WO2013131392A1

WO2013131392A1 - 直流电源动态模拟仿真系统和直流电源试验系统

Info

Publication number: WO2013131392A1
Application number: PCT/CN2012/086786
Authority: WO
Inventors: 秦睿; 郑伟; 张忠元; 王维洲; 智勇; 马超; 杨勇; 崔力心; 安亮亮; 拜润卿; 梁琛
Original assignee: 甘肃省电力公司电力科学研究院; 甘肃省电力公司; 国家电网公司
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CN102590743A; CN102590743B; CN202486287U; CA2866400A1

Abstract

本发明公开了一种直流电源动态模拟仿真系统和直流电源试验系统。该直流电源动态模拟仿真系统包括蓄电池、充电柜、控制柜、试验柜、电阻柜、馈线柜、事故照明柜、通信电源柜和交流配电柜，通信电源柜、事故照明柜电连接在交流配电柜上，充电柜将交流配电柜的交流电转换为直流电，并将该直流电储存到蓄电池中，蓄电池和充电柜通过选择开关为试验柜、馈线柜提供直流电源，电阻柜中的滑动电阻调节试验柜电路中的电流大小，控制柜通过控制开关对试验柜进行控制，馈线柜电连接在蓄电池上。为直流系统保护元件的配置推荐合理的具有选择性保护的方案。以达到在电力应用中实现安全、实用和精确的目的。

Description

直流电源动态模拟仿真系统和直流电源试验系统技术领域本发明涉及电力设备保护领域，具体地，涉及一种直流电源动态模拟仿真系统和直流电源试验系统。背景技术直流电源系统是保证电网安全稳定运行的重要设备。正常运行时，直流系统为断路器提供合闸电源，为继电保护及自动装置、通讯装置等提供直流电源；故障时，特别是交流电源中断的情况下，直流系统为继电保护及自动装置、断路器的控制装置、事故照明提供安全可靠的直流电源。直流系统是电力系统继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证。但如果直流回路保护设备选择不当、级差配合不合理，在故障情况下保护设备越级动作或不能正确切除短路故障，会导致引发或扩大电网事故。由于发电厂和变电所直流系统的供电内容多，回路分布广，在一个直流网络中往往有许多支路需要设置断路器或熔断器来进行保护，并往往分成三至四级串联，这就存在着保护电器如何正确选型及上、下级之间选择性保护的配合问题。所谓选择性保护是指配电系统中两个或几个断路器或熔断器之间的电流一时间特性的配合，当在给定范围内出现过电流故障时，指定在这个范围动作的断路器或熔断器动作，而其它的断路器或熔断器不动作，从而将受故障影响的负载数目保持在最小程度。不同供电部门对变电站蓄电池容量的选取、直流屏及测控保护屏供电方式、直流电路的连接方式和负载重要程度等技术要求不同，其分布位置就相应不同，导致导线、导体选取的截面积、长度都不一样，这些因素的差异，都会使直流回路电阻值产生变化，电阻值的变化使短路电流值也随之产生变化，致使每个变电站的短路电流都不一样。为满足级差配合的选择性要求，主要采取以下三种方法： ( 1 )一种方法是直流系统中馈电屏（或分电屏）上断路器与测控保护屏上断路器采用一对一的供电方式，该方式导致的问题是：每对断路器之间都有二根导线，馈电屏（或分电屏）与测控保护屏之间的距离小则十几米，多则上百米，这又多又长的导线捆在一起，经过多年的运行使用会产生复杂而又混乱问题，如：导线与断路器连接松动；导线的绝缘下降；意外的破损；交织在一起的导线隐藏着多路相互短路或电弧放电着火等危害，将会导致测控保护屏全面失电的重大隐患；

(2)另一种方式是盲目加大上级断路器的额定电流，通过加大上、下级断路器瞬动整定值的差值来保证选择性要求，这样做不仅有可能会造成上级断路器灵敏度不够，导致断路器拒动，且大容量开关器件成本高，经济性较差；

