一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統和方法
【專利摘要】本發明提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統和方法，包括負荷模擬單元、分布式電源接入單元、輸電線路及饋線模擬單元、接地電容模擬單元、接地故障模擬單元、電網模擬單元、接地方式模擬單元和主變壓器模擬單元；負荷模擬單元和分布式電源接入單元分別通過輸電線路及饋線模擬單元與主變壓器模擬單元連接，接地電容模擬單元和接地故障模擬單元均設置在輸電線路及饋線模擬單元上，電網模擬單元和接地方式模擬單元分別連接主變壓器模擬單元。本發明模擬不同接地方式的低壓電網中小電流接地系統，研究小電流接地系統運行特性、故障特征；系統構建靈活方便，可用于研究有分布電源或無分布電源接入的小電流接地系統的故障特性及保護的適應性。
【專利說明】一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統和方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種系統和方法，具體涉及一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統和方法。
【背景技術】
[0002]在IlOkV以下的電網中，普遍采用中性點不接地或中性點經消弧線圈或小電阻接地的方式構成小電流接地系統。采用小電流接地系統最大的優點是當系統發生單相接地故障時，不破壞系統電壓的對稱性，且故障電流較小，對供電設備不致造成很大的危害，允許故障線路或設備可繼續運行一段時間，而不影響正常供電。但是單相接地故障如果不做及時的處理，由于非故障相的兩相對地電壓的升高，可能引起絕緣薄弱環節被擊穿，發展成為相間短路，使事故擴大，影響電網安全運行。因此，當發生第一次單相接地故障時，必須正確及時地把故障線路檢測出來并加以切除。
[0003]從上世紀80年代起就開始研究小電流接地故障選線識別技術，提出了多種選線方法，但由于故障特征復雜，選線判據不充分等原因造成在實際工作中小電流接地故障選線準確率不理想，非常必要繼續開展對小電流接地選線技術的研究。
[0004]小電流接地系統的主要特點如下:
[0005]故障時電流小，小電流系統單相接地時產生的零序電流是系統電容電流，其大小與系統規模和線路類型(電纜或架空線)有關，數值很小。經中性點接入消弧線圈補償后，其數值更小，且消弧線圈的補償狀態(過補償、欠補償、完全補償)不同，接地基波電容電流的特點與無消弧線圈補償時相反或相同。
[0006]不平衡電流的影響，不平衡電流主要包括兩方面:在實際應用中，一般采用零序TA測取故障時零序電流狀態特征，由于，一次電流很小(5A以下)，其實測變比誤差達20%?80%，角誤差達10?50° ;二是由于負荷電流不平衡，造成的零序電流和諧波電流較大，特別是當系統較小(對地電容電流較小時)，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對應電流。
[0007]零序電流的不確定，我國配電網一般都是小電流系統，其運行參數會頻繁改變，使電容電流和諧波電流經常變化；母線電壓水平的高低，負荷電流的大小總在不斷變化，故障點的接地電阻不確定等；這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不確定。
[0008]電容電流波形的不穩定小電流系統的單相接地故障常常是間歇性的不穩定弧光接地,故電容電流波形不穩定,對應的諧波電流大小隨時在變化。
[0009]針對這些問題使用小電流接地系統的動態模擬技術來研究小電流接地系統的故障特征，提高電網中小電流接地系統故障選線裝置的準確性及改進措施，是最有效的方法。它可以模擬小電流接地系統的各種運行特性、故障特性以及對選線裝置的影響，為低壓系統的設計與配置提供技術依據，提高電網安全穩定運行能力。
[0010]小電流接地系統故障的動態模擬技術是開展電網小電流接地系統故障特征研究、故障選線技術研究的重要手段，它可以模擬和驗證電網小電流接地系統發生的各種接地故障及對系統的影響。為更好的適應我國小電流接地系統運行的安全性、可靠性的要求，提高小電流接地系統故障的選線識別能力，確保護裝置能夠更準確的識別故障線路并快速切除故障，使用小電流接地系統動態模擬技術來研究小電流接地系統故障選線裝置的適應性及改進措施，是行之有效的方法。

