CN216847988U - 一种电网单相接地故障模拟负载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电网单相接地故障模拟负载装置，包括：三个选相接触器S1‑S3，三个选相接触器的一端分别连接外部主动干预型消弧装置的高压三相进线，另一端共接形成接点J；零序电流采样传感器，用于采集接点J处的零序电流；零序电压采样传感器，用于采集接点J处的零序电压；至少7个不同阻值的模拟接地电阻器R1‑R7，各模拟接地电阻器的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至接点J；远程通信单元模块，包括电源、单片机控制器、远程通信接口，单片机控制器从电源取电，并经远程通信接口与外部远程控制中心远程通信，且分别连接零序电流采样传感器、零序电压采样传感器，以及各接触器的受控端。

Description

一种电网单相接地故障模拟负载装置

技术领域

本实用新型涉及一种电网单相接地故障模拟负载装置，属于电网故障模拟接地实验应用领域，主要用于电网故障模拟与控制。

背景技术

我国3～66kV中压配网系统中，大部分采用中性点不接地或者经消弧线圈接地运行方式。针对此类电网供电系统，当系统中某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，因此称为小电流接地系统。实践运行表明，3～35KvA发生单相接地故障几率最高，约占系统电气总故障的85％以上，当系统发生单相接地故障时，故障相电压迅速降低(接近为0)，而非故障相电压则上升到倍，使得非故障线路对地电压升高，线路绝缘受到严重威胁，从而影响到电力系统的安全运行。根据我国电力现行规定，在发生单相接地故障后，电网仍可运行两小时，但从实际运行情况此类故障增加了电力系统的安全运行风险，我国因系统接地后引起的接地跳闸事故，占企业事故的80％以上，因此对于当前单相接地故障及接地系统的研究非常广泛，而单相接地装置也在不断的生产研发并安装使用。

目前接地装置主要分两类：一类是传统的消弧线圈接地装置；另一类是主动干预型消弧电源接地装置。主动干预型消弧接地装置因响应速度快，补偿后零线电压变为原故障相同电压幅值，同相位的电压，故障相电压经补偿后为0电压或者较低电压，因此主动干预型消弧接地装置大大降低了故障相电压的危险性，未来极具潜力，目前各地电网也在陆续配备中。

主动干预型消弧装置，采用单相接地故障相稳态接地转移方式，实现消弧、选线、人身防护功能，并采用经低励磁阻抗升压变压器的信号注入方式实现自动复归。

如图1所示为主动干预型消弧装置模拟单相接地故障时的系统运行电气图。系统包括多条高压线路(图中只画出了线路1、线路2，实际运行环境中包含多条高压线路)、线路切换高压开关、主动干预型消弧接地装置及配套升压变压器。

当接地故障时(如模拟A相故障)，主动消弧接地装置故障相开关快速合闸，主动消弧接地装置通过升压变压器补偿中性点电压为原电网系统单相电压(10kV)，该电压与原故障相(A相)电压同电压幅值，同频率，同相位，因此将故障线路(A相)的电压补偿为零电压，减小了接地故障位置的触电风险，而中性点电压为原故障相(A相)电压(10kV)，保证电网中的A、B、C三相电压处于平衡状态，不会出现因为某一项故障时，导致另外两相电压升高导致高压绝缘受到损坏的情况。主动干预型消弧装置，通过反复采样判断零序电压及零序电流的大小，从而可以实时监控和判断故障的状况，当检测到接地故障不存在后，能够及时断开主动干预型消弧接地装置的电压补偿，此时，电网系统能够快速恢复正常运行；当故障再次发生时，又能够及时让主动干预型消弧装置合闸进行系统补偿，保证故障接地点的电压接近为零电压，使故障发生点不存在安全隐患。

