一种配电网断线接地试验装置和试验方法

技术领域

本发明涉及配电设备技术领域，尤其是一种配电网断线接地试验装置。

背景技术

随着我国城市化进程的加剧，配电网网架规模越来越大，网架结构覆盖的区域也越来越复杂，配网线路经常会遭遇闪电雷击、地面爆破、机械挖掘、安装工艺、电气质量等原因导致的单相断线、两线断线、甚至三相断线的情况。当配电网线路发生断线之后，因为无明显过电流，故障无法立即切除，且故障识别和区段定位难度较大，断线后某侧接地点长时间存在会引发人身触电事故，同时电压不对称会导致电气设备损坏等问题。

由于断线引发的故障现象较多，有单相断线不接地、单相断线电源侧接地、单相断线负荷侧接地、单相断线电源侧和负荷侧同时接地、任意两相断线不接地、任意两相异侧分别接地、任意两相同侧接地引发相间短路、三相断线等多种形态，同时由于断线故障特征不明显，对于投运到配电网中的断线研判新技术和新装备提出更高的要求，所以对于这些新技术和新装备需要进行功能性试验，来验证其对于断线及接地故障研判的功能效果。

目前对于断线故障模拟的方法是对投运到线路上的三相分段开关进行改造，再利用分段开关分闸模拟断线现象。当要测试单相断线时，首先将另外两相从开关的两端采用高压线缆进行短接，然后利用远程遥控或就地操作的做法将开关分闸；当要测试两相断线时，又将另外一相采用高压线缆进行短接，然后再利用远程遥控或就地做法将开关分闸。这样的方法存在若干弊端，首先，要求对现有线路开关进行改造，而且针对不同的断线故障类型，需要不同的改造措施，改造的时候要么停电作业，要么带电作业人员需要随时配合，所以对于资源需求较大，如果停电会影响受电用户满意度；其次，采用分段开关遥控或就地分闸来模拟断线故障，是人工操作，无法精确控制断线时间，无法全面测试断线故障研判技术和设备；第三，需要单独的单相接地装置模拟断线后的接地现象，并且需要与分段开关分闸动作模拟的断线操作进行时间上的配合，无法精确模拟更多的异常场景。

随着城市配电网规模越来越大，面临的环境越来越复杂，断线故障的情况越来越多，投运的断线及接地故障的设备越来越丰富，需要对其断线研判、告警、保护、分析等功能进行效果验证。

发明内容

本发明提出一种配电网断线接地试验装置，能用于配电网断线及接地故障功能模拟，全面验证断线研判的新技术和新设备的功能和性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种配电网断线接地试验装置，包括断线模拟单元、接地模拟单元和二次测控单元；所述断线模拟单元一端与配电网三相线路连接，另一端以内置的第一断路器组与接地模拟单元相连；所述断线模拟单元、接地模拟单元均与二次测控单元相连；所述接地模拟单元内置第二断路器组；所述第一断路器组、第二断路器组均内置遥控装置，所述遥控装置用于控制断路器组的分合状态。

进一步的，所述第一断路器组包括单相真空断路器K1、单相真空断路器K2、单相真空断路器K3；所述第二断路器组包括单相真空断路器Q；所述断线模拟单元包括具有可视断开点的机械隔离刀闸G1、机械隔离刀闸G2、机械隔离刀闸G3；所述三个机械隔离刀闸上端均以安装有带电夹具的柔性线缆与配电网三相线路连接，下端均通过可拆卸铜鼻子与断线模拟单元的高压桩头连接，所述高压桩头通过铜牌与第一断路器组相连；所述第一断路器组内的单相真空断路器K1经三工位开关与接地模拟单元相连。

进一步的，所述机械隔离刀闸为手动刀闸；所述三工位开关用于选择单相断线后接地方式是电源侧接地还是负荷侧接地；所述三工位开关可连接至第一断路器组的上端位置或下端位置；当三工位开关连接至第一断路器组的上端位置时，试验装置模拟电源侧接地；当三工位开关连接至第一断路器组的下端位置时，试验装置模拟负荷侧接地；