【發明內容】

[0011]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統和方法，模擬不同接地方式的低壓電網中小電流接地系統，研究小電流接地系統運行特性、故障特征；系統構建靈活方便，可用于研究有分布電源或無分布電源接入的小電流接地系統的故障特性及保護的適應性。
[0012]為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案:
[0013]本發明提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統，所述系統包括負荷模擬單元、分布式電源接入單元、輸電線路及饋線模擬單元、接地電容模擬單元、接地故障模擬單元、電網模擬單元、接地方式模擬單元和主變壓器模擬單元；所述負荷模擬單元和分布式電源接入單元分別通過所述輸電線路及饋線模擬單元與主變壓器模擬單元連接，所述接地電容模擬單元和接地故障模擬單元均設置在所述輸電線路及饋線模擬單元上，所述電網模擬單元和接地方式模擬單元分別連接所述主變壓器模擬單元的高壓側和低壓側。
[0014]所述負荷模擬單元包括不同容量的電動機負荷、電阻負荷和家電負荷等；所述分布式電源接入單元包括光伏電站和發電設備。
[0015]所述輸電線路及饋線模擬單元包括輸電線路模擬單元和饋線模擬單元，用于連接所述動態模擬系統中的負荷及分布式電源。
[0016]所述接地電容模擬單元模擬輸電線路或饋線的接地電容，所述接地電容的電容值可根據模擬試驗需要進行配置。
[0017]所述接地故障模擬單元設置接地故障點，在接地故障點處模擬輸電線路或饋線上發生的單相接地故障及相間短路故障。
[0018]所述電網模擬單元用于模擬不同容量的系統電網；所述主變壓器模擬單元的容量及變比根據試驗需求配置。
[0019]所述接地方式模擬單元采用小電阻接地方式模擬單元或消弧線圈接地方式模擬單元；
[0020]所述小電阻接地方式模擬單元用于模擬所述系統不同接地電阻的運行特征和故障特征；
[0021]所述消弧線圈接地方式模擬單元用于模擬所述系統處于欠補償、過補償或全補償時的運行特征和故障特征。
[0022]本發明又提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬方法，所述方法包括以下步驟:
[0023]步驟1:根據所要模擬的小電流接地系統選擇接入的所述系統的容量及輸電線路長度，判斷附近是否有分布式電源接入，配置相應的分布式電源通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元；
[0024]步驟2:根據小電流接地系統選擇相應的接地方式，包括不接地、小電阻接地和經消弧線圈接地，并把相應的負荷模擬單元通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元；
[0025]步驟3:確定接地故障點的數量和位置，把所述接地故障模擬單元接入小電流接地系統；
[0026]步驟4:把繼電保護裝置或故障選線裝置接入所述系統，并運行所述系統。
[0027]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0028]1、模擬不同接地方式的低壓電網中小電流接地系統，研究小電流接地系統運行特性、故障特征；
[0029]2、動態模擬系統構建靈活方便，可用于研究有分布電源或無分布電源接入的小電流接地系統的故障特性及保護的適應性；
[0030]3、可根據真實電網運行特性模擬小電流接地系統運行，研究結果具有實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發明實施例中小電流接地系統的動態模擬系統結構示意圖；
[0032]圖2是本發明實施例中小電流接地系統接線示意圖；
[0033]圖3是本發明實施例中的動態模擬系統中接地方式模擬單元連接示意圖；
