基于真型測試的配電網驗證系統功能分析及研究

文/任正某 胡長金 孫振權

隨著智能電網的建設與發展，人們對供電可靠性的要求不斷地提高，因此配電自動化也逐步成為建設的一個重要內容。配電網中的電力設備的大量應用及狀態檢修也在不斷地深入推進，原來所采用的方式的條件局限性逐步突顯，而基于真型測試的配電網驗證系統全部按照真實使用環境搭建，具有更真實可靠的特點。狀態檢測技術可在設備運行狀態下動態獲取設備實際的狀態量，它具有及時性和準確性的特點，有利于提高設備運行的可靠性，降低設備檢修成本，是實施電力設備狀態檢修的必要技術手段。

在電力系統、配電網實驗研究與實驗室建設方面，目前國內外實驗研究方法主要分為數學仿真與物理仿真、二次模擬仿真及真型仿真。由配電終端及若干仿真測試柜組成，通過仿真測試柜中的模擬開關、模擬故障點、模擬負載。對仿真測試柜進線不同的連接可模型不同的一次網架結構，變動靈活。總體來看，對配電網系統的設備、運行、自動化及其保護測量，國內外學者進行了長期的研究與實驗，在理論和實踐上都取得了一定的成績。其主設備變壓器、斷路器、柱上綜合開關、智能斷路器、配電變壓器、配電終端、故障指示器、配電主站、通訊單元等都得到了得迅速發展，但其研究的方法大都集中在某一具體的主設備性能研究或自動化系統設備的配備性能上，缺少配電網相應的系統的實驗研究基地與具體功能的系統化測試平臺，更無法發現配電網及其自動化系統新的運行特性及規律，包括故障特征。

因此，為更好地規范和指引各類配電網帶電檢測和診斷技術的現場應用，研究開發新的帶電檢測技術，國內外有的研究機構及電力企業建立了一些變壓器、GIS、電纜等相關設備的狀態檢測實驗研究平臺或系統。然而，目前建立的電力設備狀態檢測實驗研究平臺多數為單臺設備或者是按比例縮小的設備模型。因此，為了更深入的研究真實配電網的驗證系統檢測技術，本文基于10kV真實設備設計建成了配電網驗證系統功能研究平臺，能夠真實模擬變電站運行工況、復雜電磁環境下各種典型配電網故障，對推動狀態檢測技術的研究與應用具有重要的實際意義。

1 基于真型測試的配電網系統結構

圖1：系統組成結構示意圖

真型仿真系統全部按照真實使用環境搭建，安裝使用實際的配網柱上開關設備及其控制器，模擬真實的架空配電系統；安裝使用環網柜、分支箱、箱變及其相關測控設備能夠模擬真實的電纜系統；安裝多組電容器組仿真模擬實際系統中不同線路的對地分布電容，接入實際的消弧線圈，仿真帶消弧線圈接地的配電系統；安裝多組相間短路設備（短路開關設備）和接地設備（大功率接地電阻及接地開關設備）用于進行不同線段和分支的短路故障和單相接地故障試驗。

配電網及配電自動化真型綜合驗證測試平臺完全采用真實設備、真實線路參數進行驗證，與以往采用電力系統動模、實時數字仿真（RTDS）、電力仿真軟件、二次模擬一次設備、一次設備降壓模擬等仿真驗證方式有著本質的區別，完全在10kV真實環境進行驗證，做到真實設備的可觀、可測、可驗證，是一個完整的、濃縮的10kV配電網系統。配電網及配電自動化真型綜合驗證測試平臺包含多個部分及系統組成，分別為電源部分，線路部分、故障模擬部分、通信系統、主站系統。系統結構如圖1所示，系統的平面布置示意如圖2所示。

2 配置方案與重點功能分析

2.1 架空線路模擬

架空線路采用線路參擬模塊模擬的線路按照架空裸導線LGJ-120，架空絕緣線JKLGYJ-120考慮。其典型參數為Z=0.27+j*0.335，電容電流每公里0.04A，在架空線路分段開關中間的一段加入線路等效模塊，通過調整線路等效模塊的接入來模擬整條線路的距離。架空線路結構示意圖如圖3。

2.2 電纜線路模擬

電纜線路YJV22-185考慮。其典型參數為Z=0.17+j*0.069，電容電流每公里0.5A，通過計算可得每1km線路參數：電阻R=0.17Ω，電感L=0.22mh，電容C=0.092μf。在電纜線路的一端入線路等效模塊，通過調整線路等效模塊的接入來模擬整條線路的距離。電纜線路結構示意圖如圖4。

圖3：架空線路結構示意圖

圖4：電纜線路結構示意圖

2.3 線路等效參數設置

由于實驗場占地面積及方便實驗測試等原因，實驗線路不具備真實線路一樣的長度，造成實驗線路接地電容電流及系統阻抗很小。實驗線路為能等效較長的線路，需要在每段模擬線路中配置線路等效參數裝置，用于參數模擬線路的對地電容及電抗。線路等效參數模擬裝置如圖5。

圖5：線路等效參數模擬裝置

圖6：故障點示意圖

2.4 故障模擬部分

故障模擬裝置作為驗證測試平臺模擬產生線路故障的裝置應具備模擬多種類型單相接地故障及短路故障（短路電阻可調）的能力。接地故障包括金屬性接地、小電阻接地、高阻接地及弧光接地等。考慮同時在兩個不同地點發生故障，則故障模擬裝置需要兩套。故障點示意圖如圖6。

如需在配電線路各個節點都能進行故障模擬，則需要把每個主干線分段及分支分段都接入故障模擬裝置的故障母線。可考慮每個接入點都可采取用一臺真空斷路器選擇并連接故障母線；也可使用人工來掛接故障線路，再由一臺真空斷路器連接故障母線，下面以每個節點都采用開關選擇設計。故障模擬時，先根據故障類型遙控相別的選擇接觸器合閘，再遙控各故障點選擇開關斷路器合閘。如要進行故障點1的A相經水泥地接地故障，則先把可調電阻調為0Ω，再把接地端子接為水泥地接地項并遙控和A相接觸器，最后遙控合故障點1選擇斷路器，則故障投入。

3 總結與分析

本文通過對真型測試的配電網的結構進行了設計，并列出了典型系統的硬件設備配置方案表，進一步重點分析了系統中關鍵部分的實現方式，架空線路模擬、電纜線路模擬、線路等效參數設置、故障模擬部分進行說明。對相關工程具有較大的參考意義。