CN106093820A - 配电线路故障定位装置的性能测试***和方法 - Google Patents

配电线路故障定位装置的性能测试***和方法 Download PDF

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陈宏�
冷华
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Abstract

本发明涉及一种配电线路故障定位装置的性能测试***和方法，包括：依次连接的配电网数模仿真平台、仿真信号调理装置、待测故障定位装置和监测主站；配电网数模仿真平台用于模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号；仿真信号调理装置用于对仿真信号进行放大处理；待测故障定位装置用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；监测主站用于根据波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。所以本发明提供的技术方案可以实现对配电线路故障定位装置的离线实时校核。

Description

配电线路故障定位装置的性能测试***和方法
技术领域
本发明涉及电力测试技术领域，尤其涉及一种基于配电线路故障定位装置的性能测试***和方法。
背景技术
配电网线路数量众多、运行情况复杂，发生故障时难以实现准确定位，导致故障处理时间较长，给用户供电可靠性造成较大影响。配电线路故障定位装置是一种新型的带录波功能的故障指示器，其最大特点是当配电线路发生故障时，该装置能自动采集并保存故障瞬间的暂态信号，并将其保存成标准的录波文件格式，通过将波形文件上传至主站，可在主站侧实现对故障的准确判定。目前，配电线路故障定位装置已逐步在电网公司得到应用和推广，但尚无针对该类配电线路故障定位装置进行功能测试的有效方案，因此目前无法确定该故障定位装置自身是否出现故障，检测是否准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种配电线路故障定位装置的性能测试***。
为此目的，本发明提出了一种配电线路故障定位装置的性能测试***，包括：依次连接的配电网数模仿真平台、仿真信号调理装置、待测故障定位装置和监测主站；
所述配电网数模仿真平台用于模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；
所述仿真信号调理装置用于对所述仿真信号进行放大处理；
所述待测故障定位装置用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；
所述监测主站用于根据所述波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。
优选的，所述配电网数模仿真平台包括配电网故障仿真模型，所述配电网故障仿真模型包括依次连接的电源模块、第一变压器模块、母线模块、线路模块；所述线路模块通过第二变压器模块连接负荷模块；所述线路模块分别连接故障模拟模块和电弧发生模块；所述线路模块的不同位置设有断路器模块；
所述母线模块用于模拟变电站低压侧的10kV母线；
所述线路模块用于模拟10kV的配电线路；
所述负载模块用于模拟用户侧的负载；
所述故障模拟模块用于模拟各种线路故障；
所述电弧发生模块用于模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。
优选的，所述电源模块包括电压等级为35kV的三相交流电源，用于模拟电力***主网侧的电源供应。
优选的，所述第一变压器模块为35kV/10kV变压器，所述第二变压器模块为10kV/0.38kV变压器。
优选的，所述线路模块包括架空线路和电缆线路。
优选的，所述配电网数模仿真平台还包括实时数字仿真器RTDS，所述实时数字仿真器用于实现对所述配电网故障仿真模型的编译和运行，所述实时数字仿真器连接所述配电线路的仿真信号的输出接口；所述仿真信号的输出接口连接所述仿真信号调理装置。
优选的，所述仿真信号调理装置，包括功率放大模块和电流放大模块，所述功率放大模块连接所述仿真信号的输出接口；所述功率放大模块用于将所述仿真信号进行放大，并以模拟量的形式输出电压信号和电流信号；其中，输出的所述电压信号传输至所述待测故障定位装置，输出的所述电流信号传输至所述电流放大模块，通过所述电流放大模块将电流信号传输至所述待测故障定位装置。