[0034]圖4是本發明實施例中的單相接地故障模擬單元連接示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0036]如圖1，本發明提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬系統，所述系統包括負荷模擬單元、分布式電源接入單元、輸電線路及饋線模擬單元、接地電容模擬單元、接地故障模擬單元、電網模擬單元、接地方式模擬單元和主變壓器模擬單元；所述負荷模擬單元和分布式電源接入單元分別通過所述輸電線路及饋線模擬單元與主變壓器模擬單元連接，所述接地電容模擬單元和接地故障模擬單元均設置在所述輸電線路及饋線模擬單元上，所述電網模擬單元和接地方式模擬單元分別連接所述主變壓器模擬單元的高壓側和低壓側。
[0037]所述負荷模擬單元包括不同容量的電動機負荷、電阻負荷和家電負荷等；所述分布式電源接入單元包括光伏電站和發電設備。
[0038]所述輸電線路及饋線模擬單元包括輸電線路模擬單元和饋線模擬單元，用于連接所述動態模擬系統中的負荷及分布式電源。
[0039]所述接地電容模擬單元模擬輸電線路或饋線的接地電容，所述接地電容的電容值可根據模擬試驗需要進行配置。
[0040]所述接地故障模擬單元設置接地故障點，在接地故障點處模擬輸電線路或饋線上發生的單相接地故障及相間短路故障。
[0041]所述電網模擬單元用于模擬不同容量的系統電網；所述主變壓器模擬單元的容量及變比根據試驗需求配置。
[0042]所述接地方式模擬單元采用小電阻接地方式模擬單元或消弧線圈接地方式模擬單元；
[0043]所述小電阻接地方式模擬單元用于模擬所述系統不同接地電阻的運行特征和故障特征；
[0044]所述消弧線圈接地方式模擬單元用于模擬所述系統處于欠補償、過補償或全補償時的運行特征和故障特征。
[0045]本發明又提供一種電網中小電流接地系統的動態模擬方法，所述方法包括以下步驟:
[0046]步驟1:根據所要模擬的小電流接地系統選擇接入的所述系統的容量及輸電線路長度，判斷附近是否有分布式電源接入，配置相應的分布式電源通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元；
[0047]步驟2:根據小電流接地系統選擇相應的接地方式，包括不接地、小電阻接地和經消弧線圈接地，并把相應的負荷模擬單元通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元；
[0048]步驟3:確定接地故障點的數量和位置，把所述接地故障模擬單元接入小電流接地系統；
[0049]步驟4:把繼電保護裝置或故障選線裝置接入所述系統，并運行所述系統。
[0050]圖2是試驗時使用的一種小電流接地系統的拓撲結構所構成小電流接地系統為分布式電源(小型發電單位包括光伏、小火電等)通過線路I與系統電網相連接，三路負荷分別通過饋線I?饋線3通過匯流母線與系統主變壓器相連，經主變壓器電壓匹配與系統電網相連接，圖中FDl為模擬接地故障點，故障點的數量及位置可根據模擬試驗需要確定。在設置的故障點處可以分別模擬電網中各線路中的任一相發生接地故障，如A相接地故障或B相接地故障。
[0051]本發明運行在實驗室條件下的小電流接地試驗系統具有靈活建模的能力，在試驗中能夠模擬真實電網運行中發生的各種電氣故障，因此，小電流接地試驗系統可以用來研究各種小電流接地電網的運行特征、故障特征、研究小電流接地系統故障時的故障識別與保護配置的適應性問題，小電流接地系統的接地方式可根據需要，選擇圖2中的接地方式開關Kl?K3中的任意一個確定系統的接地方式如Kl?K3全部處于斷開狀態，配電網構成了不接地系統這也是小電流電網系統的典型運行方式之一，接地故障位置和選相開關可以視需要改變接入線路的位置和相別，試驗過程是首先確定故障線路，閉合選中的選線開關FDl?FD4確定故障位置，閉合開關使其連通，然后，閉合KA?KC任一選相開關，確定故障相后與故障開關KG相連通，故障開關KG的閉合時間可以按需要設定，通過程控進行故障開關KG閉合操作，以模擬不同線路的單相接地故障。控制系統按照設定的時間操作故障開關KG的合、斷，上述操作既完成了小電流接地系統接地故障的模擬。
