CN104914391B - 一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台及方法，第一隔离刀闸的一端连接线路，第一隔离刀闸的另一端连接第一断路器的一端，第一断路器的一端连接分档可调的大功率电阻的一端，分档可调的大功率电阻的另一端连接第二断路器的一端，第二断路器的另一端通过绝缘导线接地；第二隔离刀闸的一端连接分档可调的大功率电阻的另一端，另一端连接气体放电间隙一端，气体放电间隙另一端通过绝缘导线接地；第三隔离刀闸的一端连接分档可调的大功率电阻的另一端，另一端连接可控弧光放电装置一端，可控弧光放电装置另一端通过绝缘导线接地。本发明通过控制第一断路器、第二断路器以及分档可调的电阻，实现对线路单相接地的模拟。
Description
技术领域
本发明属于大型电力设备故障检测技术领域，具体涉及一种配电网单相接地故障模拟试验平台。
背景技术
我国中压配电网络主要为非直接接地***，即中性点不接地***或中性点经消弧线圈接地***。这样的***发生单相接地故障后，故障电流很小，所以不必立即跳闸。尤其当发生瞬时性单相接地故障时，短路点可自行灭弧恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数有积极意义。
规程规定发生单相接地故障后可以继续运行1～2小时，实际中由于过电压可能会导致电缆***、PT烧毁、母线烧毁、电厂机组停运等事故，所以必须尽快找出故障线路。但是故障电流很小，从很大的测量量中提取故障电流比较困难，再加上***中存在着大量的干扰信号，使得故障线路和非故障线路的识别变得十分困难。
长期以来，运行人员采用“拉线法”来解决故障选线问题。这种方法操作繁琐，耗时耗力，而且没有任何自动化可言。微机单相接地选线/测距装置的出现，极大地提高了配电变电站的自动化水平。随着对选线/测距原理研究的深入，装置设计的不断进步，越来越多的单相接地选线/测距装置投入配电变电站运行。目前，从理论上各种基于稳态分量和暂态分量的接地选线/测距方法应该能够实现故障线路的判别，但是实际应用中由于多种因素的影响，如故障信息特征提取易受干扰，没有针对不同类型的接地故障进行合理信息配置，高阻或电弧接地故障信息获取较为困难等，造成选线装置的准确性并不高。对单相接地选线/测距装置的性能测试就成为不可回避的问题。
但是，目前还没有一种可靠的针对单相接地选线/测距装置的性能测试的方法和实验设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台及方法，以实现各种单相接地故障的模拟及针对单相接地选线/测距装置的性能测试。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，包括第一隔离刀闸、第一断路器、分档可调的大功率电阻、第二断路器、第二隔离刀闸、第三隔离刀闸、气体放电间隙和可控弧光放电装置；第一隔离刀闸的一端通过绝缘导线和带电搭接金具连接线路，第一隔离刀闸的另一端连接第一断路器的一端，第一断路器的一端连接分档可调的大功率电阻的一端，分档可调的大功率电阻的另一端连接第二断路器的一端，第二断路器的另一端通过绝缘导线接地；第二隔离刀闸的一端连接分档可调的大功率电阻的另一端，另一端连接气体放电间隙一端，气体放电间隙另一端通过绝缘导线接地；第三隔离刀闸的一端连接分档可调的大功率电阻的另一端，另一端连接可控弧光放电装置一端，可控弧光放电装置另一端通过绝缘导线接地。
优选的，还包括电流互感器、电压互感器、保护装置、控制器和信号采集单元；用于采集第一隔离刀闸的输出端与第一断路器的输入端之间的线路上电流和电压的电流互感器和电压互感器的输出端连接信号采集单元的输入端，信号采集单元的输出端连接继电保护装置的输入端和控制器的输入端；保护装置的输出端和控制器的输出端连接第一断路器的控制端、第二断路器的控制端、第二隔离刀闸和第三隔离刀闸。
优选的，气体放电间隙的绝缘强度调节范围为0—100kV。
优选的，分档可调的大功率电阻的电阻值为0—1M欧姆，步长为0—0.1M欧姆。
优选的，可控弧光放电装置绝缘强度调节范围为0—100kV。
优选的，第一隔离刀闸与线路之间设有熔断器。
一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：首先控制第一断路器合闸，控制分档可调的大功率电阻的电阻值为0并使第二隔离刀闸合闸投入气体放电间隙模拟弧光放电，短暂延时后控制第二断路器合闸，旁路气体放电间隙并熄灭电弧，模拟最终直接金属性接地的现象。
一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，包括以下步骤：控制第一断路器合闸，并使第三隔离刀闸合闸投入可控弧光放电装置，使电流经过分档可调的大功率电阻后经过可控弧光放电装置模拟间歇性弧光接地现象，然后控制第二断路器合闸旁路可控弧光放电装置，模拟非金属性接地现象。
