一种主动干预型消弧装置测试系统

摘要

本发明公开了一种主动干预型消弧装置测试系统，属于变电站自动化检测系统领域，其包括变电所子系统、线路子系统和故障模拟子系统；变电所子系统包括实验室进线隔离电源、一次开关设备、二次监控与保护设备、中性点运行方式模拟单元；线路子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，3条真实线路，3条模拟线路；故障模拟子系统包括故障模拟单元、电流互感器和电压互感器。本发明能够扩展配电网故障检测与处理装置测试系统的系统容量，提高配电网试验环境的等效性与可重复性，从而提高配电网故障检测装置试验测试能力与测试结果的可信度，为配电网故障处理关键技术研究、相关标准制定、装置检测提供专业、高效、权威的试验检测平台。

权利要求

1.一种主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：包括变电所子系统、线路子系统和故障模拟子系统；所述变电所子系统包括实验室进线隔离电源、一次开关设备、二次监控与保护设备、中性点运行方式模拟单元；所述线路子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，包括6条出线，其中，3条为真实线路，3条为模拟线路；所述故障模拟子系统包括故障模拟单元、电流互感器和电压互感器；

所述线路子系统的线路进线、出线配有电流速断保护，所述电流速断保护的配置方法如下：

步骤1：基于2ms采样时间测量出电流i；

步骤2：如果i>[I>]，则继电器发送跳闸命令I>；

步骤3：每2ms，继电器计算一次电流的提升率步骤4：如果 则继电器认定为一个故障事件，并开始监视循环；在循环内，电流每tn＝2[iEn]ms检测一次；

(1)初始电流I0被记忆在存储器中；

(2)每2ms，继电器计算一次电流的提升率(3)每2ms，继电器计算一次电流的增量ΔI＝ij‑I0；

(4)如果 则继电器发送跳闸命令di>；

(5)如果 则继电器退出监视循环并发送复位命令；

(6)如果ΔI＞[DR＞]，则继电器发送出发跳闸命令DR>；

步骤5：在时间tn处，如果既没有复位命令也没有跳闸命令，则继电器从I0开始，以时间常数为τ＝2[iEn]ms的指数波形的假设为基础，计算电流的稳态值步骤6：如果DRc>[DR>]，则继电器发送跳闸命令EXP；

步骤7：如果DRc<0.5[DR>]，则继电器退出监视循环并发送复位命令；

步骤8：如果0.5[DR>]]，则监视周期将以与前面相同的逻辑延长继电保护共有四种跳闸模式：I>,di>,DR>,和EXP；

最大电流阈值[I>]主要用于防止电缆过载，其设置对于区分正常运行和短路没有用；

其具体值设置取决于网络中安装的电缆，取值范围为3600A‑4100A；

事件识别阈值[A/msD]是第一个重要阈值；其被设置为可以识别所有可能的短路事件，一旦启动即触发继电器将进入监视周期；为了保持足够的安全裕度，将事件识别阈值设置为[A/msD]＝30A/ms；

最大上升速率阈值[A/ms>]必须满足两个相反的需求：更大的值可减少由于区域换向电流而引起的误跳闸的可能性相反，较小的值可确保在发生短路时跳闸更快；在任何情况下，最大上升速率阈值[A/ms>]仅在发生近处永久性故障时才发挥重要作用，从而使断路器具有限制作用；最大上升速率阈值[A/ms>]对于检测和识别远距离的永久性故障没有用；选择[A/ms>]＝120A/ms；

监视周期持续时间[iEn]选择[iEn]＝18；

重置阈值[A/msE]的选择方式必须确保：对于最远和最短的短路，继电器在时间tn之前不会复位；因此，[A/msE]的设置必须小于tn处最远和最慢短路的上升速率；在tn＝τ时，这种短路计算出的上升速率为di/dt＝17A/ms；因此，为了保持安全裕度，选择[A/msE]＝10A/ms；

