一种10kV单相接地故障模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出的是一种10kV单相接地故障模拟装置，其结构包括相控开关柜，大功率电阻柜，弧光模拟装置柜；其中，相控开关柜的出线端与大功率电阻柜的进线端连接，大功率电阻柜的出线端与弧光模拟装置柜的进线端连接。本发明专利技术支持多种系统接地方式，包括中性点不接地系统、中性点经消弧线圈接地系统、中性点经小电阻接地系统；本发明专利技术模拟故障类型多样，可实现单相经过渡电阻接地、稳定弧光接地、间歇性弧光接地、断线接地、电阻

【技术实现步骤摘要】
一种10kV单相接地故障模拟装置


[0001]本专利技术涉及一种10kV单相接地故障模拟装置，属于配电网故障检测


技术介绍

[0002]配电网单相接地故障造成的接地电弧、弧光接地过电压、跨步电压等问题容易导致电气火灾、短路故障和人身安全事故；近年来，为解决配电网单相接地故障这一难题，国内外涌现出大量新型接地故障处理技术和装置，但在现场的应用效果并不理想；主要原因是配电网接地故障特征极其复杂，容易受到系统条件、故障媒介的影响，采用传统的数字仿真试验或动模试验难以模拟现场的真实故障特征，难以反映被测设备或技术在现场条件下的真实性能，为提高研发和检测工作的效率，必须提供一种能高度还原现场接地故障场景和特征的试验装置。
[0003]2019年，国网设备部《关于加强大城市配电电缆网单相接地故障快速处置工作的通知》（设备配电（2019）64号文）中明确要求接地故障选线跳闸装置须经过真型试验验证；市场上目前10kV配电网故障模拟装置可模拟的故障过渡电阻档位有限，不能实现故障过渡电阻的灵活调节，也不能模拟1000Ω及以上高阻接地故障，且受限制于功率不能支持较大的系统容流，如小电阻接地系统；同时传统故障模拟装置有故障初相角不可控、间歇性弧光接地故障模拟场景受限等局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出的是一种10kV单相接地故障模拟装置，其目的旨在解决现有技术无法模拟单相接地故障现场场景和特征的问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案：一种10kV单相接地故障模拟装置，其结构包括相控开关柜，大功率电阻柜，弧光模拟装置柜；其中，相控开关柜的出线端与大功率电阻柜的进线端连接，大功率电阻柜的出线端与弧光模拟装置柜的进线端连接。
[0006]进一步地，所述相控开关柜包括进线穿墙套管1，电流互感器2，三相五柱电压互感器3，相控开关4，交换机5，合闸角控制器6，高频故障录波仪7，接触器组8；其中，进线穿墙套管1与电流互感器2连接，电流互感器2分别与三相五柱电压互感器3、相控开关4连接，相控开关4与接触器组8连接，接触器组8上有预留测试接口9，合闸角控制器6、高频故障录波仪7分别由网线与交换机5相连。
[0007]进一步地，所述相控开关4包括三个故障触发开关，三个故障触发开关分别为A相故障触发开关S1、B相故障触发开关S2、C相故障触发开关S3；所述三相五柱电压互感器3的二次侧端子与合闸角控制器6的电压采集端子连接，电流互感器2的二次侧端子与合闸角控制器6的电流采集端子连接，相控开关4的A相故障触发开关S1、B相故障触发开关S2、C相故障触发开关S3的合分闸接点分别与合闸角控制器6的A相遥控开出端子、B相遥控开出端子、C相遥控开出端子连接。
[0008]进一步地，所述合闸角控制器6通过三相五柱电压互感器3采集进线侧电网接入点
电压信号，合闸角控制器6通过电流互感器2采集故障点电流型号，通过卫星时间同步装置使用IRIG
‑
