基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统配电自动化领域，更具体地，涉及一种基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法。
【背景技术】
[0002]在实际电力系统中，配电网零序电流互感器为一种线路故障电流监测器。一般只有一个铁芯与二次绕组，使用时，将一次三相导线穿过互感器的铁芯窗孔，利用零序电流互感器来检测三相的电流矢量和，即零序电流1，IA+IB+IC = 1，二次通过引线接至专用的继电保护装置，再由继电保护装置的输出端接到信号装置或报警系统。当三相负荷完全平衡时，一次回路中三相电流基本平衡，其所产生合成磁通也近于零(Ιο = 0);当线路上所接的三相负荷不平衡，则1 = ΙΝ，此时的零序电流为不平衡电流IN ;当某一相发生接地故障时，必然产生一个单相接地故障电流Id，此时检测到的零序电流1 = IN+Id，是三相不平衡电流与单相接地电流的矢量和。在互感器的二次绕组中不感应产生电流，当一次线路中发生单相接地等故障时，一次回路中产生不平衡电流(即零序电流)，在二次绕组中感应产生的小电流使继电保护装置动作，发出信号。
[0003]零序电流互感器的应用一般都选用较小变比，常用的如:50/5 ;75/5 ； 100/5 ;150/5 ;200/5 ;20/1 ;50/1 ;100/1 ;150/1 ;200/1，因为只有发生一次接地故障时，零序电流互感器才有输出.人们不会让接地电流很大时才使保护动作。可是由于一次绕组是电力电缆，仅有一匝，这样，50/5 ；10/1的零序电流互感器的二次额定匝数，仅10匝，所以50/5、10/1的零序电流互感器负荷特性较差，实际负载阻抗和零序电流互感器的容量不一致时将会出现较大的误差，而且在低于额定电流时误差也会加大，所以在允许的情况下尽量先用大一些的变化。
[0004]电力系统动态模拟实验室是根据相似原理建立起来的物理模型，模型电流与原型电流存在模拟比的关系，由于原型系统中，当中性点不接地或者经消弧线圈接地的配电网单相接地故障时产生的零序电流很小，如果采用传统穿心式零序电流互感器在动模实验室进行测量，故障电流仅仅只有几mA或者更小，即使是采用最小变比的50/5、10/1的零序电流互感器，也无法启动继电保护装置和故障录波装置，无法开展电力系统配电网动态模拟试验研究。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法，其中通过对其关键组件如铁芯和线圈等的具体结构及其设置方式进行研究和设计，提高了零序电流互感器的二次电流值和测量精度，因而尤其适用于配电网故障电流检测的应用场合。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法，配电网包括继电保护装置、故障录波装置，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007](1)建立无穷大电源和配电变压器模型，使所述配电变压器中性点具有不接地、经消弧线圈接地、经电阻接地三种接地方式，其中所述中性点经消弧线圈接地有欠补偿、过补偿运行方式；
[0008](2)建立架空线路或电缆线路模型，并在每条线路上预设故障点，在线路末端增加各种类型模拟负荷；
[0009](3)利用经过所述步骤(1)中的所述配电变压器和经过所述步骤(2)中获得的架空线路或电缆线路模型以及负荷模型组网搭建10kv或35kV配电网模型；
[0010](4)在所述步骤(3)中获得是所述配电网模型中的架空线路模型、电缆线路模型首端上三相串接加装磁平衡法绕线式零序电流互感器，所述绕线式零序电流互感器的付方绕组接继电保护装置和故障录波装置，由此完成含线路零序电流检测的10kV或35kV配电网模型。
[0011]优选地，所述步骤(2)包含以下子步骤:
[0012](2-1)所述架空线路或所述电缆线路模型的参数计算，根据原型配电网系统中的各输电线路类型，计算出原型线路参数，依据原型系统与模型系统的功率模拟比、电流模拟比、电压模拟比、阻抗模拟比，计算出模型系统的各种线路参数、各种负荷参数；
[0013](2-2)根据原型系统建立架空线路模型；
[0014](2-3)根据原型系统建立电缆线路模型；
[0015](2-4)根据原型系统建立各种负荷模型；
[0016](2-5)根据原型系统建立母线、线路开关模型；
[0017](2-6)根据试验研究需要接入故障模拟单元。
[0018]根据本发明的另一个方面，提供了一种基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法，所述配电网包括继电保护装置、故障录波装置和绕线式零序电流互感器，所述方法包括步骤(1)建立10kV或35kV配电网模型；其特征在于，该方法还包括步骤(2)所述绕线式零序电流互感器的付方绕组接继电保护装置和故障录波装置。
[0019]总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优占.
[0020]1、本发明通过改变模拟变压器中性点各种接地方式实现配电网各种运行工况，通过模拟比计算，保证模型架空线路、电缆线路的正序、负序和零序阻抗以及容抗参数和原型线路的系统参数一致，同时也能很好的模拟原型线路运行参数，在单相接地故障时有零序电流产生，为动态测试继电保护装置提供测试源；
[0021]2、本发明方法考虑到当中性点不接地或者经消弧线圈接地的配电网单相接地故障时产生的零序电流非常小的特点，采用磁平衡法绕线式零序电流互感器，将三相线路和副方绕组绕在同一个环形铁芯上，通过磁平衡原理大大提高了零序电流互感器的二次电流值和测量精度，所构建的模型能够全面真实地反映各种线路各种运行工况，很好地解决了小电流接地系统动态模拟实验出现的问题。
【附图说明】
[0022]图1是本发明10kV配电网动模实验接线图；
[0023]图2是本发明分布式配电网架空线路或电缆线路模型；
[0024]图3是本发明零序电流互感器在架空线路或电缆线路模型中的接线图；
[0025]图4是本发明零序电流互感器在无穷大电源模型中性点处的接线图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]本发明的目的在于克服上述各种模型不足，提供了一种基于配电网物理模型中的线路零序电流模拟与检测方法，该方法严格按照电力行业标准的要求建立模型，采用现代化的控制方式，模拟原型系统的控制设备特性，使模型系统更真实反映原型系统电气量变化特征。
[0028]首先根据相似原理确定模型系统与原型系统的模拟比，建立配电变压器模型，使模拟配电变压器中性点具有三