最大电流增量[DR>]是识别远距离短路的基本参数，其特征在于较低的上升速率；其设置为基于在正常条件下记录的电流增量的最大值，选择为[DR>]＝2400A；

监视周期扩展[tEx]；短路现象的持续时间非常短，在t＝5τ的时间量后，短路已基本达到其稳态，因此，将监视周期延长时间设置为其最小允许值[tEx]＝1s。

2.如权利要求1所述的主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：所述实验室进线隔离电源由低短路阻抗降压变压器及升压变压器构成，所述一次开关设备包括进线开关柜、各支路出线开关柜、母线电压互感器柜，所述二次监控与保护设备包括母线与各线路出线的二次测量与保护装置、对各状态量及开关量配置有20kHz采样频率的录波装置，所述中性点运行方式模拟单元配置不接地系统、经消弧线圈接地系统、小电阻接地系统、消弧线圈并中电阻接地系统、消弧线圈并小电阻接地系统中的中性点运行方式。

3.如权利要求1所述的主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：3条真实线路包括2条真实架空线路和1条真实电缆线路，3条真实线路通过末端的联络开关进行分段互联；模拟线路通过集中参数模拟不同线路类型，通过与真实线路等值的π模型单元分段配置，统筹考虑线路感抗、容抗参数的分布情况，通过设置不同的对地电容容量实现0～150A电容电流水平的配电网系统的模拟。

4.如权利要求3所述的主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：模拟线路包含分支线路，并设置有2个负荷台区，采用环流方式模拟台区负荷；单条模拟线路采用三分段结构，含单相开关，具备断线故障模拟能力。

5.如权利要求1或4所述的主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：所述故障模拟子系统用于模拟配电网典型单相接地故障场景，测试系统设置有两个故障点，模拟典型单相接地故障类型，包括弧光接地、经电阻接地、金属性接地、断线接地；通过两个故障点接地开关动作的逻辑配合，进行同相单点频繁接地故障以及异名相接地短路故障的模拟；故障实现形式上，弧光接地通过调整导体的放电间隙模拟不同放电间距、固定弧道的弧光环境；

对于电缆故障，采用真实电缆绝缘损坏的方式模拟短间隙放电环境；经电阻接地可模拟多种阻值接地电阻，单个故障点采用16组2kW电阻的串并联的形式实现接地阻抗的多样化配置；断线接地故障能够模拟架空线路发生断线后，线路在电源侧发生接地、负荷侧发生接地、电源侧与负荷侧两端分别接地典型故障环境，接地面设置为具备不同土壤电阻率的土地、沙地、水泥地、砖地类型。

6.如权利要求5所述的主动干预型消弧装置测试系统，其特征在于：所述变电所子系统、线路子系统、故障模拟子系统均具备测控与录波单元，用于对各监测物理量进行录波与分析处理，对两个故障点分别进行视频监控。

说明书

一种主动干预型消弧装置测试系统

技术领域

[0001] 本发明属于变电站自动化检测系统领域，具体涉及一种主动干预型消弧装置测试系统。

背景技术

[0002] 我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置。不但工作强度大，而且还会延
误抢修时间，影响供电可靠性。

[0003] 随着我国电力工业的迅速发展，城乡配电网的结构变化很大，在馈电线路中电缆所占的比重越来越大，这对于减少占地面积和降低故障率都起到了不错的效果，但同时也
带来了的接地故障处理的问题。随着配电网交联聚乙烯电缆的迅速增加，稳态电容电流增
加了25～50倍。电缆线路一旦发生弧光接地，流过接地点的总电流为工频电容电流和高频
振荡电流之和(高频振荡电流幅值是电容电流的几十倍)，电弧要比架空线路配电网对故障
点释放的能量还要高数千倍，容易击穿设备绝缘薄弱点烧坏设备，同时由于电缆为弱绝缘
设备，在工频和暂态过电压的长时间作用下，也极易发展成相间故障。由于高频电流无法补
偿，而且消弧线圈本身含有阻性分量，消弧线圈对于电缆电网或者大电流线路的混合电网
的补偿效果越来越不明显，靠分相真空接触器通过高压限流熔断器将故障相直接接地原理
的消弧选线装置，当配电网规模较大时存在熔断器和真空接触器配合失败导致开断失败的
风险。亟待提出一种不仅可以快速有效的控制接地后过电压的进一步发展、且能够快速准
确的隔离故障线路、技术性能不受电网规模变化影响的主动干预式配电网消弧选线装置。

