一种配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统的制作方法

本实用新型涉及一种配电设备试验装置，具体讲涉及一种配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统。

背景技术：

配电自动化终端、配电线路故障指示器等配电自动化设备是配电网故障辨识与分析处理的重要载体。其中配电自动化终端等设备是利用配电线路二次低压电气量参数进行故障辨识，而配电线路故障指示器等设备是直接利用线路一次高压电气量参数进行故障辨识。为全面考核和管控这类设备在出厂、供货和入网阶段的产品质量，模拟配电网故障运行场景对产品的故障辨识能力进行检测与验证。然而，出于配电网安全性和供电可靠性的考虑，该类设备的试验检测宜在模拟环境中进行。

目前国内外配电网故障模拟方法主要有直接输出模拟量的保护类装置、数模混合仿真系统、物理模拟系统、真型仿真系统等。常规保护类装置难以输出包含暂态特征的模拟量信号；RTDS等数模仿真系统易发生带载失真，不能模拟弧光接地故障；等比例缩小物理模拟系统无法反映故障能量特征；真型试验系统不易实现多运行工况、多故障场景灵活调整，对外部系统干扰大。

现阶段还没能在较低容量下，具备不同接地方式各类型短路接地故障大电流模拟能力，同时支持故障条件、故障持续时间、故障电流大小等多维度参数灵活可调，并能够真实反映配电线路故障时暂态、稳态全过程运行工况的配电线路故障模拟仿真试验系统。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统，在较低容量下，以低压、高压运行方式模拟配电线路短路接地故障运行场景，能够模拟不同中性点接地方式下各种故障类型，并且故障条件、故障位置和故障持续时间等多维度参数可以灵活设置，故障电流大小可调。

本实用新型采用下述技术方案：

一种配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统，其特征在于，所述系统包括低压馈线故障模拟模块、高压馈线故障模拟模块和综合控制模块；所述低压馈线故障模拟模块分别与高压馈线故障模拟模块和综合控制模块连接；所述高压馈线故障模拟模块和综合控制模块连接。

进一步的，所述低压馈线故障模拟模块包括：依次连接的电源变电模块、馈线间隔模块和线路负载模块；与馈线间隔模块或线路负载模块相连的故障模拟模块。

进一步的，所述电源变电模块包括：主变压器模拟单元，以及分别与主变压器模拟单元相连接的小电阻模拟单元、消弧线圈模拟单元和高阻模拟单元。

进一步的，所述线路负载模块包括：线路模拟单元和负载模拟单元。

进一步的，所述故障模拟模块包括：单相接地故障模拟模块和相间短路故障模拟模块。

进一步的，所述单相接地故障模拟模块包括：单相接地故障输出接口，以及分别与单相接地故障输出接口连接的金属性接地模拟单元、低阻接地模拟单元、高阻接地模拟单元、弧光接地模拟单元。

进一步的，所述相间短路故障模拟模块，包括相间短路故障输出接口，以及与相间短路故障输出接口相连接的两相短路模拟单元和三相短路模拟单元。

进一步的，其特征在于，单相接地故障输出接口和相间短路故障输出接口均包括：与馈线间隔模块或线路负载模块相连接的故障输出接口，与故障输出接口相连的定时器。

进一步的，所述高压馈线故障模拟模块包括：升压升流变换单元和高电压大电流输出回路。

进一步的，所述综合控制模块包括：仿真案例管理单元、监控单元、录波单元、标准外部接口和数据库。

与最接近的现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案可实现以低压、高压运行方式模拟配电线路正常、短路与接地故障运行工况，能够模拟在包括配电网中性点不接地、经消弧线圈接地、经小电阻接地、经高阻接地在内的不同接地方式下，短路故障及金属性接地、小电阻接地、高阻接地和弧光接地故障，解决了在供电容量有限的条件下模拟实际配电线路故障大电流的难题。

2、本发明提供的技术方案能够灵活配置包括故障类型、故障时长、故障位置在内的等多维度故障运行场景，满足电气一、二次设备的故障辨识等功能与性能测试要求，并具备批量测试能力，有效提高配电网短路接地故障试验检测效率，为全面提升配电网故障处理相关技术的试验验证提供坚强支撑。

附图说明

图1为本实用新型的模块示意图；

图2为本实用新型的结构连接示意图；

图3为本实用新型电源变电模块的结构示意图；

图4为本实用新型故障模拟模块的结构示意图；

图5为本实用新型弧光接地模拟单元的内部结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例的配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统的模块示意图。如图1所示，故障仿真试验系统包括低压馈线故障模拟模块1、高压馈线模拟模块2和综合控制模块3。其中低压馈线故障模拟模块1根据相似原理，通过低压物理模拟技术来模拟配电线路正常运行工况、短路与接地故障运行工况，并对被测配电终端提供低压测试信号，高压馈线故障模拟模块2，通过将低压馈线故障模拟模块生成的正常或故障运行信号经过升压升流环节变换为实际线路正常或故障运行信号，实现等效模拟发生在配电母线或配电线路上的正常、短路与接地故障运行工况，并对被测故障指示器提供高压测试信号。

