一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种10‑66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，包括MCU处理单元、按键板、开关量输出单元以及连接在配网中相线与地之间的间歇性弧光接地触发单元；所述MCU处理单元的输入端连接用于输入控制条件的按键板，MCU处理单元的输出端经开关量输出单元连接间歇性弧光接地触发单元的受控端。本实用新型结构形式简单，能够真实、可靠的模拟配网间歇性弧光接地故障，而且弧光接地故障的发生相角可控、单次弧光持续时间可控、各次弧光的间隔时间可控，能够满足不同弧光接地故障的实验需求，为研究电力系统接地故障提供了可靠基础。

Description

一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统故障状态模拟技术领域，特别是一种用于模拟配网间歇性弧光接地的试验装置。

背景技术

电力系统故障中，单相弧光接地过电压对配电网极具破坏性，配网试验平台中研究和配置单相弧光接地故障试验模型对分析间歇性弧光接地故障具有重要意义。

目前，常用的实现人工单相弧光接地故障的方式有两种：一种是高压电力电子开关实现方式，这种基于大功率晶闸管的弧光接地试验设备，通过触发脉冲信号使得晶闸管在任意角度导通，控制燃弧相角，利用晶闸管电流过零关断和磁吹式灭弧装置实现熄弧，从而真实模拟出放电频率、放电相位可控的弧光接地现象；但是电力电子串联工作故障率太高，可靠性差，且大功率晶闸管其反向截止特性只能允许单向的脉冲波形，而不能再现高频率的震荡波形，所得到的试验波形严重偏离真实情况。另一种是高压磁控开关实现方式，该方式是利用干簧管动作速度快的优点，通过控制电磁场实现频率可调、相角可控的接地试验，但经过对干簧管产品技术参数的了解，虽工作频率高、耐压也可以达到14kV(峰值)，但功率太小，基本上没有100VA以上产品。故上述两种方案均不理想。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种频率以及相角均可控的10kV-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，用于可靠、稳定地进行配网间歇性弧光接地故障，为电力系统接地故障的研究提供基础。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，包括MCU处理单元、按键板、开关量输出单元以及连接在配网中相线与地之间的间歇性弧光接地触发单元；所述MCU处理单元的输入端连接用于输入控制条件的按键板，MCU处理单元的输出端经开关量输出单元连接间歇性弧光接地触发单元的受控端。

所述间歇性弧光接地触发单元的具体结构为，间歇性弧光接地触发单元包括并列设置的多组串联开关支路，串联开关支路包括串联连接的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关；各串联开关支路以及各串联开关支路中的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别在MCU处理单元的指令下由开关量输出单元独立控制。

上述间歇性弧光接地触发单元的改进在于：所述弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别为独立继电器的触点。

本实用新型的进一步改进在于：所述间歇性弧光接地触发单元包括并列设置的五组串联开关支路。

本实用新型的改进还在于：所述MCU处理单元的输出端经液晶驱动电路连接有液晶显示屏。

作为本实用新型的优化：所述MCU处理单元的输入端连接有采集间歇性弧光接地触发单元中各开关状态的开关量输入单元，MCU处理单元的输出端连接用于发出故障报警的故障指示单元。

作为本实用新型的优化：所述MCU处理单元的输入端连接有采集模拟配网中电压信号的模拟信号采集单元。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型结构形式简单，能够真实、可靠的模拟配网间歇性弧光接地故障，而且弧光接地故障的发生相角可控、单次弧光持续时间可控、各次弧光的间隔时间可控，能够满足不同弧光接地故障的实验需求，实验范围广，为研究电力系统接地故障提供了可靠基础。