优选的，该***还包括：与所述仿真信号调理装置的输出接口连接的高精度录波仪，所述高精度录波仪用于对所述仿真信号调理装置输出的电压信号和电流信号进行实时记录。
另一方面，本发明还提供了一种上述任意一项所述的***进行配电线路故障定位装置的性能测试方法，该方法包括：
模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；
对所述仿真信号进行放大处理；
根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；
根据所述波形得到故障定位测试结果，并与故障真实设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。
优选的，所述模拟存在故障的配电线路包括：
构建电源模块，模拟电力***主网侧的电源供应；
构建第一变压器模块，模拟对所述电源的电压进行降压；
构建母线模块，模拟变电站低压侧10kV母线；
构建线路模块，模拟10kV的配电线路；
构建第二变压器模块，模拟对10kV电压进行降压；
构建负载模块，模拟用户侧的负载；
构建故障模拟模块，模拟各种线路故障；
构建电弧发生模块，模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。
本发明实施例提供的配电线路故障定位装置的性能测试***和方法，通过模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号，对该仿真信号进行放大处理，让待测故障定位装置记录该放大仿真信号的波形，根据该波形得到故障定位测试结果，通过与已知故障设置位置进行对比，就可以确定待测故障定位装置自身是否出现故障，所以本发明提供的技术方案可以实现对配电线路故障定位装置的离线实时校核。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例提供的电线路故障定位装置的性能测试***的框架示意图；
图2为本发明实施例提供的配电网故障仿真模型的框架示意图；
图3为本发明实施例提供的配电网故障仿真模型的详细示意图；
图4为本发明实施例提供的功率放大模块的连接示意图；
图5为本发明实施例提供的电流放大模块的连接示意图；
图6为本发明另一实施例提供的电线路故障定位装置的性能测试***的框架示意图；
图7为本发明实施例提供的电线路故障定位装置的性能测试方法的框架示意图；
图8为本发明实施例提供的故障瞬间基于RTDS的配电网数模仿真平台的仿真波形示意图；
图9为本发明提供的故障瞬间高精度录波仪记录的电流波形示意图；
图10为本发明提供的故障瞬间配电线路故障定位装置记录的电流波形示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种配电线路故障定位装置的性能测试***，包括：依次连接的配电网数模仿真平台11、仿真信号调理装置12、待测故障定位装置13和监测主站14；所述配电网数模仿真平台11用于模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；所述仿真信号调理装置12用于对所述仿真信号进行放大处理；所述待测故障定位装置13用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；所述监测主站14用于根据所述波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定待测故障定位装置13的性能。
本发明实施例提供的配电线路故障定位装置的性能测试***，通过模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号，对该仿真信号进行放大处理，让待测故障定位装置记录该放大仿真信号的波形，根据该波形得到故障定位测试结果，通过与已知故障设置位置进行对比，就可以确定待测故障定位装置自身是否出现故障，所以本发明提供的技术方案可以实现对配电线路故障定位装置的离线实时校核。
具体的，监测主站14负责收集待测故障定位装置13上传的暂态波形，并对各监测点的波形进行自动分析，提取出故障特征量，进而对故障位置进行判定。需要注意的是，为保证波形的正常上传与解析，待测故障定位装置13需采用与主站兼容的通信规约，如标准的平衡式101规约。
