一種配電網(wǎng)故障模擬裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，包括用于模擬配電網(wǎng)的供電線路、控制模塊、分別與控制模塊連接的參數(shù)設(shè)置模塊、過零時刻獲取模塊和故障模擬模塊，過零時刻獲取模塊與供電線路連接，故障模擬模塊用于使供電線路發(fā)生故障。本發(fā)明還提供一種配電網(wǎng)故障模擬方法。本發(fā)明能夠精確地實(shí)現(xiàn)故障相角控制，從而實(shí)現(xiàn)在任意故障相角下進(jìn)行配電網(wǎng)故障模擬，且可實(shí)現(xiàn)任意故障相角重復(fù)試驗(yàn)，故障模擬結(jié)果準(zhǔn)確可信，同時本發(fā)明能夠模擬短路故障、短路故障和接地故障，且接地故障能夠模擬多種電阻性接地和孤光接地故障，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障模擬的一體化。
【專利說明】
一種配電網(wǎng)故障模擬裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)故障模擬裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際配電網(wǎng)上由于運(yùn)行安全穩(wěn)定的要求一般難以進(jìn)行故障實(shí)驗(yàn)來研究保護(hù)設(shè) 備的性能，搭建模擬配電網(wǎng)的供電線路來進(jìn)行故障模擬實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行配電網(wǎng)保護(hù)研究和保護(hù) 設(shè)備測試的有效途徑。
[0003] 配電網(wǎng)的故障是隨機(jī)而不可控的，因此對配電網(wǎng)保護(hù)的研究往往需要大量不同位 置不同類型的故障研究才能較好把握配電網(wǎng)故障特點(diǎn)，其中電壓的故障相角是電氣故障很 重要的參數(shù)，不同故障相角對電氣設(shè)備產(chǎn)生的沖擊是不同的，但由于在不同故障相角下模 擬配電網(wǎng)故障比較困難，所以現(xiàn)有配電網(wǎng)故障模擬的研究中，均是在未考慮故障相角的情 況下進(jìn)行的，導(dǎo)致配單網(wǎng)保護(hù)研究和保護(hù)設(shè)備的測試均存在一定的缺陷；另一方面短路、斷 路及接地故障均是配電網(wǎng)常見的故障，在故障模擬實(shí)驗(yàn)中這些故障的模擬必不可少，而對 于接地故障而言，接地位置的不同會造成不同類型的接地故障，其中弧光接地是比較嚴(yán)重 的故障，設(shè)計(jì)能夠集模擬多種故障為一體、根據(jù)需要在設(shè)定的故障相角下模擬相應(yīng)的故障 的裝置均是存在困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可在任意設(shè)定的故障相角下模擬 短路、斷路和接地故障的配電網(wǎng)故障模擬裝置及方法。
[0005] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種配電網(wǎng)故障模擬裝置，包括用于模擬配電網(wǎng)的供電線路，還包括控制模塊、分 別與控制模塊連接的參數(shù)設(shè)置模塊、過零時刻獲取模塊和故障模擬模塊，過零時刻獲取模 塊與供電線路連接用于獲取供電線路電壓當(dāng)前的過零時刻并反饋至控制模塊，故障模擬模 塊與供電線路連接用于使供電線路發(fā)生故障，參數(shù)設(shè)置模塊用于向控制模塊輸入設(shè)定的供 電線路電壓的故障相角，控制模塊可根據(jù)故障相角和當(dāng)前的過零時刻計(jì)算動作時刻，并根 據(jù)動作時刻控制故障模擬模塊動作，使供電線路在設(shè)定故障相角下發(fā)生故障。
[0007] 進(jìn)一步的，所述過零時刻獲取模塊包括電壓轉(zhuǎn)換電路和過零比較電路，電壓轉(zhuǎn)換 電路與所述供電線路連接用于采集供電線路電壓并對采集的電壓進(jìn)行降壓處理，過零比較 電路分別與所述控制模塊和電壓轉(zhuǎn)換電路連接，用于對降壓處理后的電壓信號進(jìn)行過零比 較，獲取供電線路電壓的過零時刻并反饋至所述控制模塊。
[0008] 進(jìn)一步的，所述故障模擬模塊包括從所述供電線路引出至接地的接地電阻故障電 路和從所述供電線路引出至接地的電弧生成電路，接地電阻故障電路包括可調(diào)電阻、用于 控制可調(diào)電阻投入不同阻值的第一開關(guān)和位于可調(diào)電阻輸入側(cè)用于導(dǎo)通或斷開接地電阻 故障電路的第二開關(guān)，電弧生成電路包括電弧觸發(fā)裝置和位于電弧觸發(fā)裝置的輸入側(cè)用于 導(dǎo)通或斷開電弧生成電路的第三開關(guān)，第一、第二、第三開關(guān)和電弧觸發(fā)裝置均與所述控制 模塊連接。