[0004] 同时，为满足配电网技术监督、配电网状态检修、配电智能设备测试等工作开展的要求，扩展配电网故障检测与处理装置测试系统的系统容量，提高配电网试验环境的等效
性与可重复性，也为了确保对新型配电网故障检测与处理装置、新型配电网中性点接地装
置质量进行全过程监督与管理，满足新型配电设备的测试要求，降低配电网运行的安全隐
患，缩短停电时间，提高供电可靠性，亟需升级改造配电网故障检测与处理装置测试系统，
完善测试环境、扩充测试功能、提高测试能力，增强设备测试工作的准确性、权威性、可重复
性。

[0005] 为此，本发明在上述背景下提出了一种主动干预型消弧装置测试系统。

[0006] 公布号为CN 102385014 A的专利文献公开了一种消弧线圈补偿装置测试仪，由与中央处理器相连接的输出端和输入端组成；其输出端由零序电压信号模块、零序电流信号
模块、电网电压信号模块、档位信号模块组成；其输入端由档位调节信号模块、阻尼电阻控
制信号模块组成；中央处理器分别与电源模块、人机界面模块等相连接。该发明为消弧线圈
自动补偿装置提供一种测试手段，保证了电网安全运行。但是，该发明主要对消弧线圈自动
补偿进行测试，无法快速有效的控制接地后过电压的进一步发展，也无法快速准确的隔离
故障线路，不能解决上述技术问题。

[0007] 公布号为CN 111751607 A的专利文献公开了一种电力消弧线圈控制器测试装置，所述电源空开分别与调压电源的输入端和开关电源的输入端电连接，所述微型电流互感器
一次侧绕组的一端与调压电源的输出端电连接，所述可调电容器的动片接线端与调压电源
的输出端电连接，所述CPU模块的输入端分别与调压电源的输出端、微型电流互感器的二次
侧绕组和开关电源的输出端电连接，所述CPU模块的输出端分别与调压电源的控制端和可
调电容器的控制端电连接，该发明对提高系统供电可靠性起到了很大的作用，有效保证了
电网的安全稳定运行。但是，该发明测试功能有限，未能解决上述技术问题。

发明内容

[0008] 有鉴于此，本发明针对现有技术的不足，提供的一种能够满足新型配电设备的测试要求，降低配电网运行的安全隐患，缩短停电时间，提高供电可靠性的主动干预型消弧装
置测试系统。

[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种主动干预型消弧装置测试系统，包括变电所子系统、线路子系统和故障模拟子系统；所述变电所子系统包括实验室
进线隔离电源、一次开关设备、二次监控与保护设备、中性点运行方式模拟单元；所述线路
子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，包括6条出线，其中，3条为真实线
路，3条为模拟线路；所述故障模拟子系统包括故障模拟单元、电流互感器和电压互感器。

[0010] 进一步的，所述进线隔离电源由低短路阻抗降压变压器及升压变压器构成，所述一次开关设备包括进线开关柜、各支路出线开关柜、母线电压互感器柜，所述二次监控与保
护设备包括母线与各线路出线的二次测量与保护装置、对各状态量及开关量配置有20kHz
采样频率的录波装置，所述中性点运行方式模拟单元配置不接地系统、经消弧线圈接地系
统、小电阻接地系统、消弧线圈并中电阻接地系统、消弧线圈并小电阻接地系统中的中性点
运行方式。