附图说明

图1为本实用新型的电气原理图；

图2为本实用新型所述串联开关支路中两个串联开关分合闸的时态图；

图3为实施例中MCU处理单元与开关量输入单元、开关量输出单元以及模拟信号采集单元之间的电气原理图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其电气原理如图1所示，包括MCU处理单元、按键板、开关量输入单元、开关量输出单元、间歇性弧光接地触发单元、模拟信号采集单元、液晶显示屏以及故障指示单元；所述MCU处理单元的输入端分别与按键板、开关量输入单元和模拟信号采集单元的输出端连接，MCU处理单元的输出端经开关量输出单元连接间歇性弧光接地触发单元的受控端，MCU处理单元的输出端还分别与液晶显示屏以及故障指示单元的受控端连接。

其中，按键板用于根据实验条件向MCU处理单元输入控制条件，控制条件包括模拟弧光接地的发生相角、单次弧光的持续时间以及各次弧光发生间的时间间隔等。MCU处理单元的核心部件为MCU处理器。

间歇性弧光接地触发单元连接在配网中相线A与地GND之间，如图1所示；包括并列设置的多组串联开关支路，串联开关支路包括串联连接的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关，且弧光接地起始相角控制开关为常开开关，弧光接地结束相角控制开关为常闭开关；各串联开关支路以及各串联开关支路中的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别在MCU处理单元的指令下由开关量输出单元独立控制。本实用新型所述的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别为独立继电器的触点。

受继电器性能的影响，单只开关在闭合一定时间后才能发分断命令，而本实用新型的串联开关支路采用两个开关串联的结构，可以解决单只开关防跳功能的限制，避免开关分断时刻受分断延时的制约，一只开关实现弧光接地的起始相角控制，一只实现弧光接地的结束相角控制，由此实现单次弧光相角及持续时间的随意控制。另外，本实用新型采用多组串联开关支路并列设置的方式，且每组均为独立控制，按照设定的次序顺次动作，可以实现各次弧光的间隔时间可控的间歇性接地故障的模拟。

由于装置功能受储能时间的限制，很快速的间歇性弧光接地总的持续时间则与串联开关支路的数量相关联。本实用新型考虑到配电网对地电容充放电时间，结合额定电压为10-66kV，额定电压为1250A，重复接地的时间间隔频率不小于100Hz，研究的时间不宜小于100ms，按照间歇性弧光接地过程中故障和恢复的频率最高50Hz计算，间歇性弧光接地触发单元包括了并列设置的五组串联开关支路。

图1示出了本实用新型间歇性弧光接地触发单元包含的由弧光接地起始相角控制开关K11和弧光接地结束相角控制开关K12串联构成的第一串联开关支路、由弧光接地起始相角控制开关K21和弧光接地结束相角控制开关K22串联构成的第二串联开关支路、由弧光接地起始相角控制开关K31和弧光接地结束相角控制开关K32串联构成的第三串联开关支路以及由弧光接地起始相角控制开关KN1和弧光接地结束相角控制开关KN2串联构成的第N串联开关支路。

MCU处理单元对实验要求进行分析后，向开关量输出单元发出控制指令，开关量输出单元进一步控制间歇性弧光接地触发单元进行弧光接地的模拟。本实施例中，开光量输出单元的电路如图3所示，包括分别与各串联开关支路连接的驱动电路，驱动电路中主要包括光耦隔离模块OPo和连接在继电器线圈两端的24V供电支路；光耦隔离模块OPo的输入端一端接电源3.3V，另一端接MCU处理器的KO管脚；供电支路的一端连接光耦隔离模块的输出端，供电支路的另一端接地。

歇性弧光接地触发单元动作过程中以及完成后，通过开光量输入单元采集间歇性弧光接地触发单元中各开关的状态信号，并发送给MCU处理单元，MCU处理单元对开关量输入单元采集的状态信号进行处理后，发送给液晶显示屏进行显示。本实施例中，开关量输入单元的电路图如图3所示，包括与各串联开关支路连接的信号处理支路，信号处理支路中主要包括LC滤波电路和光耦隔离模块OPi，LC滤波电路的输入端连接歇性弧光接地触发单元，LC滤波电路的输出端连接光耦隔离模块OPi的输入端，光耦隔离模块OPi的输出端连接MCU处理器的INO管脚。