(3 )为提高级差配合的选择性要求，还有一种方式是为了跟上级主电屏或分电屏上的具有 C型脱扣器特性的小型直流断路器实现选择性保护，测控保护屏选用具有 B 型脱扣特性的小型直流断路器，此种方式存在着误动的风险。基于以上原因，直流系统的保护的选择性对直流系统的正常运行有着重要的意义，但是现有技术中缺少对直流电源系统的测试手段，造成了直流电源系统建设缺少测试进行验证。针对现有技术中缺少针对直流电源系统的试验环境的问题，目前尚未提出有效的解决手段。发明内容本发明针对上述问题，提出一种直流电源动态模拟仿真系统，从而为不同型号的断路器与断路器、断路器与熔断器的级差配合提供试验平台，使其在电力应用中实现安全、实用和精确的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直流电源动态模拟仿真系统，包括蓄电池、充电柜、控制柜、试验柜、电阻柜、馈线柜、事故照明柜、通信电源柜和交流配电柜，通信电源柜、事故照明柜电连接在交流配电柜上，充电柜将交流配电柜的交流电转换为直流电，并将该直流电储蓄到蓄电池中，蓄电池和充电柜通过选择开关为试验柜、馈线柜提供直流电源，电阻柜中的滑动电阻调节试验柜电路中的电流大小，控制柜通过控制开关对试验柜进行控制，馈线柜电连接在蓄电池上。根据本发明的优选实施例，蓄电池为两套。根据本发明的优选实施例，试验柜为断路器和熔断器极差配合试验平台。根据本发明的优选实施例，系统连接有控制整个系统的计算机。根据本发明的优选实施例，电阻柜和试验柜的电路中连接有多通道录波仪，该多通道录波仪分别获取可调电阻回路和试验回路的电流波形，用于实时记录极差配合试验过程中的电流变化趋势，为分析直流电源系统保护元件极差配合提供依据。根据本发明的另一个方面，还提供了一种直流电源试验系统。该直流电源试验系统包括：试验柜，用于布置待测断路器和待测熔断器，试验柜包括多个控制开关，该多个控制开关用于控制待测断路器和待测熔断器的连接方式；电阻柜，用于布置电阻，上述电阻连接待测断路器和待测熔断器所在的直流电路中，以调整直流试验电流；控制柜，与试验柜连接，用于向多个控制开关发送控制信号。进一步地，上述直流电源试验系统还包括：蓄电池，与试验柜和电阻柜分别连接，用于向试验柜和电阻柜提供直流电源；充电柜，与蓄电池连接，用于为蓄电池充电。进一步地，上述直流电源试验系统还包括：多通道录波仪，该录波仪的各通道分别用于获取并保存直流电路的电流波形。进一步地，上述直流电源试验系统还包括：分析校核模块，与试验柜连接，用于获取待测断路器和待测熔断器的动作数据，并根据动作数据分析待测断路器和待测熔断器的保护灵敏度。进一步地，上述分析校核模块，还用于获取直流电源试验系统的设备参数，并根据设备参数分析直流电源试验系统中设备是否满足电力设计规程的要求。进一步地，上述设备参数包括导线的参数，分析校核模块还用于分析导线的截面大小是否满足电力设计规程的要求。进一步地，上述分析校核模块，还用于根据动作数据分析直流电源试验系统中上下级保护器件的选择性。进一步地，上述直流电源试验系统还包括：结果输出模块，与分析校核模块连接，用于输出分析校核模块的分析结果。本发明的技术方案通过模拟配电直流系统的实际运行环境，实现对常用的不同厂家不同规格的直流断路器和熔断器的分断特性的测试，以及实现以上断路器和熔断器之间的级差配合方案的测试；搭建直流系统级差配合试验站，通过对直流断路器和熔断器在直流短路条件下的大量级差配合试验，以掌握在电力工程直流电源系统中常用的不同厂家不同型号的国产、进口断路器和熔断器在多种组合下的级差配合特性，探讨实现直流系统各级保护元件的选择性动作的条件，为直流系统保护元件的配置推荐合理的具有选择性保护的方案。以达到在电力应用中实现安全、实用和精确的目的。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图 1为本发明实施例所述的直流电源动态模拟仿真系统的电气结构示意图。其中： 1-断路器试品； 2-熔断器试品。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。如图 1所示，本实施例中的直流电源动态模拟仿真系统，包括蓄电池、充电柜、控制柜、试验柜、电阻柜、馈线柜、事故照明柜、通信电源柜和交流配电柜，通信电源柜、事故照明柜电连接在交流配电柜上，充电柜将交流配电柜的交流电转换为直流电，并将该直流电储蓄到蓄电池中，蓄电池和充电柜通过选择开关为试验柜、馈线柜提供直流电源，电阻柜中的滑动电阻调节试验柜电路中的电流大小，控制柜通过控制开关对试验柜进行控制，馈线柜电连接在蓄电池上。其中，蓄电池为两套，互为备用。试验柜为断路器和熔断器极差配合试验平台。系统连接有控制整个系统的计算机。电阻柜和试验柜的电路中连接有多通道录波仪，该多通道录波仪分别获取可调电阻回路和试验回路的电流波形，用于实时记录极差配合试验过程中的电流变化趋势，为分析直流电源系统保护元件极差配合提供依据。直流电源馈电系统采用辐射型供电网络。