B时间编码对时确保时间精准同步；合闸角控制器6用于控制相控开关4在精确时刻合闸以触发故障，合闸角控制器6接收上位机发出的合闸时间及故障触发角度指令，采集电压信号监听电压过零点，在达到指定合闸时刻后，根据电压过零点计算相控开关合闸时间，并通过提前测试设定的相控开关合闸动作延时进行补偿修正，控制相控开关合闸，确保相控开关合闸时刻电压初相角为上位机指令设定的角度；所述合闸角控制器的控制算法流程包括如下步骤：步骤1：接收本地人机界面或者上位机设置的参考相及故障合闸角度并保存；步骤2：实时采集电压，计算系统的频率，并根据频率的大小与采样率的大小调整抽样步长并在每周波内保存64点采样数据；步骤3：对64点采样数据进行FFT分析，计算幅值A与初相位；步骤4：寻找故障发生时刻，需寻找的相位点对应的幅值为，设置故障合闸角度，则可根据或者计算故障发生时刻；步骤5：寻找到故障发生时刻后，控制开出模块对应的开出节点，使步骤1中设置的参考相对应的故障触发开关合闸，即实现了故障合闸角的控制。
[0009]进一步地，所述接触器组8包括第一接触器S4，第二接触器S5；第一接触器S4、第二接触器S5均与相控开关4串接，第一接触器S4与第二接触器S5并联；第一接触器S4与大功率电阻柜直接连接，第二接触器S5与大功率电阻柜通过预留测试接口9连接；所述接触器组8用于切换内部测试或外部测试方式，当第一接触器S4合闸时系统经大功率电阻柜、弧光模拟装置柜后接地；当第二接触器S5合闸时系统经由预留测试接口9外部接入的接地故障模拟测试设备接地。
[0010]进一步地，所述大功率电阻柜包括电阻模块旁路开关10，大功率电阻模块11，电阻投切旁路开关12；其中，电阻模块旁路开关10与整个大功率电阻模块11并联，大功率电阻模块11包括若干大功率电阻组，电阻投切旁路开关12为若干个，若干大功率电阻组依次串联，每个大功率电阻组均并联一个电阻投切旁路开关12。
[0011]进一步地，所述弧光模拟装置柜包括弧光接地模拟装置旁路开关S6，弧光接地模拟装置投入开关S7，弧光接地模拟发生装置14，出线端子15；弧光接地模拟装置投入开关S7的一端与大功率电阻模块连接，弧光接地模拟装置投入开关S7的另一端与弧光接地模拟发生装置14的一端连接，弧光接地模拟发生装置14的另一端与出线端子15连接，弧光接地模拟装置旁路开关S6的一端与大功率电阻模块连接，弧光接地模拟装置旁路开关S6的另一端与弧光接地模拟发生装置14的另一端连接，弧光接地模拟装置旁路开关S6与弧光接地模拟装置投入开关S7、弧光接地模拟发生装置14并联；当弧光接地模拟装置旁路开关S6合闸、弧光接地模拟装置投入开关S7分闸时，弧光接地模拟发生装置14不投入，此时系统不经过弧光接地模拟发生装置14接入大地；当弧光接地模拟装置旁路开关S6分闸、弧光接地模拟装置投入开关S7合闸时，系统经过弧光接地模拟发生装置14接入大地，弧光接地模拟发生装置14投入使用。
[0012]进一步地，所述弧光接地模拟装置14包括放电电极16，弧光放电装置；所述放电电极包括两个金属电极，两个金属电极相对放置；所述弧光放电装置包括绝缘圆盘17、若干导
电柱18、第一步进电机M1，若干导电柱均匀分布在绝缘圆盘的圆盘边缘同心圆弧上，绝缘圆盘在第一步进电机M1的带动下匀速旋转。
[0013]进一步地，所述弧光放电装置还包括滚珠丝杆13、第二步进电机M2；第一步进电机M1与滚珠丝杆连接，第二步进电机M2与滚珠丝杆的一端连接；工作时，绝缘圆盘有两个自由度，分别是由第一步进电机M1控制绝缘圆盘旋转，由第二步进电机M2通过滚珠丝杆带动第一步进电机M1及绝缘圆盘整体靠近或远离放电电极；所述弧光放电装置用于模拟弧光放电；所述放电电极中的两个金属电极均为尖端电极，两个金属电极的尖端相对，两个金属电极均为铜电极；所述若干导电柱为8个导电柱；工作时，弧光放电装置使用两个尖端电极作为放电电极引发弧光，两个尖端电极之间的间隙放置一个由第一步进电机M1带动的绝缘圆盘，绝缘圆盘边缘同心圆弧上均匀嵌入8个导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是包括相控开关柜，大功率电阻柜，弧光模拟装置柜；其中，相控开关柜的出线端与大功率电阻柜的进线端连接，大功率电阻柜的出线端与弧光模拟装置柜的进线端连接。2.