综合控制模块3分别与低压馈线故障模拟模块1和高压馈线故障模拟模块2连接，用于采集、监控、记录、存储所述的低压馈线故障模拟模块和高压馈线故障模拟模块运行参数，以及被测样品的测试响应信号。

图2为本实用新型配电线路短路与接地故障模拟仿真试验系统的结构连接示意图实施例。在本实施例中，低压馈线故障模拟模块1包括电源变电模块11、馈线间隔模块12、线路负载模块13、故障模拟模块14。其中电源变电模块11、馈线间隔模块12和线路负载模块13的电气接线是依次相连，故障模拟模块14与线路负载模块13电气相连，用于模拟发生在线路上的故障，故障模拟模块14也可以与馈线间隔模块12电气相连，用于模拟发生在配电线路母线的故障。

图3为电源变电模块11内部的结构示意图，电源变电模块11由主变压器模拟单元111，以及与其分别相连接的小电阻模拟单元112、消弧线圈模拟单元113、高阻模拟单元114组成。通过控制小电阻模拟单元、消弧线圈模拟单元、高阻模拟单元的投切状态，可以模拟对应的经小电阻接地、经消弧线圈接地和高阻接地在内的运行方式，若三个接地模拟单元都不投入，即模拟中性点不接地运行。馈线间隔模块12，用于模拟母线，确保每条馈线的间隔距离，起到汇集、分配和传送电能的作用。线路负载模块13，包括线路模拟单元和负载模拟单元。其中线路模拟单元由阻性、容性和感性元件组成，通过分组组合每条模拟线路的阻性、容性和感性元件投入运行的数量，灵活调节包括阻抗和导纳在内的模拟线路参数。

图4为故障模拟模块的结构示意图，故障模拟模块14包括单相接地故障模拟模块141和相间短路故障模拟模块142。其中单相接地故障模拟模块141包括单相接地故障输出接口1411、金属性接地模拟单元1412、低阻接地模拟单元1413、高阻接地模拟单元1414、弧光接地模拟单元1415；相间短路故障模拟模块142包括相间短路故障输出接口1421、两相短路模拟单元1422和三相短路模拟单元1423。其中单相接地故障和相间短路故障输出接口由故障输出接口串接一个定时器组成，故障输出接口用于改变故障发生位置，可以连接馈线间隔模块，也可以与线路负载模块相连接，所选择的连接模块，分别用于模拟故障位置发生在配电母线或者是配电线路。定时器，用于控制故障持续时间，设置模拟故障属于瞬时性故障，还是永久性故障。通过控制单相接地故障输出接口和相间短路故障输出接口通断，选择模拟故障属于接地故障还是短路故障。

高压馈线故障模拟模块包括升压升流变换单元和高电压大电流回路，用于将所述低压故障模拟模块的低压小电流信号经升压升流变换单元后注入高压大电流输出回路，等效模拟发生在配电母线或配电线路上的短路与接地故障。

低压小电流信号可以来源于线路负载模块、电源变电模块与线路负载模块、或者是馈线间隔模块与线路负载模块，用于测试利用电气二次信号进行故障分析与处理的配电设备。而高压大电流信号，来自于以高压运行方式模拟配电线路运行工况，用于测试利用电气一次信号进行故障分析与处理的配电设备。

综合控制模块包括仿真案例管理单元、监控单元、录波单元、标准外部接口和数据库。其中仿真案例管理单元用于组建仿真案例；监控单元分别与所述的电源变电模块、馈线间隔模块、线路负载模块、故障模拟模块、高压馈线模块相连，用于控制中性点接地方式、调整配电线路参数、选择故障类型、调节单相接地故障电流大小；录波单元与高压大电流输出回路相连，用于记录故障发生前、后过程中包括电压、电流信号在内的电气量变化情况；标准外部接口，用于进行标准格式数据和波形文件的导出与传输；数据库，用于存储监控单元和录波单元产生的数据，以及被测设备的响应结果。

图5为本实用新型弧光接地模拟单元的内部结构连接示意图的实施例，弧光接地模拟单元可以分为两个部分：一是静触头，采用一个绝缘子固定一块铜排，铜排一端连接接地故障点，另一端成直角悬空；另一部分是动触头，在步进电机上安装一个钢棒材质的探针，步进电机控制器与综合模拟单元通过串口通信。综合模拟单元以下发指令控制步进电机在滑台的运动方向和步长，来实现动静头与静触头的间隙的调节，从而产生弧光。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请特批的权利要求保护范围之内。