在上述实施例的基础上，如图2和3所示，优选的，所述配电网数模仿真平台11包括配电网故障仿真模型，所述配电网故障仿真模型包括依次连接的电源模块110、第一变压器模块111、母线模块112、线路模块113；所述线路模块113通过第二变压器114模块连接负荷模块115；所述线路模块113分别连接故障模拟模块116和电弧发生模块117；所述线路模块113的不同位置设有断路器模块118；所述母线模块112用于模拟变电站低压侧的10kV母线；所述线路模块113用于模拟10kV的配电线路；所述负载模块115用于模拟用户侧的负载；所述故障模拟模块116用于模拟各种线路故障；所述电弧发生模块117用于模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。电弧发生模块可实现单相接地故障瞬间持续性和间歇性电弧的发生。
断路器模块118根据其在所述线路模型上的不同位置，存在三种不同的连接关系，第一种连接所述母线模块112和所述线路模块113，第二种连接两段所述线路模块113，第三种连接所述线路模块113和变压器模块；变压器模块包括第一变压器模块111和第二变压器模块114。
优选的，所述电源模块110包括电压等级为35kV的三相交流电源，用于模拟电力***主网侧的电源供应。所述第一变压器模块111为35kV/10kV变压器，所述第二变压器模块114为10kV/0.38kV变压器。所述线路模块113包括架空线路和电缆线路。如图3所示，线路Ⅰ和线路Ⅱ为架空线路，线路Ⅲ和线路Ⅳ为电缆线路。线路的物理参数可按照实际情况自由配置，包括线路长度、电阻、电抗。所有线路均采用分布式参数的Begeron模型，以实现对故障全过程暂态信号的模拟。
所述配电网数模仿真平台11还包括实时数字仿真器RTDS，所述实时数字仿真器用于实现对所述配电网故障仿真模型的编译和运行，所述实时数字仿真器连接所述配电线路的仿真信号的输出接口；所述仿真信号的输出接口连接所述仿真信号调理装置12。其中，仿真信号输出接口主要是指GTAO板卡，连接RTDS仿真器和仿真信号调理模块，用以将仿真器的数字信号输出至仿真信号调理模块。
配电网故障仿真模型是基于RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真器)数模仿真***搭建，模型中共设置了三个监测点1、2、3，分别对应三套待测故障定位装置13的安装位置。在监测点2和3之间设置单相接地故障，且2位于故障点前，3位于故障点后，1位于非故障线路。将三个监测点的仿真信号(电流信号以及***母线电压信号)通过功率放大器进行输出，同时电流信号再经过电流放大模块122进行放大。三套待测故障定位装置13分别安装在电流放大模块122的三组线圈上，实现对监测点1、2、3电流变化情况的实时记录。放大后的电压信号输出同时连接至待测故障定位装置13的采集单元的感应电场变化的弹片上，以实现对仿真过程中电压变化的监测。待测故障定位装置13将监测到的电压和电流变化波形文件上传至监测主站14，最终在主站侧实现对故障位置的确定。
在上述实施例的基础上，优选的，如图4所示，所述仿真信号调理装置12，包括功率放大模块121和电流放大模块122，所述功率放大模块121连接所述仿真信号的输出接口；所述功率放大模块121用于将所述仿真信号进行放大，并以模拟量的形式输出电压信号和电流信号；其中，输出的所述电压信号传输至所述待测故障定位装置13，输出的所述电流信号传输至所述电流放大模块122，通过所述电流放大模块122将电流信号传输至所述待测故障定位装置13。
具体的，功率放大模块121一方面与RTDS仿真器的输出信号接口(GTAO板卡)相连，实现对仿真信号的放大和输出，另一方面连接待测故障定位装置13和电流放大模块122。由于待测故障定位装置13监测的是配电线路一次侧的电压和电流，因此采用功放模拟线路一次物理量时，需要充分考虑其最大输出电流、输出电压、电源容量和频率响应等参数，以满足待测故障定位装置的应用需求。一般而言，最大输出电压需大于120V，电源容量需大于400VA，频率响应需大于4kHz。考虑到一般功放的最大电流输出仅能达到几十安培，因此需要将电流输出接口与电流放大模块122进行连接，以模拟实际线路数百安的电流。功率放大模块121的连接示意如图4所示。
电流放大模块122的连接示意如图5所示。电流放大模块122的主要作用是实现对功放输出电流信号的放大，以满足待测故障定位装置13采集单元的应用要求。电流放大模块122由若干匝均匀绕制的线圈组成，可实现对电流信号固定倍数的放大，实际放大倍数主要取决于线圈的绕制圈数。待测故障定位装置13直接固定在每个线圈上，三个线圈分别对应线路的A、B、C三相。通过线圈与功放电流输出接口的连接，可以有效模拟装置对线路一次电流的监测和采集功能。
