一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备和方法与流程

本发明属于电力试验技术领域，具体涉及一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备和方法。

背景技术：

我国3～66kV的配电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的工作方式。在这种工作方式下，发生单相接地故障时，流过接地点的电流很小，所以常被称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障的几率最高，可占总故障的80％。随着配电网规模的扩大及城网、农网改造的进一步深化，尤其是电缆线路的大量使用，导致系统电容电流增大，当电网的接地电容电流达到某一临界值时，接地电弧难以瞬间自行熄灭，特别是由此产生的间歇性电弧接地过电压，作用时间一般较长，且遍及整个电网，在一定条件下容易造成事故。实际的小电流接地系统中，接地过程通常是电弧间歇接地的过程，产生的电弧是不稳定电弧，该电弧难以自行熄灭，但又不足以稳定燃烧，形成半个或几个周波的时燃时灭的放电现象。电弧频繁的熄燃，会产生很多高频分量，易形成持续时间长、影响面广的间歇性弧光接地，诱发电弧过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。

目前，已经有大量针对配电网单相接地故障定位的装置在配电网中安装和应用，用以实现配电网单相接地的故障定位，而间歇性弧光接地为常见的单相接地故障现象，因此需要研究试验方法对单相接地故障定位的装置究竟能否实现间歇性弧光接地故障定位进行测试和验证，以便于及时发现单相接地故障定位装置和系统的缺陷，并有针对性地进行完善。

配电网单相接地故障定位装置的常用测试方法为二次信号注入法。二次信号注入法系通过在电力系统仿真软件进行建模，仿真计算的到单相接地故障波形，通过信号源放大输出至单相接地故障定位的装置，模拟单相接地故障现象对被测装置的性能进行测试验证。间歇性弧光接地时接地点形成的电弧实际上是一个高度非线性的阻抗，具有很强的时变特性，形成的电弧不只是含有电阻分量也有等效的电感和电容性分量，而且实际的形态又会随着电弧电流的大小、形成电弧的长度以及周围环境等不同条件发生很大的变化。因此，构建准确的仿真模型对电弧进行描述比较困难，通过二次信号注入法进行测试，测试结果可信度较低。

综上所述，目前还没有一种可靠的针对单相接地故障定位装置处理间歇性弧光接地的性能测试方法和试验设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备和方法，以实现对单相接地故障定位装置处理间歇性弧光接地的性能测试。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备，包括熔断器、断路器、大容量电阻器、弧光放电模型和电压互感器；熔断器的一端通过绝缘导线和搭接金具连接线路的一相，熔断器的另一端连接断路器的一端，断路器的另一端连接大容量电阻器，大容量电阻器的另一端连接弧光放电模型的高压电极、弧光放电模型的接地电极通过绝缘导线接地；用于采集熔断器与断路器之间线路上对地电压的电压互感器的输出端连接弧光放电模型的控制器的输入端。

进一步的，所述弧光放电模型包括高压电极、接地电极、电极盘、步进电机、控制器和绝缘支架；其中绝缘支架由上下两个水平板和连接两个水平板的支撑支柱组成；高压电极为黄铜材料棒电极，固定在绝缘支架的上水平板上，接地电极为黄铜材料棒电极，固定在绝缘支架的下水平板上，高压电极在接地电极的正上方；电极盘为绝缘材料圆盘，边缘均匀安装若干导电柱；步进电机的输出轴连接电极盘的中心；电极盘设置导电柱的边缘位于高压电极和接地电极之间；控制器的信号输出端与步进电机信号输入端连接。

进一步的，电极盘与步进电机通过连轴器连接，步进电机拖动电极盘旋转，电极盘上的任一导电柱通过高压电极、接地电极之间的间隙时燃弧，导电柱转离间隙时熄弧。

进一步的，控制器采集被测线路的电压频率、相位，通过脉冲信号控制步进电机的转速和位置，实现间歇性弧光放电的放电频率可控、放电相位可控。

进一步的，电极盘的直径为55cm，边缘均匀安装10个导电柱。

进一步的，被测线路的电压频率为f，步进电机的转速为n，控制器通过脉冲信号控制步进电机的转速n＝6f，单位r/min；控制步进电机拖动的电极盘上的任一导电柱在电压相位为90°时通过高压电极、接地电极之间的间隙，实现每周波波峰放电；或者，控制器通过脉冲信号控制步进电机的转速n＝12f，单位r/min；控制步进电机拖动的电极盘上的任一导电柱在电压相位为90°时通过高压电极、接地电极之间的间隙，则实现每周波波峰、波谷各放电一次。