[0011] 进一步的，3条真实线路包括2条真实架空线路和1条真实电缆线路，3条真实线路通过末端的联络开关进行分段互联；模拟线路通过集中参数模拟不同线路类型，通过与真
实线路等值的π模型单元分段配置，统筹考虑线路感抗、容抗等参数的分布情况，通过设置
不同的对地电容容量实现0～150A电容电流水平的配电网系统的模拟。

[0012] 进一步的，模拟线路包含分支线路，并设置有2个负荷台区，采用环流方式模拟台区负荷；单条模拟线路采用三分段结构，含单相开关，具备断线故障模拟能力。

[0013] 进一步的，所述故障模拟子系统用于模拟配电网典型单相接地故障场景，测试系统设置有两个故障点，模拟典型单相接地故障类型，包括弧光接地、经电阻接地、金属性接
地、断线接地；通过两个故障点接地开关动作的逻辑配合，进行同相单点频繁接地故障以及
异名相接地短路故障的模拟；故障实现型式上，弧光接地通过调整导体的放电间隙模拟不
同放电间距、固定弧道的弧光环境；对于电缆故障，采用真实电缆绝缘损坏的方式模拟短间
隙放电环境；经电阻接地可模拟多种阻值接地电阻电阻，单个故障点采用16组2kW电阻的串
并联的型式实现接地阻抗的多样化配置；断线接地故障能够模拟架空线路发生断线后，线
路在电源侧发生接地、负荷侧发生接地、电源侧与负荷侧两端分别接地典型故障环境，接地
面设置为具备不同土壤电阻率的土地、沙地、水泥地、砖地类型。

[0014] 进一步的，所述变电所子系统、线路子系统、故障模拟子系统均具备测控与录波单元，用于对各监测物理量进行录波与分析处理，对两个故障点分别进行视频监控。

[0015] 进一步的，所述线路子系统的线路进线、出线配有电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保护、过负荷保护、单相接地零序电流保护；负荷台区配有速断保护，低压具
备零序电流保护。

[0016] 进一步的，所述电流速断保护的配置方法如下：

[0017] 步骤1：基于2ms采样时间测量出电流i；

[0018] 步骤2：如果i>[I>]，则继电器发送跳闸命令I>；

[0019] 步骤3：每2ms，继电器计算一次电流的提升率

[0020] 步骤4：如果 则继电器认定为一个故障事件，并开始监视循环；在循环内，电流每tn＝2[iEn]ms检测一次；

[0021] (1)初始电流I0被记忆在存储器中；

[0022] (2)每2ms，继电器计算一次电流的提升率

[0023] (3)每2ms，继电器计算一次电流的增量ΔI＝ij‑I0；

[0024] (4)如果 则继电器发送跳闸命令di>；

[0025] (5)如果 则继电器退出监视循环并发送复位命令；

[0026] (6)如果ΔI＞[DR＞]，则继电器发送出发跳闸命令DR>；

[0027] 步骤5：在时间tn处，如果既没有复位命令也没有跳闸命令，则继电器从I0开始，以时间常数为τ＝2[iEn]ms的指数波形的假设为基础，计算电流的稳态值

[0028] 步骤6：如果DRc>[DR>]，则继电器发送跳闸命令EXP；

[0029] 步骤7：如果DRc<0.5[DR>]，则继电器退出监视循环并发送复位命令；

[0030] 步骤8：如果0.5[DR>]]，则监视周期将以与前面所述相同的逻辑延长

[0031] 继电保护共有四种跳闸模式：I>,di>,DR>,和EXP；

[0032] 最大电流阈值[I>]主要用于防止电缆过载，其设置对于区分正常运行和短路没有用；其具体值设置取决于网络中安装的电缆，一般取值范围为3600A‑4100A；