在上述实施例的基础上，优选的，如图6所示，本发明实施例提供的配电线路故障定位装置的性能测试***还包括：与所述仿真信号调理装置12的输出接口连接的高精度录波仪15，所述高精度录波仪15用于对所述仿真信号调理装置12输出的电压信号和电流信号进行实时记录。
高精度录波仪15主要用来记录和保存仿真过程中的故障波形，并将其作为基准与待测故障定位装置13采集的波形进行对比。因此，对于录波仪的要求是可以读取和保存标准的comtrade格式录波文件，同时对波形进行幅值、相位、谐波等参数进行分析，且其采样频率应高于待测故障定位装置13的4kHz采样频率。
具体的，测试时，首先在基于RTDS的配电网数模仿真平台11中搭建典型的配电网故障仿真模型，并设定好线路和元件参数。仿真时，将线路电压、电流、功率等物理量通过仿真信号输出接口连接至功率放大模块121，最后经功放进行输出。考虑到功率放大模块121输出的仍是二次侧的模拟信号，其幅值受功放放大倍数的严格限制，而配电线路待测故障定位装置13监测的是实际线路的一次电流变化情况，因此还需要通过电流放大模块122将二次电流转换成适用于待测故障定位装置13监测应用的一次电流。待测故障定位装置13同时与功率放大模块121和电流放大模块122相连，实时记录仿真过程中的输出信号变化情况；待测故障定位装置13的指示器将记录的波形文件上传至汇集单元，并最终通过无线公网上传至监测主站14，由主站实现对线路故障的判定，确定出现故障的位置，通过与已知设置故障的位置进行对比，从而可以判断待测故障定位装置自身是否出现异常。
另一方面，如图7所示，本发明还提供了一种配电线路故障定位装置的性能测试方法，该方法采用上述的配电线路故障定位装置的性能测试***，该方法包括：
S1：模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；
S2：对所述仿真信号进行放大处理；
S3：根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；
S4：根据所述波形得到故障定位测试结果，并与故障真实设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。
本发明实施例提供的配电线路故障定位装置的性能测试方法，通过模拟存在故障的配电线路，输出配电线路的仿真信号，对该仿真信号进行放大处理，让待测故障定位装置记录该放大仿真信号的波形，根据该波形得到故障定位测试结果，通过与已知故障设置位置进行对比，就可以确定待测故障定位装置自身是否出现故障，所以本发明提供的技术方案可以实现对配电线路故障定位装置的离线实时校核。
优选的，所述模拟存在故障的配电线路包括：构建电源模块，模拟电力***主网侧的电源供应；构建第一变压器模块，模拟对所述电源的电压进行降压；构建母线模块，模拟变电站低压侧10kV母线；构建线路模块，模拟10kV的配电线路；构建第二变压器模块，模拟对10kV电压进行降压；构建负载模块，模拟用户侧的负载；构建故障模拟模块，模拟各种线路故障；构建电弧发生模块，模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。
测试实例：基于上述***和方法，对某厂家的配电线路故障定位装置的性能进行了测试，测试内容包括稳态录波精度、暂态录波精度和故障定位功能。
(1)稳态录波精度测试
通过测试***分别输出5A、10A、40A、100A、300A、500A六组不同幅值大小的工频电流信号，手动触发高精度录波仪和故障定位装置进行稳态录波，考察故障定位装置的采样精度。由于录波仪的采样频率可被设置为高于故障定位装置，因此计算误差时采用高精度录波仪的采样值作为基准，测试结果如表1所示。
表1稳态录波精度测试结果
(2)暂态录波精度测试
通过测试***输出五组单相接地故障电流波形，对比高精度录波仪和故障定位装置记录的波形，计算故障瞬间二者采集到的故障相电流最大峰值瞬时误差。误差计算以600A负荷电流为基准，采用引用误差进行评估，测试结果如表2所示。
表2暂态录波精度测试结果
(3)故障定位功能测试
按照上述测试方案，搭建好仿真模型，连接好各个装置，在线路I某一位置设置单相接地故障，运行仿真，由故障定位装置自动触发录波并上传至主站，考察主站侧对于故障位置判定的准确性。测试结果：故障位于监测点2和3之间。如果测试结果得到的故障位置，与仿真模型实际设置的故障位置相同，则该待测故障定位装置定位功能良好。