优选的，在模拟金属性接地的现象或者非金属性接地现象后，在20ms内控制第一断路器断开，使接地测试装置脱离馈线，模拟瞬时性单相接地现象。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台及方法，以实现各种单相接地故障的模拟及针对单相接地选线/测距装置的性能测试的方法和实验平台。该测试平台可以模拟各种金属性接地、非金属性接地，且接地的时间、电流大小均可调节。可以模拟现实中的各种地线和导线接触、导线落地、绝缘子沿面放电、树枝碰线等各种放电现象，用以检测单相接地选线/测距装置的性能。目前，还国内外还没有相关报道及类似的设备。
附图说明
图1是本发明一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台的结构示意图；
图2是金属性接地模拟试验接线图；
图3是非金属性接地模拟试验接线图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，包括：熔断器1、第一隔离刀闸2、电流互感器3、第一断路器4、分档可调的大功率电阻6(电阻值为0—1M欧姆，步长为0—0.1M欧姆)、第二断路器7、第二隔离刀闸8、第三隔离刀闸9、气体放电间隙10、可控弧光放电装置11、保护装置13、控制器14和信号采集单元15。气体放电间隙10的绝缘强度可以调节，为0—100kV。可控弧光放电装置11通过不同的参数设置可以模拟多种弧光接地现象，且绝缘强度可以调节，为0—100kV。
熔断器1的一端通过绝缘导线16和带电搭接金具17连接线路，另一端连接第一隔离刀闸2的一端，第一隔离刀闸2的另一端连接第一断路器4的一端，第一断路器4的另一端连接分档可调的大功率电阻6的一端，分档可调的大功率电阻6的另一端连接第二断路器7的一端，第二断路器7的另一端通过绝缘导线12接地；第二隔离刀闸8的一端连接分档可调的大功率电阻6的另一端，另一端连接气体放电间隙10一端，气体放电间隙10另一端通过绝缘导线12接地；第三隔离刀闸9的一端连接分档可调的大功率电阻6的另一端，另一端连接可控弧光放电装置11一端，可控弧光放电装置11另一端通过绝缘导线12接地。
用于采集第一隔离刀闸2的输出端与第一断路器4的输入端之间的线路上电流和电压的电流互感器3和电压互感器5的输出端连接信号采集单元15的输入端，信号采集单元15的输出端连接保护装置13的输入端和控制器14的输入端；保护装置13的输出端和控制器14的输出端连接第一断路器4的控制端、第二断路器7的控制端、第二隔离刀闸8和第三隔离刀闸9。
本发明通过带电搭接金具17，将绝缘导线16搭接到线路的一相上，通过控制第一断路器4、第二断路器7以及分档可调的大功率电阻6，实现对线路单相接地的模拟。模拟分为金属性接地现象的模拟和非金属性接地的模拟。分别在线路几个不同位置的模拟，同时测试单相接地装置对该模拟故障的判断及定位。
本发明一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，包括以下几部分：
1)金属性接地现象的模拟和定位性能测试方法
采取图2所示方法模拟实际导体碰到接地的设备外壳如变压器箱壳等单相金属性接地现象。气体放电间隙10用以产生电弧现象，接地电阻用阻值很小的导体模拟。测试时，首先将第一隔离刀闸2和控制第一断路器4合闸，并使第二隔离刀闸8合闸投入气体放电间隙10模拟弧光放电，短暂延时后控制第二断路器7合闸，旁路气体放电间隙并熄灭电弧，模拟最终直接金属性接地的现象。
在现场利用该装置发生金属性接地现象，启动单相接地定位***，观察其定位结果，从而测试金属性接地条件下的单相接地定位性能。
2)非金属性接地的模拟和定位性能测试方法
非金属性接地是经过渡电阻的接地，一般伴随有不稳定的间歇性电弧，间歇性弧光接地的模拟是对非金属性接地现象模拟的关键技术。研究方案是：研制可控弧光放电装置，实现对弧光放电的燃弧、熄弧持续时间、间隔时间和放电次数的控制，可以产生持续弧光放电，也可以产生间歇弧光放电现象。采取图3所示方法模拟实际导线在风力作用下碰触树枝等造成燃弧、熄弧的间歇性弧光接地情况。
测试时，控制第一隔离刀闸2和控制第一断路器4合闸，并使第三隔离刀闸9合闸投入可控弧光放电装置11，使电流经过分档可调的大功率电阻6(接地电阻在0～1MΩ间分档可调)后经过可控弧光放电装置11模拟间歇性弧光接地现象，对于高阻接地，然后控制第二断路器7合闸旁路可控弧光放电装置11。
在现场利用该装置发生间歇性弧光接地现象，启动单相接地定位***，观察其定位结果，从而测试间歇性弧光接地条件下的单相接地定位性能。
3)瞬时性单相接地现象的模拟方法
按照上述方法模拟金属性/非金属性接地的单相接地现象后，在20ms内通过控制器14控制第一断路器4断开，使接地测试装置脱离馈线，模拟瞬时性单相接地现象。