[0033] 事件识别阈值[A/msD]是第一个重要阈值；其被设置为可以识别所有可能的短路事件，一旦启动即触发继电器将进入监视周期；为了保持足够的安全裕度，将事件识别阈值
设置为[A/msD]＝30A/ms；

[0034] 最大上升速率阈值[A/ms>]必须满足两个相反的需求：更大的值可减少由于区域换向电流而引起的误跳闸的可能性相反，较小的值可确保在发生短路时跳闸更快；在任何
情况下，此阈值仅在发生近处永久性故障时才发挥重要作用，从而使断路器具有限制作用；
该参数对于检测和识别远距离的永久性故障没有用；一般选择[A/ms>]＝120A/ms；

[0035] 监视周期持续时间[iEn]选择[iEn]＝18；

[0036] 重置阈值[A/msE]，复位阈值的选择方式必须确保：对于最远和最短的短路，继电器在时间tn之前不会复位；因此，[A/msE]的设置必须小于tn处最远和最慢短路的上升速率；
在tn＝τ时，这种短路计算出的上升速率为di/dt＝17A/ms；因此，为了保持安全裕度，选择
[A/msE]＝10A/ms；

[0037] 最大电流增量[DR>]是识别远距离短路的基本参数，其特征在于较低的上升速率；其设置一般为基于在正常条件下记录的电流增量的最大值，一般选择为[DR>]＝2400A；

[0038] 监视周期扩展[tEx]；短路现象的持续时间非常短，在t＝5τ的时间量后，短路已达基本到其稳态，因此，将监视周期延长时间设置为其最小允许值[tEx]＝1s。

[0039] 随着电缆线路的广泛使用，我国配电网电容电流不断增大，甚至达到200A，当消弧线圈采用5％～10％过补偿时，故障点残余电流仍然很大，严重时超过10A，不利于故障点电
弧的熄灭；此外，由于电容电流的准确测量有一定难度，消弧线圈的测量误差将会导致补偿
结果达不到理想的运行条件，从而进一步增大了残余电流；同时，电缆线路永久性故障占比
较高，即便在消弧线圈作用下，故障电流在过零点后由于故障并未恢复，快速的故障电压恢
复过程会使电弧迅速重燃从而形成间歇性接地过电压，严重时将导致电缆燃烧。

[0040] 本行业技术人员在面对此问题是，通常容易想到是主动干预型消弧装置选相，如公告号为CN 110896214 B的专利公开了一种主动干预型消弧装置选相方法及选相系统，当
零序电压低于设定阈值时，依据对地参数变化导致的系统阻抗特征进行选相，否则，采用基
于三相电压幅值进行选相。本发明能够避免主动干预型消弧装置把线路故障引入站内的风
险，提高选相选线的准确率，以免发展为两相短路故障；又如公告号为CN 212210481 U的专
利公开了一种配电网主动干预型消弧装置,包括前置断路器、电流互感器、带电显示器、过
电压保护器、低阻抗限流器、分相接地开关、电压互感器、零序电流互感器和智能控制器，所
述智能控制器包括消弧控制器和选线单元，电压互感器一次部分在电流互感器后端母线串
联到回路中并直接接入接地网，二次部分与消弧控制器相连，零序电流互感器一次部分通
过低阻抗限流器后端，连接单相接地后端母线，经接地电缆穿入后接入地网，二次部分通过
接线连接到消弧控制器的电流端子。本实用新型对人身感电、设备内部接地及接地故障引
发的相间短路和过电压等情况起到保护作用。因此，本申请构建变电所子系统、线路子系统
和故障模拟子系统来对主动干预型消弧装置进行检测试验，对本领域技术人员来说是不容
易想到和实现的。