根据权利要求1所述的一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是所述相控开关柜包括进线穿墙套管（1），电流互感器（2），三相五柱电压互感器（3），相控开关（4），交换机（5），合闸角控制器（6），高频故障录波仪（7），接触器组（8）；其中，进线穿墙套管（1）与电流互感器（2）连接，电流互感器（2）分别与三相五柱电压互感器（3）、相控开关（4）连接，相控开关（4）与接触器组（8）连接，接触器组（8）上有预留测试接口（9），合闸角控制器（6）、高频故障录波仪（7）分别由网线与交换机（5）相连。3.根据权利要求2所述的一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是所述相控开关（4）包括三个故障触发开关，三个故障触发开关分别为A相故障触发开关（S1）、B相故障触发开关（S2）、C相故障触发开关（S3）；所述三相五柱电压互感器（3）的二次侧端子与合闸角控制器（6）的电压采集端子连接，电流互感器（2）的二次侧端子与合闸角控制器（6）的电流采集端子连接，相控开关（4）的A相故障触发开关（S1）、B相故障触发开关（S2）、C相故障触发开关（S3）的合分闸接点分别与合闸角控制器6的A相遥控开出端子、B相遥控开出端子、C相遥控开出端子连接。4.根据权利要求2所述的一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是所述合闸角控制器（6）通过三相五柱电压互感器（3）采集进线侧电网接入点电压信号，合闸角控制器（6）通过电流互感器（2）采集故障点电流型号，通过卫星时间同步装置使用IRIG
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B时间编码对时确保时间精准同步；合闸角控制器（6）用于控制相控开关（4）在精确时刻合闸以触发故障，合闸角控制器（6）接收上位机发出的合闸时间及故障触发角度指令，采集电压信号监听电压过零点，在达到指定合闸时刻后，根据电压过零点计算相控开关合闸时间，并通过提前测试设定的相控开关合闸动作延时进行补偿修正，控制相控开关合闸，确保相控开关合闸时刻电压初相角为上位机指令设定的角度；所述合闸角控制器的控制算法流程包括如下步骤：步骤1：接收本地人机界面或者上位机设置的参考相及故障合闸角度并保存；步骤2：实时采集电压，计算系统的频率，并根据频率的大小与采样率的大小调整抽样步长并在每周波内保存64点采样数据；步骤3：对64点采样数据进行FFT分析，计算幅值A与初相位；步骤4：寻找故障发生时刻，需寻找的相位点对应的幅值为，设置故障合闸角度，则可根据或者计算故障发生时刻；步骤5：寻找到故障发生时刻后，控制开出模块对应的开出节点，使步骤1中设置的参考相对应的故障触发开关合闸，即实现了故障合闸角的控制。5.根据权利要求2所述的一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是所述接触器组（8）包括第一接触器（S4），第二接触器（S5）；第一接触器（S4）、第二接触器（S5）均与相控开关（4）串接，第一接触器（S4）与第二接触器（S5）并联；第一接触器（S4）与大功率电阻柜直接连接，第二接触器（S5）与大功率电阻柜通过预留测试接口（9）连接；所述接触器组（8）用于切换内部测试或外部测试方式，当第一接触器（S4）合闸时系统经大功率电阻柜、弧光模拟装
置柜后接地；当第二接触器（S5）合闸时系统经由预留测试接口（9）外部接入的接地故障模拟测试设备接地。6.根据权利要求1所述的一种10kV单相接地故障模拟装置，其特征是所述大功率电阻柜包括电阻模块旁路开关（10），大功率电阻模块（11），电阻投切旁路开关（12）；其中，电阻模块旁路开关（10）与整个大功率电阻模块（11）并联，大功率电阻模块（11）包括若干大功率电阻组，电阻投切旁路开关（12）为若干个，若干大功率电阻组依次串联，每个大功率电阻组均并联一个电阻投切旁路开关（12）。7.根据权利要求1所述的一种10kV单相接地故障模拟装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀茹，刘刚，邱冬，韩少华，庞吉年，毛王清，王晗雯，葛萱，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司，
类型：发明
国别省市：