基于真型测试的配电网验证系统功能分析及研究

2019-07-12任正某胡长金孙振权

电子技术与软件工程 2019年9期

文/任正某胡长金孙振权

随着智能电网的建设与发展，人们对供电可靠性的要求不断地提高，因此配电自动化也逐步成为建设的一个重要内容。配电网中的电力设备的大量应用及状态检修也在不断地深入推进，原来所采用的方式的条件局限性逐步突显，而基于真型测试的配电网验证系统全部按照真实使用环境搭建，具有更真实可靠的特点。状态检测技术可在设备运行状态下动态获取设备实际的状态量，它具有及时性和准确性的特点，有利于提高设备运行的可靠性，降低设备检修成本，是实施电力设备状态检修的必要技术手段。

在电力系统、配电网实验研究与实验室建设方面，目前国内外实验研究方法主要分为数学仿真与物理仿真、二次模拟仿真及真型仿真。由配电终端及若干仿真测试柜组成，通过仿真测试柜中的模拟开关、模拟故障点、模拟负载。对仿真测试柜进线不同的连接可模型不同的一次网架结构，变动灵活。总体来看，对配电网系统的设备、运行、自动化及其保护测量，国内外学者进行了长期的研究与实验，在理论和实践上都取得了一定的成绩。其主设备变压器、断路器、柱上综合开关、智能断路器、配电变压器、配电终端、故障指示器、配电主站、通讯单元等都得到了得迅速发展，但其研究的方法大都集中在某一具体的主设备性能研究或自动化系统设备的配备性能上，缺少配电网相应的系统的实验研究基地与具体功能的系统化测试平台，更无法发现配电网及其自动化系统新的运行特性及规律，包括故障特征。

因此，为更好地规范和指引各类配电网带电检测和诊断技术的现场应用，研究开发新的带电检测技术，国内外有的研究机构及电力企业建立了一些变压器、GIS、电缆等相关设备的状态检测实验研究平台或系统。然而，目前建立的电力设备状态检测实验研究平台多数为单台设备或者是按比例缩小的设备模型。因此，为了更深入的研究真实配电网的验证系统检测技术，本文基于10kV真实设备设计建成了配电网验证系统功能研究平台，能够真实模拟变电站运行工况、复杂电磁环境下各种典型配电网故障，对推动状态检测技术的研究与应用具有重要的实际意义。

1 基于真型测试的配电网系统结构

图1：系统组成结构示意图

真型仿真系统全部按照真实使用环境搭建，安装使用实际的配网柱上开关设备及其控制器，模拟真实的架空配电系统；安装使用环网柜、分支箱、箱变及其相关测控设备能够模拟真实的电缆系统；安装多组电容器组仿真模拟实际系统中不同线路的对地分布电容，接入实际的消弧线圈，仿真带消弧线圈接地的配电系统；安装多组相间短路设备（短路开关设备）和接地设备（大功率接地电阻及接地开关设备）用于进行不同线段和分支的短路故障和单相接地故障试验。

配电网及配电自动化真型综合验证测试平台完全采用真实设备、真实线路参数进行验证，与以往采用电力系统动模、实时数字仿真（RTDS）、电力仿真软件、二次模拟一次设备、一次设备降压模拟等仿真验证方式有着本质的区别，完全在10kV真实环境进行验证，做到真实设备的可观、可测、可验证，是一个完整的、浓缩的10kV配电网系统。配电网及配电自动化真型综合验证测试平台包含多个部分及系统组成，分别为电源部分，线路部分、故障模拟部分、通信系统、主站系统。系统结构如图1所示，系统的平面布置示意如图2所示。

2 配置方案与重点功能分析

2.1 架空线路模拟

架空线路采用线路参拟模块模拟的线路按照架空裸导线LGJ-120，架空绝缘线JKLGYJ-120考虑。其典型参数为Z=0.27+j*0.335，电容电流每公里0.04A，在架空线路分段开关中间的一段加入线路等效模块，通过调整线路等效模块的接入来模拟整条线路的距离。架空线路结构示意图如图3。

2.2 电缆线路模拟

电缆线路YJV22-185考虑。其典型参数为Z=0.17+j*0.069，电容电流每公里0.5A，通过计算可得每1km线路参数：电阻R=0.17Ω，电感L=0.22mh，电容C=0.092μf。在电缆线路的一端入线路等效模块，通过调整线路等效模块的接入来模拟整条线路的距离。电缆线路结构示意图如图4。

图3：架空线路结构示意图

图4：电缆线路结构示意图

2.3 线路等效参数设置

由于实验场占地面积及方便实验测试等原因，实验线路不具备真实线路一样的长度，造成实验线路接地电容电流及系统阻抗很小。实验线路为能等效较长的线路，需要在每段模拟线路中配置线路等效参数装置，用于参数模拟线路的对地电容及电抗。线路等效参数模拟装置如图5。

图5：线路等效参数模拟装置

图6：故障点示意图

2.4 故障模拟部分

故障模拟装置作为验证测试平台模拟产生线路故障的装置应具备模拟多种类型单相接地故障及短路故障（短路电阻可调）的能力。接地故障包括金属性接地、小电阻接地、高阻接地及弧光接地等。考虑同时在两个不同地点发生故障，则故障模拟装置需要两套。故障点示意图如图6。

如需在配电线路各个节点都能进行故障模拟，则需要把每个主干线分段及分支分段都接入故障模拟装置的故障母线。可考虑每个接入点都可采取用一台真空断路器选择并连接故障母线；也可使用人工来挂接故障线路，再由一台真空断路器连接故障母线，下面以每个节点都采用开关选择设计。故障模拟时，先根据故障类型遥控相别的选择接触器合闸，再遥控各故障点选择开关断路器合闸。如要进行故障点1的A相经水泥地接地故障，则先把可调电阻调为0Ω，再把接地端子接为水泥地接地项并遥控和A相接触器，最后遥控合故障点1选择断路器，则故障投入。