[0009] 進(jìn)一步的，所述故障模擬模塊還包括連接在電弧生成電路與接地電阻故障電路之 間的關(guān)聯(lián)線路，關(guān)聯(lián)線路一端連接在可調(diào)電阻與第二開關(guān)之間，另一端連接在電弧觸發(fā)裝 置與第三開關(guān)之間。
[0010] 進(jìn)一步的，所述供電線路上設(shè)置有位于接地電阻故障電路引出點(diǎn)與電弧生成電路 引出點(diǎn)之間的第四開關(guān)，第四開關(guān)與所述控制模塊連接。
[0011] 進(jìn)一步的，所述第一開關(guān)為接觸器，第二、第三、第四開關(guān)為雙向晶閘管。
[0012] 進(jìn)一步的，所述電弧觸發(fā)裝置包括底座、固定設(shè)置在底座上的第一支柱、可相對第 一支柱移動地設(shè)置在底座上的第二支柱、分別設(shè)置在第一、第二支柱上的第一、第二放電尖 端和通過傳動機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動第二支柱移動的電機(jī)，第一、第二放電尖端中的一方與所述供 電線路連接，另一方接地，電機(jī)與所述控制模塊連接。
[0013] 進(jìn)一步的，所述故障包括短路、斷路或者接地故障。
[0014] 進(jìn)一步的，所述電壓轉(zhuǎn)換電路還與控制模塊連接，用于將供電線路的電壓反饋至 控制模塊。
[0015] 本發(fā)明還通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0016] -種配電網(wǎng)故障模擬方法，包括以下步驟：
[0017] A、設(shè)定故障發(fā)生時供電線路電壓的故障相角Θ;
[0018] B、采集供電線路電壓信號并將該電壓信號進(jìn)行降壓處理；
[0019] C、對降壓處理后的電壓信號進(jìn)行過零比較，獲得電壓當(dāng)前的過零時刻t1;
[0020]
計(jì)算設(shè)定的故障相角Θ對應(yīng)的時間延遲t2,其中，f z為供電 線路頻率；
[0021 ] E、將時間延遲t2疊加至當(dāng)前的過零時刻ti，即可得到動作時亥Ijt = ti+t2;
[0022] F、在動作時刻t到來時，控制相應(yīng)開關(guān)動作，使電線路在故障相角為Θ時發(fā)生短路、 斷路和接地故障。
[0023]本發(fā)明具有如下有益效果：
[0024] 1、本發(fā)明能夠精確地實(shí)現(xiàn)故障相角控制，從而實(shí)現(xiàn)在任意故障相角下進(jìn)行配電網(wǎng) 故障模擬，且可實(shí)現(xiàn)任意故障相角重復(fù)試驗(yàn)，故障模擬結(jié)果準(zhǔn)確可信。
[0025] 2、本發(fā)明能夠模擬短路故障、短路故障和接地故障，且接地故障能夠模擬多種電 阻性接地和孤光接地故障，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障模擬的一體化。
【附圖說明】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]圖1為本發(fā)明裝置的原理框圖。
[0028] 圖2為本發(fā)明故障模擬模塊的電路圖。
[0029] 圖3為本發(fā)明電弧生成電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 如圖1至圖3所示，配電網(wǎng)故障模擬裝置包括用于模擬配電網(wǎng)的供電線路1、控制模 塊2、分別與控制模塊2連接的參數(shù)設(shè)置模塊3、過零時刻獲取模塊4、故障模擬模塊5和為各 模塊供電的電源模塊，過零時刻獲取模塊4與供電線路1連接用于獲取供電線路1當(dāng)前的過 零時刻并反饋至控制模塊2,故障模擬模塊5與供電線路1連接用于使供電線路1發(fā)生短路、 斷路或者接地故障，參數(shù)設(shè)置模塊3用于向控制模塊2輸入設(shè)定的供電線路1電壓的故障相 角，故障相角定義為當(dāng)供電線路1發(fā)生故障時，供電線路1電壓的瞬時相位，控制模塊2可根 據(jù)故障相角和當(dāng)前的過零時刻計(jì)算動作時刻，并根據(jù)動作時刻控制故障模擬模塊5動作，使 供電線路1在設(shè)定故障相角下發(fā)生短路、斷路或者接地故障。
