小电流接地故障选线装置测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种小电流接地故障选线装置的测试系统，特别涉及一种基于相电流互感器的小电流接地故障选线装置测试系统。

背景技术：

目前世界各国的配电网都采用中性点不直接接地方式。因其发生接地故障时，流过接地点的电流小，所以称其为小电流接地系统。可分为中性点不接地系统、中性点经电阻接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。故障时由于三个线电压仍然对称，特别是中性点经消弧线圈接地系统，流过接地点的电流很小，不影响对负荷连续供电，《电力系统安全规程》规定仍可继续运行0.5～2个小时。但小接地电流系统在单相接地时，非故障相电压会升为线电压，长时间带故障运行极易产生弧光接地，形成两点接地故障，引起系统过电压，从而影响系统的安全。因此，需要一种接地后能选择故障线路的装置进行故障检测，一般不动作于跳闸而仅动作于信号。

最初的接地故障研究，是针对中性点不接地系统的配电网络展开的；根据接地时的特有现象:接地线路的首端零序电流近似为非接地线路对地电容电流之和，而非接地首端的零序电流为本线路对地电容电流；接地线路的首端零序电流与非接地首端的零序电流方向相反，接地线路的首端零序电流方向由线路指向母线，非接地首端的零序电流方向则有母线指向线路。根据此原理，零序电流幅值法、零序电流比相法、零序电流群体比幅比相法的选线装置运用而生，取得了不错的效果。

随着消弧线圈的推广应用，消弧线圈的电感电流将电网的对地电容电流基本补偿：接地线路的首端零序电流近似为非接地线路对地电容电流之和，而非接地首端的零序电流为本线路对地电容电流；接地线路的首端零序电流与非接地首端的零序电流方向相反，接地线路的首端零序电流方向由线路指向母线，非接地首端的零序电流方向则有母线指向线路这些以前固有的现象消失，伴随产生了暂态分析技术的选线装置，产生了一定的积极作用。但对架空出线的配电网络，作用有限。

在架空出线配电网中,难以安装零序电流互感器,使得反映于零序电流稳态与暂态电气量的小电流接地选线装置不得不依赖与三相电流互感器组成零序滤过器,来获取零序电流电气量；由于三相电流互感器不能完全相同,三相电流互感器组成零序滤过器其不平衡电流,较零序电流互感器大很多,几乎掩盖了接地时的线路零序电流,因此,基于相电流互感器的小电流接地故障选线装置的选线准确率面临极大的挑战,本实用新型提供了相电流互感器的小电流接地故障选线装置的测试环境,用于评估小电流接地故障选线装置排除零序滤过器其不平衡电流干扰的能力及改善基于相电流互感器的小电流接地故障选线装置的性能。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题本实用新型提供一种小电流接地故障选线装置测试系统，目的为模拟配电网络发生接地故障时,检验小电流接地选线装置抵抗三个相电流互感器组成零序滤过器中的不平衡电流干扰的能力。

为达到上述目的，本实用新型提供的小电流接地故障选线装置测试系统，与所述选线装置连接，其特征在于，包含：

一系统电源模拟模块，设有一将接入的电网系统降为安全三相电压的隔离变压器，所述隔离变压器的一次侧接入所述电网系统，二次侧输出所述安全电压至一配电网模拟模块；

所述配电网模拟模块，进一步包括：

一三相母线和多条三相模拟配电线路，所述三相母线与所述隔离变压器的二次侧连接，所述多条三相模拟配电线路分别自所述三相母线引出，每一条所述三相模拟配电线路上依次电气连接有三个相电流互感器构成的零序滤过器及一模拟电阻模块；

在保持所述模拟电阻模块的阻值不变的情况下，比较所述三相模拟配电线路直接连接所述选线装置时测得的三相模拟配电线路上的零序电流I与所述三相模拟配电线路经所述相电流互感器连接所述选线装置时测得的三相模拟配电线路上的零序电流I’，判断所述选线装置选线准确性。

于一实施例中，所述三相模拟配电线路的每一相上均串联有所述相电流互感器，且所述三相模拟配电线路连接三相控制开关以控制所述三相模拟配电线路的投运与退出。

于一实施例中，所述模拟电阻模块设置于每一条所述三相模拟配电线路末端且远离所述母线，所述模拟电阻模块设有控制阻值大小的三相控制开关。

于一实施例中，每一所述三相模拟配电线路电性连接多个分布参数模型，所述分布参数模型之间并联连接且接地，每一该分布参数单元模型是由LC回路组成，用以模拟所述三相模拟配电线路上的电气参数。