Claims (10)
1.一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，包括第一隔离刀闸(2)、第一断路器(4)、分档可调的大功率电阻(6)、第二断路器(7)、第二隔离刀闸(8)、第三隔离刀闸(9)、气体放电间隙(10)和可控弧光放电装置(11)；
第一隔离刀闸(2)的一端通过绝缘导线和带电搭接金具连接线路，第一隔离刀闸(2)的另一端连接第一断路器(4)的一端，第一断路器(4)的一端连接分档可调的大功率电阻(6)的一端，分档可调的大功率电阻(6)的另一端连接第二断路器(7)的一端，第二断路器(7)的另一端通过绝缘导线接地；
第二隔离刀闸(8)的一端连接分档可调的大功率电阻(6)的另一端，另一端连接气体放电间隙(10)一端，气体放电间隙(10)另一端通过绝缘导线接地；
第三隔离刀闸(9)的一端连接分档可调的大功率电阻(6)的另一端，另一端连接可控弧光放电装置(11)一端，可控弧光放电装置(11)另一端通过绝缘导线接地。
2.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，还包括电流互感器(3)、电压互感器(5)、保护装置(13)、控制器(14)和信号采集单元(15)；用于采集第一隔离刀闸(2)的输出端与第一断路器(4)的输入端之间的线路上电流和电压的电流互感器(3)和电压互感器(5)的输出端连接信号采集单元(15)的输入端，信号采集单元(15)的输出端连接继电保护装置(13)的输入端和控制器(14)的输入端；保护装置(13)的输出端和控制器(14)的输出端连接第一断路器(4)的控制端、第二断路器(7)的控制端、第二隔离刀闸(8)和第三隔离刀闸(9)。
3.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，气体放电间隙(10)的绝缘强度调节范围为0—100kV。
4.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，分档可调的大功率电阻(6)的电阻值为0—1M欧姆，步长为0—0.1M欧姆。
5.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，可控弧光放电装置(11)绝缘强度调节范围为0—100kV。
6.根据权利要求1所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，其特征在于，第一隔离刀闸(2)与线路之间设有熔断器(1)。
7.一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，其特征在于，基于权利要求1至6中任一项所述的配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，包括以下步骤：首先控制第一断路器(4)合闸，控制分档可调的大功率电阻(6)的电阻值为0并使第二隔离刀闸(8)合闸投入气体放电间隙(10)模拟弧光放电，短暂延时后控制第二断路器(7)合闸，旁路气体放电间隙并熄灭电弧，模拟最终直接金属性接地的现象。
8.根据权利要求7所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，其特征在于，在模拟金属性接地的现象后，在20ms内控制第一断路器(4)断开，使接地测试装置脱离馈线，模拟瞬时性单相接地现象。
9.一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，其特征在于，基于权利要求1至6中任一项所述的配电网单相接地故障模拟和定位性能测试平台，包括以下步骤：控制第一断路器(4)合闸，并使第三隔离刀闸(9)合闸投入可控弧光放电装置(11)，使电流经过分档可调的大功率电阻(6)后经过可控弧光放电装置(11)模拟间歇性弧光接地现象，然后控制第二断路器(7)合闸旁路可控弧光放电装置(11)，模拟非金属性接地现象。
10.根据权利要求9所述的一种配电网单相接地故障模拟和定位性能测试方法，其特征在于，在模拟非金属性接地现象后，在20ms内控制第一断路器(4)断开，使接地测试装置脱离馈线，模拟瞬时性单相接地现象。
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| 非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真;顾荣斌等;《电力***自动化》;20090710;第33卷(第13期);第63-67页 * |
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