[0031]過零時刻獲取模塊4包括電壓轉(zhuǎn)換電路41和過零比較電路42,電壓轉(zhuǎn)換電路41分 別與供電線路1和控制模塊2連接，過零比較電路42分別與電壓轉(zhuǎn)換電路41和控制模塊2連 接，電壓轉(zhuǎn)換電路41采集供電線路1的電壓后，使用380V/6V的電壓互感器將采集的供電線 路1的電壓降壓為適合過零比較電路42的電壓后傳輸至過零比較電路42,并使用380V/3.6V 的電壓互感器將采集的供電線路1的電壓降壓后反饋至控制模塊2,控制模塊2將該電壓傳 輸至參數(shù)設(shè)置模塊3,并在參數(shù)設(shè)置模塊3顯示出來，過零比較電路42包括依次串接的濾波 器、比較器和光耦，濾波器與電壓轉(zhuǎn)換電路41連接，光耦與控制模塊2連接，濾波器濾除電壓 轉(zhuǎn)換電路41傳輸至濾波器的電壓中的諧波，比較器將濾波后的正弦信號的電壓轉(zhuǎn)化為方波 信號，并通過光耦隔離后輸入控制模塊2。
[0032]故障模擬模塊5包括從供電線路1引出至接地的接地電阻故障電路51、從供電線路 1引出至接地的電弧生成電路52、連接在接地電阻故障電路51與電弧生成電路52之間的關(guān) 聯(lián)線路55,接地電阻故障電路51包括可調(diào)電阻53、用于控制可調(diào)電阻53投入不同阻值的第 一開關(guān)56和位于可調(diào)電阻53輸入側(cè)用于導(dǎo)通或斷開接地電阻故障電路51的第二開關(guān)57,電 弧生成電路52包括電弧觸發(fā)裝置54和位于電弧觸發(fā)裝置54的輸入側(cè)用于導(dǎo)通或斷開電弧 生成電路52的第三開關(guān)58,關(guān)聯(lián)線路55-端連接在可調(diào)電阻53與第二開關(guān)57之間，另一端 連接在電弧觸發(fā)裝置54與第三開關(guān)58之間，在供電線路1上設(shè)置有位于接地電阻故障電路 51引出點(diǎn)與電弧生成電路52引出點(diǎn)之間的第四開關(guān)59,第一開關(guān)56、第二開關(guān)57、第三開關(guān) 58、第四開關(guān)59、電弧出發(fā)裝置54均與控制模塊2連接，第一開關(guān)56為接觸器，第二開關(guān)57、 第三開關(guān)58、第四開關(guān)59為雙向晶閘管。
[0033]本實(shí)施例中，供電線路1包括A、B、C三相線，第四開關(guān)59包括開關(guān)K1、K2、K3,第二開 關(guān)57包括開關(guān)Κ4、Κ5、Κ6，第三開關(guān)58包括開關(guān)Κ7、Κ8、Κ9，可調(diào)電阻56阻值為500 Ω，輸入側(cè) 有四個分接頭，第一開關(guān)56包括分別與四個分接頭連接的開關(guān)1(10、1(11、1(12、1(13，當(dāng)1(10閉 合，Κ11、Κ12、Κ13斷開時，可調(diào)電阻53投入的電阻值最大，為高阻狀態(tài)，當(dāng)Κ11閉合，ΚΠΚΚ12、 Κ13斷開時，可調(diào)電阻53為中阻狀態(tài)，當(dāng)Κ12閉合，Κ10、Κ11、Κ13斷開時，可調(diào)電阻53為低阻狀 態(tài)，當(dāng)Κ13閉合，Κ10-Κ12斷開時，可調(diào)電阻56未投入電阻值，供電線路1直接接地。
[0034]本實(shí)施例中，開關(guān)Κ1-Κ9均為雙向晶閘管，Κ10-Κ13均為接觸器，控制模塊2中包括 用于觸發(fā)開關(guān)Κ1-Κ13的光電耦合器。
[0035]電弧出發(fā)裝置54包括底座541、固定設(shè)置在底座541上的第一支柱542、可相對第一 支柱542移動地設(shè)置在底座541上的第二支柱543、設(shè)置在第一支柱542上的第一放電尖端 Ε1、設(shè)置在第二支柱543上的第二放電尖端Ε2和通過傳動機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動第二支柱543移動的 電機(jī)544,第一放電尖端Ε1與供電線路1連接，第二放電尖端Ε2接地，電機(jī)544與控制模塊2連 接，用于第二支柱543移動，以實(shí)現(xiàn)不同的拉弧距離和拉弧速度。
[0036] 參數(shù)設(shè)置模塊3包括與分別與控制模塊2連接的人機(jī)交互單元31和通信單元32、與 通信單元32連接的遠(yuǎn)程控制單元33,人機(jī)交互單元31為觸摸屏eview et070,可向控制模塊 2輸入故障相角或者顯示供電線路1的實(shí)時電壓，遠(yuǎn)程控制單元33為計(jì)算機(jī)，通過通信單元 32與控制模塊2實(shí)現(xiàn)信息交換，可向控制模塊2輸入故障相角或者顯示供電線路1的實(shí)時電 壓。