主动干预型消弧装置一般适用于60KV以下的配电网络，但在实际应用中，因10kV的电压等级接近用户侧，因此主动干预型消弧装置主要应用场合为10kV的电网系统。10kV电网系统一般处于人口稠密处或偏远的郊区，运行环境恶劣，易受到各种干扰。配电网因其分支较多，接线复杂等原因，易发生单相接地故障，而引起单相故障的原因有以下几点：

1)树枝，配电网中10kV电压等级配电杆塔不高、面积跨度大、线路弧垂大，易被自然界中的树枝搭接，尤其是遇到大风、覆冰、积雪时，极易产生单相接地故障。

2)违章建筑，配电线安全距离内出现违章建筑时，极有可能产生空气放电，导致出现单相接地故障。

3)鸟害，鸟类搭建巢穴，造成线路接地故障。

4)用户侧错误用电导致接地故障。

5)绝缘端子脏污，在雨雾天气容易造成爬电故障。

主动干预型消弧接地装置在出厂运行前，需要经高压试验室进行单相接地故障模拟试验。目前针对主动干预型消弧装置的研究和开发已经非常成熟，但针对主动干预型消弧装置的测试设备及模拟负载装置研究很少。我公司在武汉特高压研究试验基地进行主动干预型消弧装置实验时，发现了上述问题，因此设计了本实用新型所述的装置。

实用新型内容

本实用新型为改善现有技术的不足之处，而提供一种电网单相接地故障模拟负载装置。

本实用新型提供的电网单相接地故障模拟负载装置，包括：

三个选相接触器S1-S3，三个选相接触器的一端分别连接外部主动干预型消弧装置的高压三相进线，另一端共接形成接点J；

零序电流采样传感器，用于采集接点J处的零序电流；

零序电压采样传感器，用于采集接点J处的零序电压；

至少7个不同阻值的模拟接地电阻器R1-R7，各模拟接地电阻器的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至接点J；

远程通信单元模块，包括电源、单片机控制器、远程通信接口，单片机控制器从电源取电，并经远程通信接口与外部远程控制中心远程通信，且分别连接零序电流采样传感器、零序电压采样传感器，以及各接触器的受控端。

进一步的，还包括数字电位计Rj，数字电位计Rj一端接地，另一端分别经一高压真空接触器连接至所述接点J，数字电位计Rj的控制脚连接所述单片机控制器。

进一步的，所述模拟接地电阻器R1-R7的阻值分别为0欧姆、500欧姆、1000欧姆、2000欧姆、4000欧姆、10000欧姆、16000欧姆，所述数字电位计的阻值范围为50欧姆～5000欧姆。

进一步的，还包括至少4个不同容值档位的电容器C1-C4，各电容器的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至所述接点J。其中，4个电容器的容值分别为1.09uf、2.18uf、2.18uf、4.36uf。

进一步的，所述单片机控制器是经中间继电器连接各接触器的受控端。

进一步的，所述远程通信接口是RS485、串口或网络通信接口。

相对于现有技术，本实用新型能够达到以下有益效果：

1.采用本实用新型设计的单相接地模拟负载装置，能够模拟单相接地时的各种接地环境，并通过选相接触器共接设置，实现单一装置就能分时模拟三相故障，完成整套单相接地故障模拟实验负载的功能，简化了配套结构；

2.本实用新型采用基于远程通信的控制接触器自动切换的方式，能够实现远程快速控制不同类型的故障模拟负载切换，大大缩短了故障模拟实验时切换不同类型接地故障负载的时间，操作人员不需要在接地故障现场进行手动模拟故障负载切换，减少了人员安全事故的发生，提高了电网系统的安全运行能力；

3.本实用新型通过在接点J处设置电流传感器、电压传感器检测零序电流、零序电压，以零序电流、零序电压反馈主动干预型消弧装置进行故障接地补偿效果(若故障点补偿成功，零序电压和零序电流将趋近于零)传输至远程控制器中心显示，实现结果采集自动化以及简单化，系统整体成本得到控制。

