一種多層級選擇性低壓短路保護(hù)實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能電器及在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及低壓配電系統(tǒng)多層級各類 短路故障的發(fā)生與控制以及短路故障的早期檢測與辨識的一種多層級選擇性低壓短路保 護(hù)實驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展與需求的不斷提高，電網(wǎng)中大功率負(fù)荷迅速增長，大容 量機(jī)組不斷投入運(yùn)行，電網(wǎng)的層級和短路電流的規(guī)模也在不斷增長。不斷增強(qiáng)的短路電流 對線路、設(shè)備及保護(hù)電器本身的動熱穩(wěn)定性以及相互配合的協(xié)調(diào)性均提出了更高要求，也 對智能電網(wǎng)供電的可靠性與持續(xù)性提出了更大挑戰(zhàn)。對于智能配電系統(tǒng)而言，保障電網(wǎng)正 常工作的重要手段之一是采用選擇性保護(hù)。而在低壓配電系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的選擇性保護(hù)方式 是過電流保護(hù)。不論是采用傳統(tǒng)的還是智能型的短路保護(hù)電器，大多都仍采用全電流值是 否大于其整定值來作為保護(hù)動作的判定依據(jù)。在這種情況下，距故障發(fā)生時刻已過了一定 的時間，保護(hù)的快速性得不到保障；若通過的短路電流很大，還可能造成上下級同時跳閘或 上級先跳閘的情況，保護(hù)的可靠性同樣受到限制。傳統(tǒng)的保護(hù)方式已不能滿足實際應(yīng)用需 求，實現(xiàn)多層級全范圍的選擇性協(xié)調(diào)保護(hù)已成為低壓選擇性保護(hù)技術(shù)方向。
[0003] 迄今，低壓配電系統(tǒng)全范圍選擇性保護(hù)的機(jī)理尚未得到解決，故而始終無法得到 更完善的選擇性保護(hù)方法。中外學(xué)者始終都在不斷進(jìn)行著低壓短路選擇性保護(hù)方面的實 驗，但這些實驗共同存在的最大問題就是僅針對其研究的某個問題進(jìn)行實驗，并沒有形成 完整的實驗系統(tǒng)，短路故障與選擇性保護(hù)的研究二者難以兼顧。外國學(xué)者提出了以阻抗矩 陣來定位短路發(fā)生時刻，形成了一套實驗平臺，但也僅限于對短路的研究，而沒有研究選擇 性保護(hù)。一些學(xué)者進(jìn)行的短路保護(hù)實驗研究旨在對保護(hù)電器或保護(hù)策略進(jìn)行改進(jìn)，提升 了斷路器的分?jǐn)嗄芰头謹(jǐn)嗨俣?，但亦沒有研究多級保護(hù)的協(xié)調(diào)配合。許多學(xué)者對選擇性 保護(hù)的實驗研究依賴于斷路器產(chǎn)品的自身特性，仍然是以全電流值是否大于整定值作為判 據(jù)，側(cè)重于上下級斷路器間的相互配合，缺乏配電系統(tǒng)、斷路器和負(fù)載之間的協(xié)調(diào)配合，這 樣的實驗結(jié)果對多層級配電系統(tǒng)的全范圍選擇性保護(hù)顯然也是不適用的。許多企業(yè)進(jìn)行的 短路實驗只為研究三段式保護(hù)，依靠這樣的實驗數(shù)據(jù)來對斷路器產(chǎn)品進(jìn)行整定，只適用于 上下級斷路器，缺乏多層級的協(xié)調(diào)能力。而一些檢測機(jī)構(gòu)所做的短路型式實驗，也只適用于 對單個斷路器產(chǎn)品的短路電流分?jǐn)嗄芰Φ臋z測。本發(fā)明提供一套完整的多層級選擇性低壓 短路保護(hù)實驗系統(tǒng)，集不同層級不同位置的短路故障發(fā)生與控制、短路故障早期檢測與辨 識以及短路故障選擇性保護(hù)于一身，克服了現(xiàn)有實驗系統(tǒng)短路故障研究與選擇性保護(hù)研究 不能兼顧的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種多層級選擇性低壓短路保護(hù)實驗系統(tǒng)，通過該實驗系 統(tǒng)可以實現(xiàn)對實際多層級低壓配電系統(tǒng)正常工作狀態(tài)和各類負(fù)載不同層級部位的單相、雙 相、三相短路故障發(fā)生控制及其早期檢測與辨識 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種多層級選擇性低壓短路保護(hù)實驗系統(tǒng)，包 括具有三層級且可供短路故障的實驗配電系統(tǒng)、前端設(shè)備、多層級短路故障測控系統(tǒng)； 所述實驗配電系統(tǒng)，包括電源柜、配電實型線路、控制柜、短路柜，所述配電實型線路分 別連接至電源柜、控制柜及短路柜；所述實驗配電系統(tǒng)用于模擬實際低壓配電系統(tǒng)的正常 運(yùn)行狀態(tài)，并可發(fā)生和控制各層級不同位置的任意類型短路故障； 所述前端設(shè)備包括柔性羅氏線圈、與柔性羅氏線圈連接的積分器、電壓傳感器；所述前 端設(shè)備用于對所述實驗配電系統(tǒng)正常運(yùn)行和發(fā)生短路故障時相應(yīng)支路電流及電壓信號的 采集，并將信號輸入所述多層級短路故障測控系統(tǒng)； 所述多層級短路故障測控系統(tǒng)包括Compact-RIO嵌入式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)、上位機(jī) Labview圖形化程序編譯平臺，所述上位機(jī)Labview圖形化程序編譯平臺內(nèi)部集成了包括 用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣、濾波、短路故障早期檢測、向保護(hù)電器發(fā)送跳閘指令的功能程序，用于 短路實驗過程測控，實現(xiàn)各類負(fù)載不同層級部位的單相、雙相、三相短路發(fā)生控制及其早期 檢測技術(shù)以及短路故障的選擇性保護(hù)。