于一实施例中，所述三相模拟配电线路设有6条，相应的所述模拟电阻模块设有6个。

于一实施例中，所述模拟电阻模块包括四组设置于所述三相模拟配电线路的三相电阻、以及三个所述三相控制开关，第一组三相电阻的左侧与第四组三相电阻的左侧之间连接一第三三相控制开关，所述第一组三相电阻的左侧与第三组三相电阻的左侧之间连接有第二三相控制开关，所述第一组三相电阻的左侧与第二组三相电阻的左侧之间连接有第一三相控制开关。

于一实施例中，所述相电流互感器的变比为20:5。

于一实施例中，所述第一组三相电阻阻值为10欧姆，所述第二组三相电阻阻值为8欧姆，所述第三组三相电阻阻值为5欧姆，所述第四组三相电阻阻值为15欧姆。

于一实施例中，所述三相模拟配电线路的最小电流大于或等于所述相电流互感器的一次侧额定电流的百分之五。

于一实施例中，所述模拟电阻模块的相阻抗的范围在7.62-38.1欧姆之间变化。

本实用新型的优点效果：

采用两种方式将模拟配电线路上的电流信号输入给小电流接地选线装置：第一种将三相模拟配电线路的相电流不经电流互感器，直接输出给小电流接地选线装置，此时配电线路的相电流相当于经过不带损耗不附加误差的变比为1的理想电流互感器输出给小电流接地选线装置如图5所示；第二种将三相模拟系统配电线路的相电流经电流互感器，输出给小电流接地选线装置,如图4所示。通过两种输入信号的方式，可以明确对比、分析小电流接地选线装置在三个相电流互感器组成的零序滤过器中不平衡电流的作用下与理想情况下的差异和不同,评估小电流接地故障选线装置排除零序滤过器其不平衡电流干扰的能力及改善基于相电流互感器的小电流接地故障选线装置性能。

附图说明

图1为本实用新型配电网模拟模块示意图；

图2为本实用新型系统电源模拟模块示意图；

图3为本实用新型模拟电阻模块示意图；

图4为小电流接地故障选线装置测试系统示意图；

图5为三相模拟配电线路的相电流经过理想电流互感器输出给小电流接地选线装置示意图。

附图标记为：

三相模拟配电线路L1～L6

系统电源模拟模块1

分布参数模型2

选线装置3

模拟电阻模块4

第一组三相电阻41

第二组三相电阻42

第三组三相电阻43

第四组三相电阻44

三相控制开关KK1～KK6、K1、K2、K3

相电流互感器CT1～CT18

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做详细的说明，以进一步了解本实用新型之目的、方案及功效，但所附图式及实施例说明并非用于限定本实用新型的保护范围。本实用新型提供的小电流接地故障选线装置测试系统，包括可分级控制负荷电阻的模拟电阻模块，通过开关闭合改变负荷电阻的阻值；配电网模拟模块，用于模拟配电网的运行状态与接地状态，检测选线装置3的选线准确率；系统电源模拟模块1，用于模拟配电网上级电源系统。

系统电源模拟模块1，设有一将接入常规380v电网系统降为安全三相电压66v的隔离变压器，所述隔离变压器的一次侧接入该电网系统，二次侧输出安全电压至一配电网模拟模块。。

该配电网模拟模块进一步包括：

一三相母线和多条三相模拟配电线路，所述三相母线与所述隔离变压器的二次侧连接，所述多条三相模拟配电线路分别自所述三相母线引出，每一条所述三相模拟配电线路上依次电气连接有三个相电流互感器构成的零序滤过器及一模拟电阻模块。

该配电网模拟模块用于模拟配电网的运行状态与接地状态，检测选线装置在不同线路(此处为多条不同的三相模拟配电线路)上发生接地时的选线准确率；该配电网模拟模块中配置的该相电流互感器，用以将三相模拟配电线路上的一次电流转换为二次电流，即转化三相模拟配电线路的相电流(一次电流)为二次电流，并将该二次电流输出给小电流接地故障的选线装置。