进一步的，采用了可调式电阻器，以及增加了不同电容值的电容器，能够实现更多不同负载类型的单相接地故障的模拟，能够适应更加复杂的单相接地故障模拟实验的需求。

所述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1是现有技术中主动干预型消弧装置的电气拓扑图；

图2是本实用新型的单相接地模拟负载装置的电气拓扑图；

图3是远程通信单元模块电路方框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

主动干预型消弧装置引起故障的原因，其根本差异为接地故障时的接地电阻大小差异，因此采用不同电阻值的接地负载可以模拟上述类型的接地故障，有基于此，本实施例设计的电网单相接地故障模拟负载装置如图2所示，由高压进线端子排、3个选相接触器S1-S3、零序电压采样传感器、零序电流采样传感器、7种电阻值的模拟接地电阻器R1-R7、4个电容器C1-C4、1个数字电位计器Rj，以及用于切换不同负载的高压真空接触器K1-K11和远程通信控制单元组成。

本实施例中，根据主动干预型消弧装置引起单相故障原因(树枝、违章建筑、鸟害、错误用电、绝缘端子脏污)，配备模拟接地电阻器R1-R7的阻值分别为0欧姆、500欧姆、1000欧姆、2000欧姆、4000欧姆、10000欧姆、16000欧姆等7种，以全面模拟各类故障情况下的接地电阻大小，并搭配50欧姆～5000欧姆数字电位计作为故障模拟负载的补充电阻，可以满足更为复杂的接地试验需求。进一步的，考虑到在实际的电网中，单相接地故障发生时，接地点负载可能存在电容特性，配置4个电容器的容值分别为1.09uf、2.18uf、2.18uf、4.36uf。

连接时，三个选相接触器S1-S3的一端分别连接外部主动干预型消弧装置的高压三相进线，另一端共接形成接点J。零序电流采样传感器、零序电压采样传感器分别采集接点J处的电流电压。模拟接地电阻器R1-R7、电容器以及数字电位计Rj的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至接点J。

参见图3，远程通信控制单元包括电源、中间继电器、单片机控制器、远程通信接口，单片机控制器从电源取电，并经远程通信接口与外部远程控制中心远程通信，且分别连接零序电流采样传感器、零序电压采样传感器，以及分别经一中间继电器连接上述各接触器的受控端。

其中，远程通信接口可以选用为RS485、串口或网络通信接口，但不限于这几种通信方式，还可以依据控制中心的实际通信需求，如控制中心设备使用CAN通信接口(CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称)，则通信控制单元也使用CAN通信接口与之匹配。

中间继电器用于与真空接触器进行连接，实现合闸与分闸控制时高低压电源的隔离。

单片机控制器主要处理由远程控制中心发送的指令信号，并通过控制中间继电器来控制选相接触器和电阻器及电容器上的接触器，以实现对不同相线路，不同电阻或电容负载的单相接地故障的模拟。

目前，高压试验基地往往可以模拟3～4条高压线路中某一条高压线路单相接地故障的模拟试验，而高压线路切换单元一般放在电网线路配电柜中。因此在设计单相接地故障模拟负载装置时不需要考虑进线选线设计，高压进线柜选择好进线线路后(如线路1)，将进线(线路1)的A，B，C三相电接入到单相故障接地模拟负载装置高压进线端子上，将远程通信单元模块接入到电网系统的远程通信控制主机上，选相高压真空接触器和电阻器和电容器上的接触器均处于断开状态。主动干预型接地消弧装置按图1方式接入到高压试验基地电网系统中，单相模拟负载装置中的零序电压和零序电流传感器接入到主动干预型消弧接地装置以及高压实验室电网控制中心(即远程控制中心)中，用于故障判断。