即直流系统各级的直流负荷一般由两路直流电源，在正常情况下一路工作，另一路处于热备用状态；若工作支路出现短路跳闸等异常情况下，备用供电支路能够自动的投入运行；系统以事件顺序记录（SOE) 方式详尽记录事件名称、动作时间、事件内容等相关内容，便于进行故障的分析、判断。系统通讯功能强，可以实现多种规约、不同通讯介质的通讯，可以实现同其它系统的通讯。直流接地检测：对直流电源系统母线及各级支路的接地支路、接地电阻值、极性等进行实时检测或显示，并对故障支路情况进行实时检测。馈线短路保护装置由能够正确区分交流高压断路器合闸回路的冲击合闸电流和直流系统的短路电流，能够实现对直流电源系统短路故障的快速识别与有选择地切除，并能及时调整系统的运行方式，将直流备用电源自动投入。断路器可实现本地、远方操作，断路器控制装置能正确反映直流系统的短路故障，并快速切除故障支路，投入相应的备用支路，以提高系统的运行可靠性。直流电源馈线的运行方式实现计算机实时监控，即能够实现远方或就地对直流馈线运行方式的控制，将直流馈线备用电源支路自动投入或切除，对直流系统母线及各支路的状态参量进行监视。系统配置直流系统自动控制与保护装置，能监测各个回路的负荷电流、接地电流、接地电阻，并控制各回路断路器。还能对整个直流系统的运行状态及运行参数实施在线监测，可以实现 "四遥"功能。直流系统合闸电源支路和控制电源支路断路器采用 ABB或同等进口产品，带电动操作机构，容量按回路参数配置。操作馈电支路断路器采用北京人民电器厂带自动延时分段的直流断路器；直流系统应具备事故照明自动切换功能。本发明还具有接地检测功能：完成直流系统绝缘的自动实时检测，检测过程不造成对直流母线对地电压的波动。一极接地和多极接地选线，并能够实现馈电支路串线的自动检测。实现多点接地故障的判别，在画面中及时显示和报警，指出接地支路及极性。实现直流系统母线电压、支路电流等状态参数的实时检测。本发明实施例具有的短路保护功能：保护装置具备选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求。能够分级切除同地或异地两极短路故障，各级短路能实现阶段式保护的要求。能够正确区分高压开关尤其是电磁操动机构合闸回路冲击合闸电流和短路电流。直流支路短路跳闸后，装置能够实现该支路重合闸的投退或重合闸时间的整定。对直流系统断路器状态能进行远方计算机控制，备用电源开关均设置软压板投退。备用电源支路自动投入功能：工作支路直流断路器保护动作跳闸后，装置能自动实时调整系统的供电运行方式，将备用支路自动投入。本发明还可以根据需要在直流母线加装闪光装置。装置能实现数据报表的自动生成和事故追忆。本发明的实施例还提供了一种直流电源试验系统。该直流电源试验系统包括：试验柜，用于布置待测断路器和待测熔断器，试验柜包括多个控制开关，该多个控制开关用于控制待测断路器和待测熔断器的连接方式；电阻柜，用于布置电阻，上述电阻连接待测断路器和待测熔断器所在的直流电路中，以调整直流试验电流；控制柜，与试验柜连接，用于向多个控制开关发送控制信号。控制柜通过对控制开关的操作，可以改变待测元件如断路器、熔断器的连接方式，同时改变直流电路中电阻的阻值，最终实现对电路电流的改变，完成对待测断路器和待测熔断器的试验工作。上述直流电源试验系统还可以包括：蓄电池，与试验柜和电阻柜分别连接，用于向试验柜和电阻柜提供直流电源；充电柜，与蓄电池连接，用于为蓄电池充电。蓄电池可以为两套，互为备用。通过蓄电池和充电柜，将交流供电变更为直流供电，从而提供了直流电源。上述直流电源试验系统还可以包括：多通道录波仪，该录波仪的各通道分别用于获取并保存直流电路的电流波形。录波已记录的数据，为进一步分析提供了基础。上述直流电源试验系统还可以包括：分析校核模块，与试验柜连接，用于获取待测断路器和待测熔断器的动作数据，并根据动作数据分析待测断路器和待测熔断器的保护灵敏度。该分析校核模块，同时获取电路中电流电压的数值，通过记录待测断路器和待测熔断器的动作数据，以上动作数据可以包括动作内容和动作时间，从而对应计算得出待测原件的保护灵敏度。上述分析校核模块，还可以用于获取直流电源试验系统的设备参数，并根据设备参数分析直流电源试验系统中设备是否满足电力设计规程的要求。上述设备参数可以包括导线的参数，上述分析校核模块还可以用于分析导线的截面大小是否满足电力设计规程的要求。除此以外，分析校核模块还可以蓄电池的容量、开关的额定数值等数据对配置方案进行校验。上述分析校核模块，还可以用于根据动作数据分析直流电源试验系统中上下级保护器件的选择性。利用待测断路器和待测熔断器的动作数据可以对上下级保护器件的选择性进行分析。上述直流电源试验系统还可以包括：结果输出模块，与分析校核模块连接，用于输出分析校核模块的分析结果。本发明的实施例的直流电源试验系统，可以由计算机仅数据采集、保存、分析，并对整个系统下发控制命令。本发明实施例中计算机的软件部分可以分为五大功能模块：数据库模块、线路配置模块、保护电器选型模块、保护电器分析校核模块、结果输出模块等。其中保护电器分析校核模块包括：导线 /电缆压降校核、保护电器灵敏度校核、额定电流校核、工作电压校核及上下级断路器选择性保护校核。该软件采用模块化设计的理念，方便管理与维护，为以后软件的升级打下基础。

