一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备及方法技术

本发明专利技术提供一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备及方法，所述设备包括滑轨、第一支撑架、第二支撑架、绝缘电极圆盘、电极盘电机，第一支撑架设于滑轨一侧，第二支撑架固定于滑轨，第二支撑架上设有用于驱动绝缘电极圆盘转动的电极盘电机，第一支撑架上安装有上导电棒、下导电棒，上导电棒、下导电棒相靠近的一端分别设有上弧形导体片、下弧形导体片，绝缘电极圆盘位于上弧形导体片和下弧形导体片之间，绝缘电极圆盘上嵌入两圈导电柱，上弧形导体片和下弧形导体片分别安装在上导电棒、下导电棒靠近导电柱的一侧。本发明专利技术中弧形导体片的使用，可在实现工频熄弧并有效模拟电弧接地故障的同时大幅降低成本，有广泛的实际应用价值。

An equipment and method for simulating intermittent arc ground fault in distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备及方法
本专利技术涉及配电网电力试验
，具体是一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备及方法。
技术介绍
受绝缘击穿、线路老化以及暴风、暴雨等恶劣天气影响，中压配电网常因导线破损、坠地，绝缘子闪络等发生单相电弧接地故障。单相电弧接地故障作为中压配电网最常见的故障类型之一，具有故障过程复杂、非线性特征明显、谐波含量丰富等特点。在现场实际运行条件下，受实际故障环境中温度、湿度、风速等条件影响，电弧接地故障(特别是高阻接地且电弧电流偏小时)的接地过程往往伴随着间歇性，即产生的电弧为非稳定性电弧。该类电弧难以自行熄灭，但又不足以稳定燃烧，往往在工频电流过零时熄灭，形成半个或几个周波的时燃时灭的放电现象。对于持续时间较长、影响面较广的间歇性弧光接地，易诱发电弧接地过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。为验证单相电弧接地故障的电气量特征，获取故障录波数据，同时验证各保护装置以及配电自动化相关设备的动作行为，电网公司及各高校等研究团队往往需开展多次可重复实现的人工接地实验。在人工接地实验中，现有常用的电弧接地模拟方法是将铜制球隙直接接入配电线路，通过调整球隙间距实现电弧放电，但该种方法存在可控性较差、不易控制放电初相角、球隙易碎坏等缺点。另外，专利技术专利“一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备和方法”(专利申请号：201610543564.9)提出一种间歇性接地故障模拟设备，通过旋转的电极与固定的导电柱放电，但该设备存在价格昂贵、不易实现工频熄弧等缺点，在人工接地实验中普及较为困难。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术结合电弧熄弧原理，提出一种可实现工频熄弧的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备及方法，在有效模拟电弧接地故障的同时可大幅降低成本，有着广泛的实际应用价值。本专利技术的技术方案为：一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，包括滑轨、第一支撑架、第二支撑架、绝缘电极圆盘、电极盘电机，第一支撑架设于滑轨一侧，第二支撑架固定于滑轨，第二支撑架上设有用于驱动绝缘电极圆盘转动的电极盘电机，第一支撑架上安装有呈竖直状态且间隔一定距离设置的上导电棒、下导电棒，上导电棒、下导电棒相靠近的一端分别设有上弧形导体片、下弧形导体片，绝缘电极圆盘位于上弧形导体片和下弧形导体片之间，绝缘电极圆盘上嵌入两圈导电柱，外圈均匀分布多个外圈导电柱，内圈不均匀分布多个内圈导电柱，上弧形导体片和下弧形导体片分别安装在上导电棒、下导电棒靠近导电柱的一侧。进一步的，所述电极盘电机的电机轴与联轴器连接，绝缘电极圆盘的中心与联轴器固定。进一步的，上弧形导体片和下弧形导体片与上导电棒、下导电棒之间通过焊接连接。进一步的，上弧形导体片和下弧形导体片的弧心与绝缘电极圆盘的圆心的垂直投影点重叠。进一步的，上弧形导体片和下弧形导体片的半径与外圈导电柱所在圆的半径相同。进一步的，第一支撑架上部间隔安装有上支撑杆和下支撑杆，上导电棒、下导电棒分别对应可上下移动地安装在上支撑杆和下支撑杆上。进一步的，上导电棒、下导电棒经螺纹旋入并固定到对应的上支撑杆和下支撑杆中。进一步的，两圈导电柱间隔10cm，内圈导电柱距绝缘电极圆盘圆心处10cm，外圈导电柱距绝缘电极圆盘边缘5cm。进一步的，上导电棒在人工接地实验中接架空相线，下导电棒接地。一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的方法，基于上述设备进行，所述方法包括：a)模拟稳定电弧接地故障：完成线路连接后，通过水平拉动滑轨，转动绝缘电极圆盘选择某一外圈导电柱或内圈导电柱后固定，不开启电极盘电机，仅调整外圈导电柱或内圈导电柱与上、下导电棒之间的相对位置后，即可直接引发电弧接地故障；b)模拟不完全熄弧下的间歇性电弧接地故障：完成线路连接后，使用外圈导电柱，在实验线路频率为fHz的条件下，转动绝缘电极圆盘转速控制目标为12f，单位为r/min，控制转动绝缘电极圆盘上的外圈导电柱在电压峰值时转至上、下导电棒中间，引发系统在电压峰值时刻发生电弧接地故障，通过动态调整电极盘的转速为9f～12f，可减弱电弧的熄弧能力；c)模拟实际工况下绝缘子、避雷器击穿等多通道放电特殊情况：完成线路连接后，替换上、下导电棒与弧形导体片，调整滑轨使内圈导电柱移动到上、下导电棒中间，在实验线路频率为fHz的条件下，绝缘电极圆盘转速控制目标为12f，单位为r/min，绝缘电极圆盘上的内圈导电柱在电压峰值时转至高压电极和接地电极中间，引发系统在电压峰值时刻发生电弧接地故障。