所述安装有带电夹具的柔性线缆为三对，分别以黄、绿、红色标识，柔性线缆一端挂接至配电网架空线路上三相分段开关两侧，另一端在挂接前已经连接至所述试验装置的高压桩头。

进一步的，所述高压桩头分两组设置，其中一组包括对应三相线路的高压桩头A1、高压桩头B1、高压桩头C1，另一组包括对应三相线路的高压桩头A2、高压桩头B2、高压桩头C2；每组内的高压桩头以黄、绿、红色区别并与配电网三相线路颜色标识保持一致。

进一步的，所述接地模块单元包括单相真空断路器Q、可调接地电阻模块、弧光放电模块，还包括用于选择旁路可调接地电阻模块或弧光放电模块的接触器；当单相真空断路器Q处于合闸状态时，所述接地模块单元对断线后的接地状态进行模拟。

进一步的，所述单相真空断路器Q的出线铜牌连接可调电阻模块，所述可调接地电阻模块可按试验需求设置电阻值来模拟小电阻接地或高阻接地；可调电阻模块并联旁路接触器P1，当旁路接触器P1处于合闸状态时，所述可调接地电阻模块模拟金属性接地。

进一步的，所述弧光放电模块包括控制其弧光放电工况的导通状态和关断状态的可控硅，所述可控硅用于设置弧光放电工况的导通角、导通时长、停止时长、循环次数。

进一步的，所述弧光放电模块进线连接可调电阻模块出线铜牌；所述弧光放电模块与旁路接触器P2并联，当试验中不需要弧光放电时，可把旁路接触器P2合闸。

进一步的，所述二次测控单元包括测量模块、保护模块和控制模块；

所述测量模块包括用于对断线模拟单元和接地模拟单元中的模拟量进行测量，并对信号量进行采集的互感器；

所述保护模块为对试验装置进行微机综合保护的保护模块；

所述控制模块可控制断线模拟单元、接地模拟单元之间的时序配合，并能对可调接地电阻模块进行阻值设置，以及对弧光放电模块进行参数设置。

一种配电网断线接地试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1）将高压柔性线缆，安装固定到断线模拟单元的高压桩头；将接地模拟单元接地端通过工作接地线连接至大地，将断线接地试验装置整机外壳进行保护接地；

2）将断线模拟单元的机械隔离刀闸G1、G2、G3手动合闸，单相真空断路器K1、K2、K3遥控合闸，根据试验要求手动设置三工位开关F至K1的上端或下端，模拟电源侧接地或符合侧接地；

3）将第1）步中一端已经安装固定到高压桩头的柔性线缆按照进出线及相别，挂接至配电网三相线路三相分段开关的电源侧和负荷侧，并确保挂接稳固、相别正确；

4）遥控或就地操作配电网三相线路上的三相分段开关到分闸状态；

5）根据试验要求配置单相短路器K1的分闸时间，单相断路器Q的合闸时间、时序逻辑等参数配置；

6）遥控执行单相断路器K1分闸、单相断路器Q合闸，参数配置的时间后断路器K1自动恢复合闸状态，单相短路器Q自动恢复分闸状态；

7）提取试验数据和录波波形进行试验结果分析；

8）根据下一组试验工况设置相关开关状态，准备进行下一组试验。

进一步的，通过遥控分闸断线模拟单元的真空断路器即可实现断线模拟，并且断路器的分闸时间可以通过参数设置，可精确至毫秒，精准的实现试验要求的断线时长，对试验提供足够精确的测试数据。

进一步的，断线后接地要求电源侧接地还是负荷侧接地或者不接地，可以通过三工位开关进行手动选择，也可以随时调整。

进一步的，断线后接地可以与断线进行时序配合，根据试验要求设置断线后多长时间接地。

进一步的，接地电阻大小可以根据试验要求进行调整，方便的模拟金属性接地、小电阻接地、高阻接地等不同的接地场景。

进一步的，可以选择是否弧光接地，弧光接地可以控制导通角、导通时长、停止时长、循环次数等。

与现有技术相比，本发明的优点在于：试验装置在进行断线试验时不需要对已经投运到线路上的三相分段开关进行改造，只需要将三对柔性线缆通过带电夹具分别挂接至配电网架空线路上三相分段开关两侧，柔性线缆的另一端在挂接前已经连接至试验装置高压桩头。这样只需一次接线，即不需要对现有开关进行改造，也不需要额外消耗带电作业资源，更不需要对线路停电，试验前准备工作简单、方便、快捷、安全。