[0041] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0042] 本发明主动干预型消弧装置测试系统，通过构建变电所子系统、线路子系统、故障模拟子系统，可扩展配电网故障检测与处理装置测试系统的系统容量，提高配电网试验环
境的等效性与可重复性，从而提高配电网故障检测装置试验测试能力与测试结果的可信
度，为配电网故障处理关键技术研究、相关标准制定、装置检测提供专业、高效、权威的试验
检测平台。

[0043] 本发明主动干预型消弧装置测试系统，线路子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，真实线路通过末端的联络开关进行分段互联，从而实现不同类型的真实
线路类型，模拟线路可通过集中参数模拟不同线路类型，亦可通过与真实线路等值的π模型
单元分段配置，统筹考虑线路感抗、容抗等参数的分布情况，通过设置不同的对地电容容量
实现0～150A电容电流水平的配电网系统的模拟；模拟线路包含分支线路，并设置有2个负
荷台区，采用环流方式模拟台区负荷；单条模拟线路采用三分段结构，含单相开关，具备断
线故障模拟能力。

[0044] 本发明主动干预型消弧装置测试系统，变电所子系统的二次监控与保护设备包含母线与各线路出线的二次测量与保护、对各状态量及开关量配置有20kHz采样频率的录波
装置，可进行信号分析与对比；中性点运行方式模拟单元能够配置不接地系统、经消弧线圈
接地系统、小电阻接地系统以及多种实际应用中采用的中性点运行方式。

[0045] 本发明主动干预型消弧装置测试系统，故障模拟子系统用以模拟配电网典型单相接地故障场景，测试系统设置有两个故障发生地点，能够模拟典型单相接地故障类型，包括
弧光接地、经电阻接地、金属性接地、断线接地；通过两个故障点接地开关动作的逻辑配合，
能够具备同相单点频繁接地故障以及异名相接地短路故障的模拟能力。

附图说明

[0046] 图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0047] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便
提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以
无需一个或多个这些细节而得以实施。

[0048] 实施例一

[0049] 如图1所示，一种主动干预型消弧装置测试系统，包括变电所子系统、线路子系统和故障模拟子系统；该测试系统占地5400平方米，为长方形，东西长90米，南北长60米；所述
变电所子系统包括实验室进线隔离电源、一次开关设备、二次监控与保护设备、中性点运行
方式模拟单元；所述线路子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，包括6条出
线，其中，3条为真实线路，3条为模拟线路；所述故障模拟子系统包括故障模拟单元、电流互
感器和电压互感器。

[0050] 所述进线隔离电源由低短路阻抗降压变压器及升压变压器构成，所述一次开关设备包括进线开关柜、各支路出线开关柜、母线电压互感器柜，所述二次监控与保护设备包括
母线与各线路出线的二次测量与保护装置、对各状态量及开关量配置有20kHz采样频率的
录波装置，所述中性点运行方式模拟单元配置不接地系统、经消弧线圈接地系统、小电阻接
地系统、消弧线圈并中电阻接地系统、消弧线圈并小电阻接地系统中的中性点运行方式。

[0051] 3条真实线路包括2条真实架空线路和1条真实电缆线路，3条真实线路通过末端的联络开关进行分段互联；模拟线路通过集中参数模拟不同线路类型，通过与真实线路等值
的π模型单元分段配置，统筹考虑线路感抗、容抗等参数的分布情况，通过设置不同的对地
电容容量实现0～150A电容电流水平的配电网系统的模拟。