其中，故障瞬间配电网数模仿真平台的仿真波形如图8所示；故障瞬间高精度录波仪记录的电流波形如图9所示；故障瞬间配电网线路故障定位装置记录的电流波形如图10所示。其中，A、B、C分别表示线路的A、B、C三相。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种配电线路故障定位装置的性能测试***，其特征在于，包括：依次连接的配电网数模仿真平台、仿真信号调理装置、待测故障定位装置和监测主站；
所述配电网数模仿真平台用于模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；
所述仿真信号调理装置用于对所述仿真信号进行放大处理；
所述待测故障定位装置用于根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；
所述监测主站用于根据所述波形得到故障定位测试结果，并与已知故障设置位置进行对比，确定所述待测故障定位装置的性能。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述配电网数模仿真平台包括配电网故障仿真模型，所述配电网故障仿真模型包括依次连接的电源模块、第一变压器模块、母线模块、线路模块；所述线路模块通过第二变压器模块连接负荷模块；所述线路模块分别连接故障模拟模块和电弧发生模块；所述线路模块的不同位置设有断路器模块；
所述母线模块用于模拟变电站低压侧的10kV母线；
所述线路模块用于模拟10kV的配电线路；
所述负载模块用于模拟用户侧的负载；
所述故障模拟模块用于模拟各种线路故障；
所述电弧发生模块用于模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述电源模块包括电压等级为35kV的三相交流电源，用于模拟电力***主网侧的电源供应。
4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第一变压器模块为35kV/10kV变压器，所述第二变压器模块为10kV/0.38kV变压器。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述线路模块包括架空线路和电缆线路。
6.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述配电网数模仿真平台还包括实时数字仿真器RTDS，所述实时数字仿真器用于实现对所述配电网故障仿真模型的编译和运行，所述实时数字仿真器连接所述配电线路的仿真信号的输出接口；所述仿真信号的输出接口连接所述仿真信号调理装置。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述仿真信号调理装置，包括功率放大模块和电流放大模块，所述功率放大模块连接所述仿真信号的输出接口；所述功率放大模块用于将所述仿真信号进行放大，并以模拟量的形式输出电压信号和电流信号；其中，输出的所述电压信号传输至所述待测故障定位装置，输出的所述电流信号传输至所述电流放大模块，通过所述电流放大模块将电流信号传输至所述待测故障定位装置。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，该***还包括：与所述仿真信号调理装置的输出接口连接的高精度录波仪，所述高精度录波仪用于对所述仿真信号调理装置输出的电压信号和电流信号进行实时记录。
9.采用权利要求1-8任意一项所述的***进行配电线路故障定位装置的性能测试方法，其特征在于，包括：
模拟存在故障的配电线路，输出所述配电线路的仿真信号；
对所述仿真信号进行放大处理；
根据放大处理后的仿真信号的变化情况记录波形；
根据所述波形得到故障定位测试结果，并与故障真实设置位置进行对比，确定待测故障定位装置的性能。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述模拟存在故障的配电线路包括：
构建电源模块，模拟电力***主网侧的电源供应；
构建第一变压器模块，模拟对所述电源的电压进行降压；
构建母线模块，模拟变电站低压侧10kV母线；
构建线路模块，模拟10kV的配电线路；
构建第二变压器模块，模拟对10kV电压进行降压；
构建负载模块，模拟用户侧的负载；
构建故障模拟模块，模拟各种线路故障；
构建电弧发生模块，模拟接地故障产生时的间歇性和持续性电弧。
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