附图说明

附图1是本发明的结构原理示意图；

图中：1-三相分段开关；2-断线模拟单元；3-二次测控单元；4-接地模拟单元；5-测量模块；6-保护模块；7-控制模块；8-可调接地电阻模块；9-弧光放电模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

如图所示，一种配电网断线接地试验装置，所述试验装置包括断线模拟单元2、接地模拟单元4和二次测控单元3；所述断线模拟单元一端与配电网三相线路连接，另一端以内置的第一断路器组与接地模拟单元相连；所述断线模拟单元、接地模拟单元均与二次测控单元相连；所述接地模拟单元内置第二断路器组；所述第一断路器组、第二断路器组均内置遥控装置，当试验时，可通过遥控装置控制第一断路器组、第二断路器组的分合状态，使两者进行时序配合。

优选的，所述第一断路器组包括单相真空断路器K1、单相真空断路器K2、单相真空断路器K3；所述第二断路器组包括单相真空断路器Q；所述断线模拟单元包括具有可视断开点的三个机械隔离刀闸G1、机械隔离刀闸G2、机械隔离刀闸G3；所述机械隔离刀闸上端以安装有带电夹具的柔性线缆与配电网三相线路连接，下端通过可拆卸铜鼻子与断线模拟单元的高压桩头连接，所述高压桩头通过铜牌与第一断路器组相连；所述第一断路器组内的单相真空断路器K1经三工位开关与接地模拟单元相连。

优选的，所述机械隔离刀闸为手动操作的刀闸；所述三工位开关用于选择单相断线后接地方式是电源侧接地还是负荷侧接地；

优选的，当试验时，所述三工位开关可连接至第一断路器组的上端位置或下端位置；当三工位开关连接至第一断路器组的上端位置时，试验装置模拟电源侧接地；当三工位开关连接至第一断路器组的下端位置时，试验装置模拟负荷侧接地；

优选的，当试验时，所述安装有带电夹具的柔性线缆为三对，分别以黄、绿、红色标识，柔性线缆一端挂接至配电网架空线路上三相分段开关两侧，另一端在挂接前已经连接至所述试验装置的高压桩头；

优选的，所述高压桩头分两组设置，其中一组包括对应三相线路的高压桩头A1、高压桩头B1、高压桩头C1，另一组包括对应三相线路的高压桩头A2、高压桩头B2、高压桩头C2；每组内的高压桩头以黄、绿、红色区别并与配电网三相线路颜色标识保持一致，预防试验过程中由于接错线导致相间短路事故。

优选的，所述接地模块单元包括单相真空断路器Q、可调接地电阻模块8、弧光放电模块9，还包括用于选择旁路可调接地电阻模块或弧光放电模块的接触器；

优选的，当单相真空断路器Q处于合闸状态时，所述接地模块单元对断线后的接地状态进行模拟。

优选的，所述单相真空断路器Q的出线铜牌连接可调电阻模块，所述可调接地电阻模块可按试验需求设置电阻值来模拟小电阻接地或高阻接地；可调电阻模块并联旁路接触器P1，当旁路接触器P1处于合闸状态时，所述可调接地电阻模块模拟金属性接地。