1、数据库模块数据库部分是整个系统的基础，起着为线路布置和元件选型提供基础数据、为校核计算提供准则参数的作用。库结构的设计以数据库设计三大范式的要求为准则，并根据实际需要进行规划，确保数据库的增加、修改、删除及维护简便易行，可扩展性好;数据输入具有有效性判定。

2、线路配置模块根据实际直流电源系统的结构，现将线路配置模块分为 4个部分：依次为蓄电池、馈电屏、分电屏与测控保护屏。其中，蓄电池模块中包括蓄电池及出口保护元件、充电装置及充电回路开关与放电装置；馈电屏包括馈电屏电缆与馈电屏保护开关；分电屏包括分电屏电缆与分电屏保护开关；测保屏包括测保屏电缆、测保屏保护开关与负载。

3、保护电器选型模块线路配置完毕后，应首先设置负载电流，然后对直流系统中元件进行选型设置，主要包括保护元件选型与导线 /电缆选型。

4、保护电器分析校核模块直流电源系统中各元件选择合理性校核是该软件的主要功能，主要校核内容包括导线 /电缆压降校核、保护元件灵敏度校核、及上下级保护元件选择性校核。导线 /电缆压降校核对于导线 /电缆压降分析主要是由于在一般的直流系统中，对于导线 /电缆截面大小的选择不太看重，往往会由于截面选择过小导致压降过大，不满足要求。导线 /电缆压降校核的主要依据 DL /T 5044— 2004 《电力工程直流系统设计技术规程》而定。保护元件灵敏度校核保护元件的额定电流规格应根据实际直流系统正常工作电流大小选择，不应过大 (易造成拒动），也不应过小（易造成误动）。所谓的灵敏度分析，指的是单级保护元级件的校核，即分析当直流系统中出现故障电流时保护元件是否会拒动的判断。若需校核保护元件的灵敏度，首先要计算直流电源系统中各处的短路电流大小。得到直流电源系统中各处短路电流值后，需确定对于保护元件灵敏度要求最为苛刻的位置，即灵敏度最低的位置，实际分析时，即以此处作为校核保护元件灵敏度是否满足要求的标准。若保护元件在最苛刻的条件下均能满足灵敏度要求，则证明此保护元件不存在拒动的可能性。该软件中分析保护元件灵敏度时，以连接保护元件的导线 / 电缆的最末端作为判断标准。这是由于导线 /电缆最末端短路电流最小，相对来讲保护元件的灵敏度最低，此处为判断灵敏度的最苛刻的位置。判定灵敏度位置确定后，即可对保护元件灵敏度进行判定，保护元件分为断路器和熔断器两大类，其中断路器分为两段保护与三段保护两类。上下级保护元件选择性分析校核该软件中校核上下级保护元件选择性时可以引入限流特性，这样判断结果与实际情况更加接近。在进行选择性分析时，也需找到一个系统中条件最为苛刻的位置用于判断选择性是否满足要求，此时的条件最为苛刻的位置指的是短路电流最大的位置，这是由于短路电流越大越容易导致上级保护元件误动作。因此，选择性判断时，取下级开关下部作为最为苛刻条件位置，此处短路电流最大。 5、结果输出模块校核分析完成后，即可将计算结果输出，输出内容主要包括线路配置图输出和分析报告输出。线路配置图可以为图片格式，用于直观显示整个直流电源系统结构布局、元件选型及级差配合的校核情况;分析报告为 Excel格式文件，记录元件选型信息及校核的评判结论，技术人员可以将这些信息为参考，辅助直流电源系统的设计进程。综上，本发明还有以下效果：