[0052]圖2所示，閉合開關K4?K16構成小電流不接地系統，選擇FD4為故障點，閉合圖5中FD4開關，圖2中FD4處已與圖4中的三相故障開關KG及選相開關KA、KB、KC相連通，閉合選相開關KA，此時，設定好故障開關KG的閉合時間為600ms (按需要設定)，啟動控制器控制故障開關按設定好時間閉合三相故障開關KG，于是線路4的FD4處便發生A相接地故障。閉合選相開關K2重復前述過程，線路4的FD4處便發生經消弧線圈欠補償接地系統的A相接地故障。
[0053]如圖2所示，閉合開關K5?K16使配電網小電流不接地系統，選擇FD3為故障線路，閉合圖4中FD3開關，圖2中FD3處已與圖4中的三相故障開關KG及選相開關KA、KB、KC相連通，閉合選相開關KA，此時，設定好故障開關KG的閉合時間為170ms (按需要設定)，啟動控制器控制故障開關按設定好時間閉合三相故障開關KG，于是線路3的FD3處便發生A相接地故障,故障引起電磁諧振。
[0054]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種電網中小電流接地系統的動態|吳擬系統，其特征在于:所述系統包括負荷|吳擬單元、分布式電源接入單元、輸電線路及饋線模擬單元、接地電容模擬單元、接地故障模擬單元、電網模擬單元、接地方式模擬單元和主變壓器模擬單元；所述負荷模擬單元和分布式電源接入單元分別通過所述輸電線路及饋線模擬單元與主變壓器模擬單元連接，所述接地電容模擬單元和接地故障模擬單元均設置在所述輸電線路及饋線模擬單元上，所述電網模擬單元和接地方式模擬單元分別連接所述主變壓器模擬單元的高壓側和低壓側。
2.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述負荷模擬單元包括不同容量的電動機負荷、電阻負荷和家電負荷等；所述分布式電源接入單元包括光伏電站和發電設備。
3.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述輸電線路及饋線模擬單元包括輸電線路模擬單元和饋線模擬單元，用于連接所述動態模擬系統中的負荷及分布式電源。
4.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述接地電容模擬單元模擬輸電線路或饋線的接地電容，所述接地電容的電容值可根據模擬試驗需要進行配置。
5.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述接地故障模擬單元設置接地故障點，在接地故障點處模擬輸電線路或饋線上發生的單相接地故障及相間短路故障。
6.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述電網模擬單元用于模擬不同容量的系統電網；所述主變壓器模擬單元的容量及變比根據試驗需求配置。
7.根據權利要求1所述的電網中小電流接地系統的動態模擬系統，其特征在于:所述接地方式模擬單元采用小電阻接地方式模擬單元或消弧線圈接地方式模擬單元； 所述小電阻接地方式模擬單元用于模擬所述系統不同接地電阻的運行特征和故障特征； 所述消弧線圈接地方式模擬單元用于模擬所述系統處于欠補償、過補償或全補償時的運行特征和故障特征。
8.—種電網中小電流接地系統的動態模擬方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:根據所要模擬的小電流接地系統選擇接入的所述系統的容量及輸電線路長度，判斷附近是否有分布式電源接入，配置相應的分布式電源通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元； 步驟2:根據小電流接地系統選擇相應的接地方式，包括不接地、小電阻接地和經消弧線圈接地，并把相應的負荷模擬單元通過與實際距離相同長度的輸電線路模擬單元接入電網模擬單元； 步驟3:確定接地故障點的數量和位置，把所述接地故障模擬單元接入小電流接地系統； 步驟4:把繼電保護裝置或故障選線裝置接入所述系統，并運行所述系統。
【文檔編號】G01R31/02GK103645410SQ201310693234
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】董明會, 周春霞, 詹榮榮, 李巖軍, 詹智華, 賈琰, 余越, 崔佳, 晁暉, 楊國生, 艾淑云 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院