优选的，所述弧光放电模块包括可控制其弧光放电工况的导通状态和关断状态的可控硅，所述可控硅可设置弧光放电工况的导通角、导通时长、停止时长、循环次数。

优选的，所述弧光放电模块进线连接可调电阻模块出线铜牌；所述弧光放电模块与旁路接触器P2并联，当试验中不需要弧光放电时，可把旁路接触器P2合闸。

优选的，所述二次测控单元包括测量模块5、保护模块6和控制模块7；

优选的，所述测量模块包括用于对断线模拟单元和接地模拟单元中的模拟量进行测量，并对信号量进行采集的互感器；

优选的，所述保护模块为对试验装置进行微机综合保护的保护模块；

优选的，所述控制模块可控制断线模拟单元、接地模拟单元之间的时序配合，并能对可调接地电阻模块进行阻值设置，以及对弧光放电模块进行参数设置。

优选的，所述第一断路器组、第二断路器组通过遥控分闸来模拟断线，其分闸时间通过参数设置并精确至毫秒。

优选的，所述断线模拟单元与配电网三相线路连接的部位分别位于配电网三相分段开关1的进线侧与出线侧处。

实施例1：

本例中，试验装置包括断线模拟单元、接地模拟单元和二次测控单元。断线模拟单元上端固定安装有两组三相高压桩头A1、B1、C1和A2、B2、C2，高压桩头通过黄、绿、红色进行区分，挂接至架空线路三相的柔性线缆也用黄、绿、红色进行标识，以防止挂接错导线导致相间短路。高压桩头通过铜牌连接至断线模拟单元内部的三个机械隔离刀闸G1、G2、G3，机械隔离刀闸通过手动操作，具有明显的可视断开点，用于操作人员观察刀闸位置，为操作人员提供安全保障。机械隔离刀闸下端通过铜牌分别连接至三个单相真空断路器K1、K2、K3，单相真空断路器安装有遥控装置，通过遥控器进行远程遥控分合。F是一个三工位开关，两个触点分别通过铜牌连接至单相真空断路器K1的上端和下端，用于选择单相断线后接地是电源侧接地还是负荷侧接地。只在K1单相真空断路器上端和下端设置三工位开关模拟的是A相断线后接地，这是本方案的优选实施方式，应当指出，在K2和K3真空断路器上下段也设置三工位开关，即可实现对应相的断线后接地，同时对多组三工位开关进行操作，即可实现任意两相断线后接地和三相断线后接地，因为基于相同原理，所以此改进也应视为本发明的保护范围。

所述的接地模拟单元，包括单相真空断路器、可调接地电阻模块、弧光放电模块、用于旁路可调接地电阻模块和弧光放电模块的接触器。合闸单相真空断路器Q即可实现断线后的接地模拟，与断线模拟单元的三工位开关F出线铜牌连接，并且也安装有遥控器，同时通过程序与单相真空断路器K1进行时序配合，用于模拟断线后接地的场景。单相真空断路器Q出线铜牌连接可调电阻模块，可调电阻模块可根据试验需求设置其电阻值，分别模拟小电阻接地和高阻接地。可调电阻模块并联旁路接触器P1，合闸P1即可实现金属性接地。弧光放电模块进线连接可调电阻模块出线铜牌，弧光放电模块通过可控硅进行弧光放电的导通和关断，并可设置导通角、放电时长、停止时长、循环次数等。弧光放电模块并联旁路接触器P2，当试验项目不需要弧光放电时，将旁路接触器P2合闸即可。

所述的二次测控单元，包括测量模块、保护模块、控制模块。测量模块将安装于断线模拟单元和接地模拟单元中的互感器模拟信号进行回采，并进行存储，用于故障现象分析的数据资料；测量模块同时会采集信号量数据，反馈给控制模块。控制模块主要负责断线模拟单元的单相真空断路器和接地模拟单元的接地断路器分合闸的时序配合，和可调电阻的阻值设置以及弧光放电装置的参数设置。保护模块对系统进行微机综合保护。

实施例2：

以实施例1中的装置进行断线试验的方法，包括以下步骤：

步骤一，将三组柔性线缆对应的固定在断线模拟单元的高压桩头，并根据试验要求设置断线真空断路器K1的分闸时间、K1与Q时序配合时间等参数；

步骤二，带电作业班分别将三组柔性线缆带电挂接至架空线路三相分段开关进线侧和出线侧；

步骤三，手动合闸机械隔离刀闸G1、G2、G3，以及遥控合闸单相真空断路器K1、K2、K3；

步骤四，通过远程遥控或就地操作方式分闸线路上的三相分段开关；

步骤五，根据试验需求，将三工位开关F放置合适触点；

步骤六，根据试验需求，调节可调电阻模块的电阻值，或合闸旁路接触器P1；

步骤七，根据试验需求，设置弧光放电模块的相关参数，或合闸旁路接触器P2；

步骤八，通过单相真空断路器K1的遥控器进行分闸操作，模拟真实单相断线，根据步骤一的参数设置，接地真空断路器Q相应合闸，模拟真实单相接地；

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。