本实用新型所述的选线装置为小电流接地选线装置。

模拟电阻模块，为可分级控制负荷电阻的模块，是由三个三相控制开关及多组三相电阻组成的电阻模块，其设置于每一条所述三相模拟配电线路末端且远离所述母线的一端，所述模拟电阻模块设有控制阻值大小的控制开关，所述模拟电阻模块用于模拟配电网负荷，通过三相控制开关闭合改变负荷电阻的阻值，考验不同负荷条件下，选线装置的性能。在保持所述模拟电阻模块的阻值不变的情况下，比较三相模拟配电线路直接连接所述选线装置时测得的三相模拟配电线路上零序电流I(例如电流I的大小与角度)与所述模拟线路经所述相电流互感器连接所述选线装置时测得的模拟线路上的零序电流I’(例如电流I’的大小与角度)是否相同，判断所述选线装置选线准确性受相该电流互感器误差干扰的影响程度。

基于相电流互感器的小电流接地故障选线装置测试系统的模拟方法，小电流接地故障选线装置的电流输入信号，来自于相电流互感器2次侧；电力行业标准规定相电流互感器2次侧的额定电流为5安培；

本实用新型的目的在于，为了检测小电流接地选线装置抵抗三个相电流互感器组成的零序滤过器中不平衡电流干扰的能力，本新型专利提供的测试系统采用两种方式将配电线路上的电流信号输入给小电流接地选线装置：第一种将三相模拟配电线路的相电流不经电流互感器，直接输出给小电流接地选线装置，此时配电线路的相电流相当于经过不带损耗不附加误差的变比为1的理想相电流互感器输出给小电流接地选线装置；第二种将三相模拟配电线路的相电流经相电流互感器，间接输出给小电流接地选线装置。通过两种输入信号的方式，可以明确对比、分析小电流接地选线装置在三个相电流互感器组成的零序滤过器中不平衡电流的作用下与理想情况下的差异和不同。

为达到上述目的，在本实用新型一具体实施例中，配电网模拟模块，由一条三相母线、六条三相模拟配电线路组成，如图1所示，沿着F方向自所述三相母线依次引出六条三相模拟配电线路，其中每条三相模拟配电线路连接三个分布参数单元模型组成，所述分布参数模型2之间并联连接且接地，所述三组分布参数模型2均接地，用以模拟模拟配电线路的电气参数。每一条三相模拟配电线路的每一相上均串联有所述相电流互感器CTi(i＝1，2，3，…18)，且每一条所述三相模拟配电线路连接三相控制开关以控制所述模拟配电线路的投运与退出。如图1所示，自左向右依次设置第一条三相模拟配电线路至第六条三相模拟配电线路，每一条三相模拟配电线路通过三相控制开关KKi(i＝1，2，3，4，5，6)连接三相母线，每一条三相模拟配电线路的末端电性连接一可分级控制负荷电阻的模拟电阻模块，其中每一相电流互感器的变比取为20：5；每个分布参数单元模型由L、C回路组成，其中电感L为330uH，电容C为0.33uF；通过控制开关KKi(i＝1，2，3，4，5，6)控制三相母线与六条三相模拟配电线路Li(i＝1，2，3，4，5，6)的通断，该三相母线连接隔离变压器接的二次侧，隔离变压器二次侧的运行额定线电压为66v。

为达到上述目的，模拟电阻模块、配电网模拟模块、系统电源模拟模块1之间相互协调配合，保证在两种输入方式下，输入给小电流接地选线装置的电流信号满足约束条件，即输入电流不能大于5安培。为此，设计系统电源模拟模块1如图2所示,电源模拟模块采用隔离变压器，其一次侧接入常规380v电网系统，其二次降压为安全的66v三相电力电源，并连接模拟配电网的三相母线；该隔离变压器同时起到将模拟配电网系统与常规动力380v电网系统隔离的作用。