[0052] 模拟线路包含分支线路，并设置有2个负荷台区，采用环流方式模拟台区负荷；单条模拟线路采用三分段结构，含单相开关，具备断线故障模拟能力。

[0053] 所述故障模拟子系统用于模拟配电网典型单相接地故障场景，测试系统设置有两个故障点，模拟典型单相接地故障类型，包括弧光接地、经电阻接地、金属性接地、断线接
地；通过两个故障点接地开关动作的逻辑配合，进行同相单点频繁接地故障以及异名相接
地短路故障的模拟；故障实现型式上，弧光接地通过调整导体的放电间隙模拟不同放电间
距、固定弧道的弧光环境；对于电缆故障，采用真实电缆绝缘损坏的方式模拟短间隙放电环
境；经电阻接地可模拟多种阻值接地电阻电阻，单个故障点采用16组2kW电阻的串并联的型
式实现接地阻抗的多样化配置；断线接地故障能够模拟架空线路发生断线后，线路在电源
侧发生接地、负荷侧发生接地、电源侧与负荷侧两端分别接地典型故障环境，接地面设置为
具备不同土壤电阻率的土地、沙地、水泥地、砖地类型。

[0054] 实施例二

[0055] 本发明实施例的主动干预型消弧装置测试系统，与实施例一的不同之处在于：所述变电所子系统、线路子系统、故障模拟子系统均具备测控与录波单元，用于对各监测物理
量进行录波与分析处理，对两个故障点分别进行视频监控。

[0056] 实施例三

[0057] 本发明实施例的主动干预型消弧装置测试系统，与实施例一、二的不同之处在于：所述线路子系统的线路进线、出线配有电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保
护、过负荷保护、单相接地零序电流保护；负荷台区配有速断保护，低压具备零序电流保护。

[0058] 实施例四

[0059] 如图1所示，一种主动干预型消弧装置测试系统，包括变电所子系统、线路子系统和故障模拟子系统；该测试系统占地5400平方米，为长方形，东西长90米，南北长60米；所述
变电所子系统包括实验室进线隔离电源、一次开关设备、二次监控与保护设备、中性点运行
方式模拟单元；所述线路子系统采用真实线路与模拟线路共有的出线模拟方式，包括6条出
线，其中，3条为真实线路，3条为模拟线路；所述故障模拟子系统包括故障模拟单元、电流互
感器和电压互感器。

[0060] 所述进线隔离电源由低短路阻抗降压变压器及升压变压器构成，所述一次开关设备包括进线开关柜、各支路出线开关柜、母线电压互感器柜，所述二次监控与保护设备包括
母线与各线路出线的二次测量与保护装置、对各状态量及开关量配置有20kHz采样频率的
录波装置，所述中性点运行方式模拟单元配置不接地系统、经消弧线圈接地系统、小电阻接
地系统、消弧线圈并中电阻接地系统、消弧线圈并小电阻接地系统中的中性点运行方式。

[0061] 3条真实线路包括2条真实架空线路和1条真实电缆线路，3条真实线路通过末端的联络开关进行分段互联；模拟线路通过集中参数模拟不同线路类型，通过与真实线路等值
的π模型单元分段配置，统筹考虑线路感抗、容抗等参数的分布情况，通过设置不同的对地
电容容量实现0～150A电容电流水平的配电网系统的模拟。

[0062] 模拟线路包含分支线路，并设置有2个负荷台区，采用环流方式模拟台区负荷；单条模拟线路采用三分段结构，含单相开关，具备断线故障模拟能力。

[0063] 所述故障模拟子系统用于模拟配电网典型单相接地故障场景，测试系统设置有两个故障点，模拟典型单相接地故障类型，包括弧光接地、经电阻接地、金属性接地、断线接
地；通过两个故障点接地开关动作的逻辑配合，进行同相单点频繁接地故障以及异名相接
地短路故障的模拟；故障实现型式上，弧光接地通过调整导体的放电间隙模拟不同放电间
距、固定弧道的弧光环境；对于电缆故障，采用真实电缆绝缘损坏的方式模拟短间隙放电环
境；经电阻接地可模拟多种阻值接地电阻电阻，单个故障点采用16组2kW电阻的串并联的型
式实现接地阻抗的多样化配置；断线接地故障能够模拟架空线路发生断线后，线路在电源
侧发生接地、负荷侧发生接地、电源侧与负荷侧两端分别接地典型故障环境，接地面设置为
具备不同土壤电阻率的土地、沙地、水泥地、砖地类型。