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)无需动态调整导电棒位置。现有装置的设计思路是由支撑架上的位置传感器检测导电柱与上下导电棒之间的相对位置，并与实时电网电压波形进行对比，通过对上下导电棒的位置进行平移调整，保证导电柱在电网电压正负半周峰值附近时转到上下导电棒构成的间隙中间。使用弧形导体片后，加大了可放电区域，则无需实时监测电网电压与调整上下导电棒的位置，也可实现导电柱对弧形导体片放电，更节约设计制造成本。2)可实现工频过零熄弧。现有装置实现间歇性电弧放电时，由于绝缘电极盘转速快、电弧放电时间较短，多依赖电流高频过零熄弧，使用弧形导体片后，加大了可放电区域，可通过实验同时获得电弧工频、高频熄弧的电气量特征，实用性更强。3)稳定电弧。现有装置实现间歇性电弧放电时，由于绝缘电极盘转速快，存在不同程度的拉弧现象，弧长变化速度过快，电弧往往不够稳定。使用弧形导体片后，在放电过程中弧长基本可保持不变，有稳定电弧的作用，更为安全。4)可模拟多通道放电等复杂情况。在选用内圈不均匀分布的导电柱进行人工接地实验时，由于弧形导体片加大了可放电区域，则存在多个导电柱在电压峰值时转至两弧形导体片中间的可能，该情况下多个导电柱将同时击穿，实现多条放电通道放电，可模拟实际工况下绝缘子、避雷器击穿等多通道放电特殊情况。附图说明图1为本专利技术模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备的结构示意图；图2为本专利技术绝缘电极圆盘与导电柱分布示意图；图3为本专利技术弧形导体片的结构和尺寸示意图。图中：1—滑轨，2—第一支撑架，3—上支撑杆，4—下支撑杆，5—上导电棒，6—下导电棒，7—上弧形导体片，8—下弧形导体片，9—第二支撑架，10—绝缘电极圆盘，11—内圈导电柱，12—外圈导电柱，13—联轴器、14—电极盘电机。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，包括滑轨1、第一支撑架2、上支撑杆3、下支撑杆4、上导电棒5、下导电棒6、上弧形导体片7、下弧形导体片8、第二支撑架9、绝缘电极圆盘10、内圈导电柱11、外圈导电柱12、联轴器13、电极盘电机14。第一支撑架2设于滑轨1一侧，第一支撑架2上部间隔安装有上支撑杆3和下支撑杆4，其中上支撑杆3和下支撑杆4上分别对应安装有上导电棒5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：包括滑轨(1)、第一支撑架(2)、第二支撑架(9)、绝缘电极圆盘(10)、电极盘电机(14)，第一支撑架(2)设于滑轨(1)一侧，第二支撑架(9)固定于滑轨(1)，第二支撑架(9)上设有用于驱动绝缘电极圆盘(10)转动的电极盘电机(14)，第一支撑架(2)上安装有呈竖直状态且间隔一定距离设置的上导电棒(5)、下导电棒(6)，上导电棒(5)、下导电棒(6)相靠近的一端分别设有上弧形导体片(7)、下弧形导体片(8)，绝缘电极圆盘(10)位于上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)之间，绝缘电极圆盘(9)上嵌入两圈导电柱，外圈均匀分布多个外圈导电柱(12)，内圈不均匀分布多个内圈导电柱(11)，上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)分别安装在上导电棒(5)、下导电棒(6)靠近导电柱的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：包括滑轨(1)、第一支撑架(2)、第二支撑架(9)、绝缘电极圆盘(10)、电极盘电机(14)，第一支撑架(2)设于滑轨(1)一侧，第二支撑架(9)固定于滑轨(1)，第二支撑架(9)上设有用于驱动绝缘电极圆盘(10)转动的电极盘电机(14)，第一支撑架(2)上安装有呈竖直状态且间隔一定距离设置的上导电棒(5)、下导电棒(6)，上导电棒(5)、下导电棒(6)相靠近的一端分别设有上弧形导体片(7)、下弧形导体片(8)，绝缘电极圆盘(10)位于上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)之间，绝缘电极圆盘(9)上嵌入两圈导电柱，外圈均匀分布多个外圈导电柱(12)，内圈不均匀分布多个内圈导电柱(11)，上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)分别安装在上导电棒(5)、下导电棒(6)靠近导电柱的一侧。


2.如权利要求1所述的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：所述电极盘电机(14)的电机轴与联轴器(13)连接，绝缘电极圆盘(10)的中心与联轴器(13)固定。


3.如权利要求1所述的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)与上导电棒(5)、下导电棒(6)之间通过焊接连接。


4.如权利要求1所述的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)的弧心与绝缘电极圆盘(10)的圆心的垂直投影点重叠。


5.如权利要求1所述的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：上弧形导体片(7)和下弧形导体片(8)的半径与外圈导电柱(12)所在圆的半径相同。


6.如权利要求1所述的模拟配电网间歇性电弧接地故障的设备，其特征在于：第一支撑架(2)上部间隔安装有上支撑杆(3)和下支撑杆(4)，上导电棒(5)、下导电棒(6)分别对应可上下移动地安装在上支撑杆(3)和下支撑杆(4)上。

【专利技术属性】
技术研发人员：杨帆，沈煜，任伟，雷杨，薛永端，杨志淳，宿磊，胡伟，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：湖北;42