1、交流电源和直流电源分层、屏蔽布线。从而提高数据传输中的精度；

2、小型电器集中装配在箱体，从而节约空间、使布线更为合理、整齐美观；

3、数据处理方面采用广度优先、深度优先、拓扑排序等算法，提高操控精度、提高毫秒级换算时间；

4、遥信方面采用 CDT、 103规约。增加了与集控中心其他设备的兼容性；

5、末端电流鉴别方面增加三段式保护断路器，提高了软硬件的可靠性。本发明的技术方案通过模拟配电直流系统的实际运行环境，实现对常用的不同厂家不同规格的直流断路器和熔断器的分断特性的测试，以及实现以上断路器和熔断器之间的级差配合方案的测试；搭建直流系统级差配合试验站，通过对直流断路器和熔断器在直流短路条件下的大量级差配合试验，以掌握在电力工程直流电源系统中常用的不同厂家不同型号的国产、进口断路器和熔断器在多种组合下的级差配合特性，探讨实现直流系统各级保护元件的选择性动作的条件，为直流系统保护元件的配置推荐合理的具有选择性保护的方案。以达到在电力应用中实现安全、实用和精确的目的。以上所述仅为本发明的优选实施例而己，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

权利要求书

1. 一种直流电源动态模拟仿真系统，其特征在于，包括蓄电池、充电柜、控制柜、试验柜、电阻柜、馈线柜、事故照明柜、通信电源柜和交流配电柜，所述通信电源柜、事故照明柜电连接在交流配电柜上，所述充电柜将交流配电柜的交流电转换为直流电，并将该直流电储蓄到蓄电池中，所述蓄电池和充电柜通过选择开关为试验柜、馈线柜提供直流电源，所述电阻柜中的滑动电阻调节试验柜电路中的电流大小，所述控制柜通过控制开关对试验柜进行控制，所述馈线柜电连接在蓄电池上。

2. 根据权利要求 1所述的直流电源动态模拟仿真系统，其特征在于，所述蓄电池为两套。

3. 根据权利要求 1或 2所述的直流电源动态模拟仿真系统，其特征在于，所述试验柜为断路器和熔断器极差配合试验平台。

4. 根据权利要求 3所述的直流电源动态模拟仿真系统，其特征在于，所述系统连接有控制整个系统的计算机。

5. 根据权利要求 3所述的直流电源动态模拟仿真系统，其特征在于，所述电阻柜和试验柜的电路中连接有多通道录波仪。

6. 一种直流电源试验系统，其特征在于，包括：

试验柜，用于布置待测断路器和待测熔断器，所述试验柜包括多个控制开关，所述多个控制开关用于控制所述待测断路器和待测熔断器的连接方式；电阻柜，用于布置电阻，所述电阻连接在所述待测断路器和待测熔断器所在的直流电路中；

控制柜，与所述试验柜连接，用于向所述多个控制开关发送控制信号。

7. 根据权利要求 6所述的直流电源试验系统，其特征在于，还包括：

蓄电池，与所述试验柜和所述电阻柜分别连接，用于向所述试验柜和所述电阻柜提供直流电源；

充电柜，与所述蓄电池连接，用于为所述蓄电池充电。

8. 根据权利要求 6所述的直流电源试验系统，其特征在于，还包括：

多通道录波仪，该录波仪的各通道分别用于获取并保存所述直流电路的电流波形。

9. 根据权利要求 6所述的直流电源试验系统，其特征在于，还包括：

分析校核模块，与所述试验柜连接，用于获取所述待测断路器和所述待测熔断器的动作数据，并根据所述动作数据分析所述待测断路器和待测熔断器的保护灵敏度。

10. 根据权利要求 9所述的直流电源试验系统，其特征在于，

所述分析校核模块，还用于获取所述直流电源试验系统的设备参数，并根据所述设备参数分析所述直流电源试验系统中设备是否满足电力设计规程的要求。

11. 根据权利要求 10所述的直流电源试验系统，其特征在于，所述设备参数包括导线的参数，所述分析校核模块，还用于分析所述导线的截面大小是否满足电力设计规程的要求。

12. 根据权利要求 9所述的直流电源试验系统，其特征在于，

所述分析校核模块，还用于根据所述动作数据分析所述直流电源试验系统中上下级保护器件的选择性。

13. 根据权利要求 9至 12中任一项所述的直流电源试验系统，其特征在于，还包括:

结果输出模块，与所述分析校核模块连接，用于输出所述分析校核模块的分析结果。