[0037] 配電網(wǎng)故障模擬方法包括如下步驟：
[0038] A、設(shè)定故障發(fā)生時供電線路1電壓的故障相角Θ，具體為通過人機(jī)交互單元31或者 遠(yuǎn)程控制單元33向控制模塊2輸入故障相角Θ ;
[0039] B、電壓轉(zhuǎn)換電路41采集供電線路1電壓信號并將該電壓信號進(jìn)行降壓處理；
[0040] C、過零比較電路42對降壓處理后的電壓信號進(jìn)行過零比較，獲得電壓當(dāng)前的過零 時刻，并將該過零時刻以傳輸至控制模塊2;
[0041] D、控制模塊2根據(jù)公式
計(jì)算設(shè)定的故障相角Θ對應(yīng)的時間延遲^，其 中，fz為供電線路頻率；
[0042] E、控制模塊2將時間延遲t2疊加至當(dāng)前的過零時刻ti，即可得到動作時刻t = ti+ t2；
[0043] F、控制模塊2在動作時刻t到來時，控制相應(yīng)開關(guān)動作，模擬供電線路在故障相角 為Θ時的短路、斷路和接地故障，其中，各類故障所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)具體如下：
[0044] a、短路故障：
[0045] al、兩相短路:K1-K3閉合，K4、K5閉合，K6斷開，K7-K9斷開；
[0046] al、三相短路:Κ1-Κ3閉合，Κ4-Κ6閉合，Κ7-Κ9斷開；
[0047] b、斷路故障：
[0048] bl、單相斷路:K1、K2閉合，K3斷開，K4-K9斷開；
[0049] b2、兩相斷路:Κ1閉合，Κ2、Κ3斷開，Κ4-Κ9斷開；
[0050] b3、三相斷路:Κ1-Κ9斷開；
[0051 ] b4、單相斷路，首端落地:K1、K2閉合，K3斷開，K4閉合，K5、K6斷開，K7-K9斷開，K13 閉合，Κ10-Κ12斷開；
[0052] b5、單相斷路，末端落地:Κ1、Κ2閉合，Κ3斷開，Κ7閉合，Κ8、Κ9斷開，Κ4-Κ6斷開，Κ13 閉合，Κ10-Κ12斷開；
[0053] b6、兩相斷路，首端落地:Κ1閉合，Κ2、Κ3斷開，Κ4、Κ5閉合，Κ6斷開，Κ7-Κ9斷開，Κ13 閉合，Κ10-Κ12斷開；
[0054] b7、兩相斷路，末端落地:Κ1閉合，Κ2、Κ3斷開，Κ7、Κ8閉合，Κ9斷開，Κ4-Κ6斷開，Κ13 閉合，Κ10-Κ12斷開；
[0055] b8、三相斷路，首端落地:Κ1-Κ3斷開，Κ4-Κ6閉合，Κ7-Κ9斷開，Κ13閉合，Κ10-Κ12斷 開；
[0056] b9、三相斷路，末端落地:K1-K3斷開，K4-K6斷開，K7-K9閉合，K13閉合，K10-K12斷 開；
[0057] Cc、接地故障：
[0058] Ccl、單相接地:K1-K3閉合，K4閉合，K5、K6斷開，K7-K9斷開，可調(diào)電阻56可選擇高 阻、中阻、低阻或者直接接地；
[0059] Cc2、兩相接地:K1-K3閉合，K4、K5閉合，K6斷開，K7-K9斷開，可調(diào)電阻56可選擇高 阻、中阻、低阻或者直接接地；
[0060] Cc3、弧光接地:Κ1-Κ3閉合，Κ4閉合，Κ5、Κ6斷開，Κ7-Κ9斷開，電弧生成單元58的放 電尖端Ε1、Ε2之間有間隙，形成弧光。
[0061] 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，故不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即 依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的 范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，包括用于模擬配電網(wǎng)的供電線路，其特征在于:還包括控 制模塊、分別與控制模塊連接的參數(shù)設(shè)置模塊、過零時刻獲取模塊和故障模擬模塊，過零時 刻獲取模塊與供電線路連接用于獲取供電線路電壓當(dāng)前的過零時刻并反饋至控制模塊，故 障模擬模塊與供電線路連接用于使供電線路發(fā)生故障，參數(shù)設(shè)置模塊用于向控制模塊輸入 設(shè)定的供電線路電壓的故障相角，控制模塊可根據(jù)故障相角和當(dāng)前的過零時刻計(jì)算動作時 亥IJ，并根據(jù)動作時刻控制故障模擬模塊動作，使供電線路在設(shè)定故障相角下發(fā)生故障。