[0005] 在本發(fā)明一實施例中，所述電源柜位于所述實驗配電系統(tǒng)的第一層級，包括電源 進(jìn)線和保護(hù)電器，用于為所述控制柜、短路柜以及與負(fù)載提供電源并為主回路提供保護(hù)，且 帶有操作指示燈。
[0006] 在本發(fā)明一實施例中，所述配電實型線路位于所述實驗配電系統(tǒng)的第二層級，配 備有三種類型的線纜，分別為95臟 2、25臟2、4臟2，三種線型長度均為9〇!11，以提供不同等級的 短路電流。
[0007] 在本發(fā)明一實施例中，所述控制柜能夠接入多種不同的阻、感、容性負(fù)載并能夠任 意切換；所述控制柜還能夠通過延時繼電器定時的方式發(fā)生和停止短路故障且?guī)в胁僮髦?示燈。
[0008] 在本發(fā)明一實施例中，所述短路柜用于選擇需要投入短路故障的線纜類型；所述 短路柜還用于對實際短路故障進(jìn)行模擬，該實際短路故障包括單相、兩相、三相的短路故 障。
[0009] 在本發(fā)明一實施例中，所述Compact-RIO嵌入式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)是多層級短路 故障測控系統(tǒng)的硬件組成部分，其實際測控分析功能由多層級短路故障測控系統(tǒng)的軟件部 分，即Labview圖形化程序編譯平臺通過程序開發(fā)加以實現(xiàn)。
[0010] 在本發(fā)明一實施例中，所述上位機(jī)Labview圖形化程序編譯平臺用于實現(xiàn)濾波功 能的算法為形態(tài)小波濾波算法，采用不同形狀或尺寸的結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成具有多結(jié)構(gòu)元素的廣 義形態(tài)開濾波器ΕΧ0,用于濾除白噪聲以及正負(fù)脈沖噪聲，其數(shù)學(xué)模型為：
上述，公式（1)為|_辦:關(guān)于_^的腐蝕變換模型；公式（2)為眾關(guān)于的膨 脹變換模型，其中，_:是定義域為的一維原始信號序列，是定義域為 艱_的結(jié)構(gòu)元素 ，M < N，并定義其原點(diǎn)在O處；公式（3)為廣義形態(tài)開濾波器 EXO的數(shù)學(xué)模型，其中，:_:是定義域為p^-^鮮-f:的一維原始信號序列，：
洧
吩別為腐蝕運(yùn)算和膨脹運(yùn)算的結(jié)構(gòu)元素，祿和;1?是整數(shù)集Z的兩個有限子 集，且嗓G_.。
[0011] 在本發(fā)明一實施例中，所述上位機(jī)Labview圖形化程序編譯平臺用于實現(xiàn)短路故 障早期檢測的算法是通過小波分解結(jié)合小波包細(xì)節(jié)分解算法加以實現(xiàn)，其僅對經(jīng)多尺度小 波分解得到的第四尺度細(xì)節(jié)分量做進(jìn)一步的分解，得到高階細(xì)節(jié)分量其數(shù) 學(xué)模型如下：
上述，公式（4)為三次B樣條分解的數(shù)學(xué)模型，其中，驚pi?為輸入信號，|py_i s/'/付分別為第一到第三尺度小波分解得到的平滑分量，?Γ/;)/.〔《)為小波 分解得到的第四尺度細(xì)節(jié)分量，分別為相應(yīng)低通、高通濾波器的有限脈沖響應(yīng)系數(shù)； 公式（5)為小波包細(xì)節(jié)分解的數(shù)學(xué)模型，其中，
'為將進(jìn)一步分解得 到的平滑分量與細(xì)節(jié)分量，分別為相應(yīng)低通、高通濾波器的有限脈沖響應(yīng)系數(shù)。
[0012] 在本發(fā)明一實施例中，所述小波包細(xì)節(jié)分解算法用于檢測所述實驗配電系統(tǒng)從正 常運(yùn)行到短路故障發(fā)生時刻的采樣信號的突變特征量；短路故障早期檢測算法通過判斷當(dāng) 前分解得到的高階細(xì)節(jié)分量是否超過設(shè)定的短路故障閾值來判定是否發(fā)生短路故障；若超 過，判定線路上發(fā)生了短路故障，并向相應(yīng)位置的保護(hù)電器發(fā)送跳閘指令。
[0013] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明實驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)對實際多 層級低壓配電系統(tǒng)正常工作狀態(tài)和各類負(fù)載不同層級部位的單相、雙相、三相短路故障發(fā) 生控制及其早期檢測與辨識以及選擇性保護(hù)，本發(fā)明可提供真實多樣可靠的實驗數(shù)據(jù)依 據(jù)，為低壓系統(tǒng)多層級全范圍選擇性協(xié)調(diào)保護(hù)技術(shù)的研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)；本發(fā)明可以僅用 一套實驗系統(tǒng)裝置即可實現(xiàn)多層級各類短路故障的發(fā)生控制及其早期檢測與辨識，方法簡 單，具有較好的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的總體技術(shù)方案。
[0015] 圖2為實