为达到上诉目的，可分级控制负荷电阻的模拟电阻模块由三个三相控制开关K1,K2,K3及4组三相电阻组成,参见图3，模拟电阻模块的参数也需要满足一定的约束条件：其中4组三相电阻的阻值分别为：第一组三相电阻41为10欧姆、第二组三相电阻42为8欧姆、第三组三相电阻43为5欧姆、第四组三相电阻44为15欧姆，通过控制K1,K2,K3，改变模拟电阻模块4上的负荷电阻；在第一组三相电阻41的左侧与第四组三相电阻44的左侧之间连接一第三三相控制开关K3，在第一组三相电阻41的左侧与第三组三相电阻43的左侧之间连接有第二三相控制开关K2，在第一组三相电阻41的左侧与第二组三相电阻的左侧之间连接有第一三相控制开关K1。本实用新型该具体实施例中，电源模拟模块提供给配电网模拟模块的电源为66v三相电源，三相模拟配电线路上的相电压VΨ＝66/√3＝38.1v。

当按第一种方式，将模拟系统配电线路的相电流不经电流互感器，直接输出给小电流接地选线装置3时(如图5所示)，三相模拟配电线路最大电流Imax应小于5安培，则负荷相阻抗Rmin最小值应该满足：

Rmin＝38.1/5＝7.62欧姆

当按第二种方式，将模拟系统配电线路的相电流经相电流互感器，输出给小电流接地选线装置3时(如图4所示)，相电流互感器的变比选为20：5，即相电流互感器的一次额定电流为20安培，为保证模拟的相电流互感器与实际电网中运行的相电流互感器一样工作在其励磁曲线的线性区域；三相模拟配电线路最小电流Imin应大于等于相电流互感器的一次侧额定电流的百分之五，即，

Imin＝20*0.05＝1安培

则负荷相阻抗Rmax最大值应该满足：

Rmax＝38.1/1＝38.1欧姆

即可分级控制负荷电阻模块的相阻抗，应该在7.62欧姆-38.1欧姆之间变化。

如图3所示K1,K2,K3为三个改变负荷电阻的三相控制开关；

当K3闭合时，各相负荷电阻取得最小值15欧姆；

当K3打开，同时K2闭合时，各相负荷电阻为：5+15＝20欧姆；

当K3打开，同时K2打开，且K1闭合时，各相负荷电阻为：5+15+8＝28欧姆；

当K1、K2、K3同时打开时，各相负荷电阻取得最大值，为：5+15+8+30＝38欧姆；

在K1,K2,K3控制下，可得到各个档位的电阻，且该模拟电阻模块4满足7.62欧姆至38.1欧姆之间的约束。在本实用新型的具体实施例中，配电网模拟模块的相电压电压为66v，正常运行时三相模拟配电线路的相电流分别1-2.5安培之间。

为了检测小电流接地选线装置抵抗三个相电流互感器组成零序滤过器中不平衡电流干扰的能力，本新型提供了小电流接地故障选线装置的测试方法，步骤如下：

步骤1，将三相模拟配电线路的相电流不经相电流互感器，直接输出给小电流接地选线装置，正如上文所述，此时配电线路的相电流相当于经过不带损耗不附加误差的变比为1的理想电流互感器输出给小电流接地选线装置。

步骤2，通过K1、K2、K3的开合控制改变负荷电阻的阻值，调节所述模拟电阻模块为一阻值R，将所述三相模拟配电线路绕过(避开)所述电流互感器直接与所述选线装置连接，得到所述三相模拟线路上的零序电流I；观察，小电流接地选线装置在不同工况下接地故障发生时的选线性能。

之后通过K1、K2、K3的开合控制改变负荷电阻的阻值，从而改变，线路的相电流，观察，小电流接地选线装置在不同工况下接地故障发生时的选线性能。

步骤3，随后，将三相模拟配电线路的相电流经电流互感器输出给小电流接地选线装置保持所述模拟电阻模块的阻值R不变，将所述三相模拟配电线路经所述电流互感器与所述选线装置连接，得到此时所述模拟线路上的零序电流I’,观察小电流接地选线装置经电流互感器输入信号时，在不同工况下接地故障发生时的选线性能。若工况下接地故障发生时的选线性能相同，说明选线装置能够排除电流互感器误差带来的干扰，反之说明选线装置抵抗电流互感器误差带来的干扰的性能差。

通过两种输入信号的方式，可以明确对比、分析小电流接地选线装置在三个相电流互感器组成零序滤过器中不平衡电流的作用下与理想情况下的差异和不同，通过获取的实验数据进行测试，调试与完善，改进小电流接地选线装置的工作性能。