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述過零時刻獲取模 塊包括電壓轉(zhuǎn)換電路和過零比較電路，電壓轉(zhuǎn)換電路與所述供電線路連接用于采集供電線 路電壓并對采集的電壓進(jìn)行降壓處理，過零比較電路分別與所述控制模塊和電壓轉(zhuǎn)換電路 連接，用于對降壓處理后的電壓信號進(jìn)行過零比較，獲取供電線路電壓的過零時刻并反饋 至所述控制模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述故障模擬模塊包 括從所述供電線路引出至接地的接地電阻故障電路和從所述供電線路引出至接地的電弧 生成電路，接地電阻故障電路包括可調(diào)電阻、用于控制可調(diào)電阻投入不同阻值的第一開關(guān) 和位于可調(diào)電阻輸入側(cè)用于導(dǎo)通或斷開接地電阻故障電路的第二開關(guān)，電弧生成電路包括 電弧觸發(fā)裝置和位于電弧觸發(fā)裝置的輸入側(cè)用于導(dǎo)通或斷開電弧生成電路的第Ξ開關(guān)，第 一、第二、第Ξ開關(guān)和電弧觸發(fā)裝置均與所述控制模塊連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述故障模擬模塊還 包括連接在電弧生成電路與接地電阻故障電路之間的關(guān)聯(lián)線路，關(guān)聯(lián)線路一端連接在可調(diào) 電阻與第二開關(guān)之間，另一端連接在電弧觸發(fā)裝置與第Ξ開關(guān)之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述供電線路上設(shè)置 有位于接地電阻故障電路引出點(diǎn)與電弧生成電路引出點(diǎn)之間的第四開關(guān)，第四開關(guān)與所述 控制模塊連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述第一開關(guān)為接觸 器，第二、第Ξ、第四開關(guān)為雙向晶閩管。7. 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5或6所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述電弧 觸發(fā)裝置包括底座、固定設(shè)置在底座上的第一支柱、可相對第一支柱移動地設(shè)置在底座上 的第二支柱、分別設(shè)置在第一、第二支柱上的第一、第二放電尖端和通過傳動機(jī)構(gòu)連接驅(qū)動 第二支柱移動的電機(jī)，第一、第二放電尖端中的一方與所述供電線路連接，另一方接地，電 機(jī)與所述控制模塊連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所 述故障包括短路、斷路或者接地故障。9. 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5或6所述的一種配電網(wǎng)故障模擬裝置，其特征在于:所述電 壓轉(zhuǎn)換電路還與控制模塊連接，用于將供電線路的電壓反饋至控制模塊。10. -種配電網(wǎng)故障模擬方法，其特征在于:包括W下步驟： A、 設(shè)定故障發(fā)生時供電線路電壓的故障相角Θ; B、 采集供電線路電壓信號并將該電壓信號進(jìn)行降壓處理； C、 對降壓處理后的電壓信號進(jìn)行過零比較，獲得電壓當(dāng)前的過零時刻ti; D、 根據(jù)公??計(jì)算設(shè)定的故障相角θ對應(yīng)的時間延遲t2,其中，fz為供電線路 頻率； E、 將時間延遲t2疊加至當(dāng)前的過零時刻tl，即可得到動作時刻t = tl+t2; F、 在動作時刻t到來時，控制相應(yīng)開關(guān)動作，使供電線路在故障相角為Θ時發(fā)生短路、斷 路和接地故障。
【文檔編號】G01R31/00GK106093668SQ201610670927
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月15日 公開號201610670927.5, CN 106093668 A, CN 106093668A, CN 201610670927, CN-A-106093668, CN106093668 A, CN106093668A, CN201610670927, CN201610670927.5
【發(fā)明人】王銳鳳, 黃少敏, 陳重洪, 辛志杰, 林逢春, 李麗嬌, 王普專, 陳炳貴, 王錦坤, 洪翠, 郭謀發(fā), 高偉, 許曄, 楊耿杰
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司, 福建省電力有限公司泉州電力技能研究院