[0064] 所述变电所子系统、线路子系统、故障模拟子系统均具备测控与录波单元，用于对各监测物理量进行录波与分析处理，对两个故障点分别进行视频监控。

[0065] 所述线路子系统的线路进线、出线配有电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过流保护、过负荷保护、单相接地零序电流保护；负荷台区配有速断保护，低压具备零序电
流保护。

[0066] 本发明实施例的主动干预型消弧装置测试系统，与实施例一、二、三的不同之处在于：所述电流速断保护的配置方法如下：

[0067] 步骤1：基于2ms采样时间测量出电流i；

[0068] 步骤2：如果i>[I>]，则继电器发送跳闸命令I>；

[0069] 步骤3：每2ms，继电器计算一次电流的提升率

[0070] 步骤4：如果 则继电器认定为一个故障事件，并开始监视循环；在循环内，电流每tn＝2[iEn]ms检测一次；

[0071] (1)初始电流I0被记忆在存储器中；

[0072] (2)每2ms，继电器计算一次电流的提升率

[0073] (3)每2ms，继电器计算一次电流的增量ΔI＝ij‑I0；

[0074] (4)如果 则继电器发送跳闸命令di>；

[0075] (5)如果 则继电器退出监视循环并发送复位命令；

[0076] (6)如果ΔI＞[DR＞]，则继电器发送出发跳闸命令DR>；

[0077] 步骤5：在时间tn处，如果既没有复位命令也没有跳闸命令，则继电器从I0开始，以时间常数为τ＝2[iEn]ms的指数波形的假设为基础，计算电流的稳态值

[0078] 步骤6：如果DRc>[DR>]，则继电器发送跳闸命令EXP；

[0079] 步骤7：如果DRc<0.5[DR>]，则继电器退出监视循环并发送复位命令；

[0080] 步骤8：如果0.5[DR>]]，则监视周期将以与前面所述相同的逻辑延长

[0081] 继电保护共有四种跳闸模式：I>,di>,DR>,和EXP；

[0082] 最大电流阈值[I>]主要用于防止电缆过载，其设置对于区分正常运行和短路没有用；其具体值设置取决于网络中安装的电缆，一般取值范围为3600A‑4100A；

[0083] 事件识别阈值[A/msD]是第一个重要阈值；其被设置为可以识别所有可能的短路事件，一旦启动即触发继电器将进入监视周期；为了保持足够的安全裕度，将事件识别阈值
设置为[A/msD]＝30A/ms；

[0084] 最大上升速率阈值[A/ms>]必须满足两个相反的需求：更大的值可减少由于区域换向电流而引起的误跳闸的可能性相反，较小的值可确保在发生短路时跳闸更快；在任何
情况下，此阈值仅在发生近处永久性故障时才发挥重要作用，从而使断路器具有限制作用；
该参数对于检测和识别远距离的永久性故障没有用；一般选择[A/ms>]＝120A/ms；

[0085] 监视周期持续时间[iEn]选择[iEn]＝18；

[0086] 重置阈值[A/msE]，复位阈值的选择方式必须确保：对于最远和最短的短路，继电器在时间tn之前不会复位；因此，[A/msE]的设置必须小于tn处最远和最慢短路的上升速率；
在tn＝τ时，这种短路计算出的上升速率为di/dt＝17A/ms；因此，为了保持安全裕度，选择
[A/msE]＝10A/ms；

[0087] 最大电流增量[DR>]是识别远距离短路的基本参数，其特征在于较低的上升速率；其设置一般为基于在正常条件下记录的电流增量的最大值，一般选择为[DR>]＝2400A；

[0088] 监视周期扩展[tEx]；短路现象的持续时间非常短，在t＝5τ的时间量后，短路已达基本到其稳态，因此，将监视周期延长时间设置为其最小允许值[tEx]＝1s。

[0089] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案
的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。