一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验方法，包括以下步骤：启动控制器采集电压信号，5分钟后通过控制器控制步进电机拖动电极盘旋转，控制断路器合闸，经过大容量电阻器弧光放电模型模拟间歇性弧光放电，延时后控制断路器分闸，结束间歇性弧光放电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备和方法，可在实际配电网线路上真实发生常见的间歇性弧光接地现象，以实现针对单相接地故障定位装置处理间歇性弧光接地的性能测试；

进一步的，本发明提供的试验设备和方法适用于所有原理的单相接地故障定位装置，与常用的单相接地二次信号注入法相比，适用范围更广；

进一步的，本发明提供的试验方法可真实发生间歇性弧光接地现象，与常用的单相接地二次信号注入法相比，测试结果可信度更高；

进一步的，控制器采集被测线路的电压频率、相位，通过脉冲信号控制电机的转速和位置，实现间歇性弧光放电的放电频率可控、放电相位可控。

【附图说明】

图1为本发明一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备的原理及接线示意图。

图2为弧光放电模型的结构示意图。

图3为电极盘的机构示意图。

图4为本发明实施例接地点的电压录波数据。

【具体实施方式】

以下将结合附图和对发明的内容做进一步说明：

请参阅图1所示，本发明一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验设备，包括：熔断器1、断路器2、大容量电阻器3、弧光放电模型4和电压互感器5。

熔断器的一端通过绝缘导线和搭接金具连接线路，熔断器的另一端连接断路器的一端，断路器的另一端连接大容量电阻器，大容量电阻器的另一端连接弧光放电模型4的高压电极41、弧光放电模型的接地电极42通过绝缘导线接地；用于采集熔断器1与断路器之间线路上的对地电压的电压互感器的输出端连接弧光放电模型的控制器46的输入端。

请参阅图2所示，弧光放电模型4包括：高压电极41、接地电极42、电极盘44、步进电机45、控制器46和绝缘支架42；其中绝缘支架42由上下两个水平板和连接两个水平板的支撑支柱组成；高压电极41为黄铜材料棒电极，固定在绝缘支架的上水平板上；接地电极42为黄铜材料棒电极，固定在绝缘支架的下水平板上；高压电极在接地电极的正上方；电极盘44与步进电机45通过连轴器连接；控制器46信号输入端接电压互感器信号输出端，控制器信号输出端与步进电机信号输入端连接。

请参阅图3所示，电极盘44为直径50cm的绝缘材料圆盘，边缘均匀安装10个导电柱440。电极盘44与步进电机45通过连轴器连接，步进电机45拖动电极盘44旋转，步进电机45拖动的电极盘44上的任一导电柱440通过高压电极41、接地电极42之间的间隙时燃弧，导电柱440转离间隙时熄弧。控制器46信号输入端接电压互感器5信号输出端，控制器46信号输出端与步进电机45信号输入端连接。控制器46采集被测线路的电压频率、相位，同时对步进电机45的转速和位置进行控制，设被测线路的电压频率为f，步进电机45的转速为n，控制器46通过脉冲信号控制步进电机45的转速n＝6f(r/min)，控制步进电机45拖动的电极盘44上的任一导电柱440在电压相位为90°时通过高压电极41、接地电极42之间的间隙，则实现每周波波峰放电；或者，控制器46通过脉冲信号控制步进电机45的转速n＝12f(r/min)，控制步进电机45拖动的电极盘44上的任一导电柱440在电压相位为90°时通过高压电极41、接地电极42之间的间隙，则实现每周波波峰、波谷各放电一次。根据上述方法实现间歇性弧光放电的放电频率可控、放电相位可控。

本发明一种配电网间歇性弧光接地故障模拟试验方法，按照图1所示通过带电搭接金具和绝缘导线，将熔断器1一端搭接到被测线路的一相上，将弧光接地模型4的接地电极42通过绝缘导线接地。启动弧光接地模型4，5分钟后控制断路器2合闸，开始模拟间歇性弧光接地，延时后控制断路器2分闸，结束模拟间歇性弧光接地。

在现场实际线路利用该装置在被测配电网单相接地故障定位装置的保护区内和保护区外分别模拟间歇性弧光接地，观察被测定位装置的定位结果，从而测试测定位装置对间歇性弧光接地的处理性能。图4所描述的是进行配电网弧光接地试验时，设定每周波波谷放电状态下接地点的电压录波数据。