本实用新型中，MCU处理单元的输入端连接有模拟信号采集单元，用于采集模拟配网中的电压信号，MCU处理单元的输出端连接用于发出故障报警的故障指示单元。在实施例中，模拟信号采集单元的电路图如图3所示，包括信号隔离互感器T以及连接在信号隔离互感器二次侧级联的运算放大器AMP，二级运算放大器的输出端连接MCU处理器的模拟量采集端ADC，模拟量信号经信号隔离互感器T隔离并进行信号变换后，通过二级运放处理进入MCU处理器。

液晶显示屏的输入端连接MCU处理单元的输出端，还可对间歇性弧光接地故障的状态进行显示。故障时，MCU处理单元还可通过故障指示单元发出故障报警。

本实用新型用于进行单相弧光接地实验时，以第一串联开关支路为例，控制其发生相角和弧光持续时间的时态如图2所示，具体为：在0时刻，向弧光接地起始相角控制开关K11开关发出断开动作命令，时间段T1为K11开关闭合动作延迟时间；在t1时刻，向弧光接地起始相角控制开关K11开关发出闭合动作命令，时间段T3为开关K11闭合时间；在0时刻，向弧光接地结束相角控制开关K12开关发出闭合动作命令，时间段T2为K12开关断开动作延迟时间，在t2时刻，向弧光接地结束相角控制开关K11开关发出断开动作命令；在t3时刻弧光结束。再此控制过程中，弧光接地起始相角控制开关K11和弧光接地结束相角控制开关K12同时处于闭合状态的时间段为t2-t1，故该线路发生单次弧光接地的起始相角时刻为t1，接地结束的相角时刻为t2，弧光持续时间为t2-t1。因此，可以通过控制弧光接地起始相角控制开关的闭合时间确定弧光接地开始的相角时刻，可以通过控制弧光接地结束相角控制开关的断开时间确定弧光接地结束的相角时刻，可以通过控制弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关共同处于闭合状态的时间来控制弧光持续的时间。

然后，可以根据间歇性的实验需求，分别控制其他串联开关支路的动作状态从而实现对不同弧光接地故障的发生相角、单次弧光持续时间以及各次弧光的间隔时间进行控模拟。

当然，本实用新型所述的串联开关支路中的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关可以均为常闭开关或常闭开关，也可以是弧光接地起始相角控制开关为常闭开关、弧光接地结束相角控制开关为常开开关；控制不同弧光接地故障的发生相角和单次弧光持续时间时，根据开关状态以及按键板输入的实验需求进行控制即可。

Claims (7)

1.一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：包括MCU处理单元、按键板、开关量输出单元以及连接在配网中相线与地之间的间歇性弧光接地触发单元；所述MCU处理单元的输入端连接用于输入控制条件的按键板，MCU处理单元的输出端经开关量输出单元连接间歇性弧光接地触发单元的受控端。

2.根据权利要求1所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述间歇性弧光接地触发单元包括并列设置的多组串联开关支路，串联开关支路包括串联连接的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关；各串联开关支路以及各串联开关支路中的弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别在MCU处理单元的指令下由开关量输出单元独立控制。

3.根据权利要求2所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述弧光接地起始相角控制开关和弧光接地结束相角控制开关分别为独立继电器的触点。

4.根据权利要求2或3所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述间歇性弧光接地触发单元包括并列设置的五组串联开关支路。

5.根据权利要求1所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述MCU处理单元的输出端经液晶驱动电路连接有液晶显示屏。

6.根据权利要求1所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述MCU处理单元的输入端连接有采集间歇性弧光接地触发单元中各开关状态的开关量输入单元，MCU处理单元的输出端连接用于发出故障报警的故障指示单元。

7.根据权利要求1所述的一种10-66kV配网间歇性弧光接地真型模拟试验装置，其特征在于：所述MCU处理单元的输入端连接有采集模拟配网中电压信号的模拟信号采集单元。

Images