当高压实验室电网控制中心开始模拟单相故障接地时，先发送选相指令(如模拟A相故障)，远程通信单元模块接收到电网控制中心的选相命令(A相)则控制选相接触器A相进行合闸；当电网控制中心发送模拟电阻接地故障(如500欧姆)时，远程通信单元模块控制500欧姆串联端的接触器合闸，此时线路1的A相模拟电网单相接地故障，主动干预型消弧接地装置通过零序电压和零序电流的特点判断为A相小电阻接地，并开始通过升压变压器向中性点补偿与A相同频同相同电压幅值的电压，此时零序电压和零序电流会逐渐减小到零，单相故障接地点位置实现了安全电压接地。此时，如果电网控制中心发送故障模拟停止命令时，远程通信单元模块将断开500欧姆上串联的接触器，单相接地故障消失，主动干预型消弧接地装置通过检测零序电压和零序电流的变化，从而判断出接地故障消失，停止对中性点的电压补偿，电网恢复正常运行。

同理，可以通过远程控制切换不同电阻值的接地负载来模拟包括金属接地及高阻接地等不同电阻的单相故障接地方式时，主动干预型消弧接地装置对故障的处理情况。

在实际的试验过程中，还会通过接入电容器来控制接地电阻的电流大小，以便于更好的模拟不同环境下接地的实际情况。

依照图1所示系统电路图，搭建电网单相接地故障模拟系统，并采用上述软件控制策略对图1所述电网单相接地故障模拟系统进行故障模拟实验，通过实验证明当单相接地模拟负载装置发生接地故障时，主动干预型消弧接地装置能够有效的进行电压补偿，在故障刚刚发生主动干预型消弧接地装置未接入动作前存在较大的瞬时故障电流，主动消弧接地装置动作接入后，故障点的电流被钳位在0电流附近很好的保证了故障位置的电气安全，因此单相接地故障模拟负载装置能够很好的配合实现不同类型故障的有效模拟。实际试验过程中，操作人员只需要发生接通不同线路，不同接地负载的控制指令，便可以实现远程操作单相接地负载装置，切换时间短，操作安全可靠，极大的改善了原来需要到接地现场更换不同类型的负载的问题，节省了实验时间。

最后应说明的是，本实用新型实施例公开仅为本实用新型较佳实施例而已，仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各项实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各项实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，包括：

三个选相接触器S1-S3，三个选相接触器的一端分别连接外部主动干预型消弧装置的高压三相进线，另一端共接形成接点J；

零序电流采样传感器，用于采集所述接点J处的零序电流；

零序电压采样传感器，用于采集所述接点J处的零序电压；

至少7个不同阻值的模拟接地电阻器R1-R7，各模拟接地电阻器的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至所述接点J；

远程通信单元模块，包括电源、单片机控制器、远程通信接口，所述单片机控制器从电源取电，并经远程通信接口与外部远程控制中心远程通信，且分别连接零序电流采样传感器、零序电压采样传感器，以及各接触器的受控端。

2.如权利要求1所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，还包括数字电位计Rj，数字电位计Rj一端接地，另一端分别经一高压真空接触器连接至所述接点J，数字电位计Rj的控制脚连接所述单片机控制器。

3.如权利要求2所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，所述模拟接地电阻器R1-R7的阻值分别为0欧姆、500欧姆、1000欧姆、2000欧姆、4000欧姆、10000欧姆、16000欧姆，所述数字电位计的阻值范围为50欧姆～5000欧姆。

4.如权利要求3所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，还包括至少4个不同容值的电容器C1-C4，各电容器的一端接地，另一端分别经一高压真空接触器共同连接至所述接点J。

5.如权利要求3所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，4个电容器C1-C4的容值分别为1.09uf、2.18uf、2.18uf、4.36uf。

6.如权利要求1所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，所述单片机控制器是经中间继电器连接各接触器的受控端。

7.如权利要求1所述的电网单相接地故障模拟负载装置，其特征在于，所述远程通信接口是RS485、串口或网络通信接口。

Images