工廠供電綜合自動化實訓系統

一、概述
工廠供電系統實訓裝置是根據機械工業職業技能鑒定指導中心編寫的《高級電工技術》、《電工基礎（高級工適用）》、《電工技師培訓教材》結合《工廠供電》和《供配電技術》課程研發生產的。該裝置主要對教材中的35kV的總降壓變電所、10kV的高壓配電所及車間用電負荷的供配電線路中涉及的微機繼電保護裝置、備用電源自動投入裝置、無功自動補償裝置、智能采集模塊以及工業人機界面等電氣一次、二次、控制保護等重點教學內容進行設計開發的，通過在本實訓裝置中的技能訓練能在深入理解專業知識的同時，培養學生的實踐技能。并且本套實訓裝置還有利于學生對變壓器、電動機組、電流互感器、電壓互感器、模擬表記、數字電秒表及開關元器件工作特性和接線原理的理解和掌握。

二、特點
1.本裝置根據典型教學內容設計，在開發中征求了專業教師的建議、吸收了工程應用中的實際經驗。比較系統地實現了工廠供配電系統的受電、輸送、分配、控制、保護等實踐技能訓練要求。學生在實訓中還能掌握正確的電路投切操作，倒閘操作，運行控制以及各種運行方式的調整操作規程。本裝置結構清晰，運行靈活，操作方便，安全可靠。為學生提高實踐技能建立了一個良好的實訓平臺。
2.綜合性強
本裝置綜合了與工廠供電相關的微機線路保護，微機電動機保護，備自投和無功補償等功能，采用的是工業現場產品，線路模型和電動機模型都能較典型的模擬工廠的現場狀況，有利于進行理論分析和數值分析。
3.先進性
本裝置綜合微機繼電保護、工業觸摸屏和PLC等微機智能檢測控制的相關技術，采用分層分布式控制方式，組建成幾控制、保護、測量和信號為一體的綜合自動化實訓平臺。體現了當前自動化技術和通信技術在供配電網的深刻變革方向。
4．安全性
本實訓系統融合了錯誤操作安全偵別系統，如控制回路斷線、錯誤操作信號告警功能。
三、技術條件
1.輸入電源：三相四線AC380V±10%  50±2%Hz
2.整機容量：≤3kVA
3.實訓臺采用鐵質亞光密紋噴塑工藝。
4.主控屏尺寸：1600mm×600mm×1800mm
控制柜尺寸： 800mm×600mm×1800mm
儀表柜尺寸：  800mm×600mm×1800mm
電腦桌：     鋁合金：800mm*600mm*1200mm
5. 實訓臺上裝置提供RS-485和以太網兩種通訊接口；標準MODBUS通訊協議。微機保護裝置測量元件精度：刻度誤差：不大于1%；測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms。
四、實訓項目
1、工廠供電電氣接線圖的認知
（1）實訓臺電氣主接線模擬圖的認知
（2）觸摸屏的正確操作                  
（3）電氣主接線圖的認知
2、工廠變配電室值班技能培訓
（1）電流互感器與電壓互感器的接線方式
（2）變壓器有載調壓
（3）線路停送電操作
（4）變壓器倒閘操作
（5）母線倒閘操作
3、工廠供電系統的自動裝置實訓
（1）備投投入條件測試及裝置參數整定操作
（2）進線備投（明備用）及自適應
（3）母聯備投（暗備用）及自適應
（4）無功補償裝置參數整定操作
（5）無功自動補償功能
4、工廠高壓線路的微機繼電保護           
（1）模擬系統正常、最大、最小運行方式
（2）模擬系統短路
（3）電秒表的正確操作
（4）微機線路保護裝置參數整定操作
（5）無時限電流速斷保護
（6）帶時限電流速斷保護
（7）定時限過電流保護
（8）反時限過電流保護
（9）運行方式對保護靈敏度的影響及靈敏度校驗
（10）電流電壓連鎖保護
5、變壓器微機保護
（1）變壓器過電流保護
（2）變壓器過負荷保護
（3）變壓器電流速斷保護
6、高壓電動機的繼電保護              
（1）變頻器參數整定操作
（2）變頻器的開環調速實訓
（3）三相異步電動機的啟動方式
（4）模擬電動機出口短路
（5）微機電動機保護裝置參數整定操作
（6）高壓電動機的速斷保護
（7）高壓電動機的反時限過流保護
 7、整體監控及自動化
（1）SCADA監控
（1）遠程投切、故障定位等
（2）PC組態完成遙測等操作
 8、繼電器實訓
（1）電流繼電器
（2）電壓繼電器
9、無線監控實訓
（1）無線電力監控系統
系統原理概述
工廠供電系統實訓裝置系統主接線圖，對于大型工廠及某些電源進線電壓為35KV及以上的中型工廠，通常經過兩次降壓，也就是電源進廠以后，先經總降壓變電所（HSS），其中裝有較大容量的電力變壓器，將35KV及以上的電源電壓降為10KV的配電電壓，然后通過10KV的高壓配電所（HDS）將電能送到各個車間變電所，也有的經過高壓配電所再送到車間變電所（STS），最后經車間變電所的配電變壓器降為一般低壓用電設備所需的電壓。
總降變電所（HSS）有兩路35KV電源進線，一路是模擬的架空線路WL1，另一路模擬的是電纜線路WL2。我公司采用最常見的進線方案是，一路電源來自發電廠或電力系統變電站，作為正常工作電源，而另一路電源來自臨近單位的高壓聯絡線，作為備用電源。總降變電所的出線一路降壓之后的10KV到高壓配電所，另一路為35KV的鄰近的分廠或工廠。
高壓配電所（HDS）及車間負荷一路進線為總降變電所過來的電源，做為正常工作電源使用，另一路為來自鄰近工廠的電源，做為備用電源使用。它的出線分為七路，其中兩路路到測量表計、一路到無功補償柜、三路為動力出線，一路到10KV模擬高壓電動機組。
整個系統是由一次部分，二次部分和監控部分組成。
1、一次部分
一次部分包括一次供配電線路，隔離開關和斷路器，變壓器和各種負荷。負荷種類包括普通負荷，照明負荷和動力負荷等。
1）、一次供配電線路：整個系統一次供配電線路是由35 kV，10kV不同的電壓等級構成，線路阻抗采用電抗器和電阻來模擬（如圖1所示）。
2）、隔離開關和斷路器及變壓器：系統采用一個兩卷的變壓器，其中一臺模擬總降變壓器，具有有載調壓功能。使學生通過正確的實驗操作，能夠明了正確的電氣投切操作，倒閘操作，投入運行操作以及各種運行方式的調整操作規程。
3）、負荷部分：可分為高壓負荷和低壓負荷。高壓負荷是用電動機組模擬，低壓負荷使用純電阻，電感等模擬。風機不僅可以作為負荷的一部分，同時也能給整套裝置散熱。
2、二次部分
二次部分包括自動裝置，儀表和信號單元和轉換單元。自動裝置包括微機線路保護裝置、微機電動機保護裝置、無功補償裝置和備自投裝置；儀表和信號單元包括模擬儀表，光字牌指示等；轉換單元包括各狀態量的切換開關。
1） 微機線路保護裝置：具有三段式過流保護，低壓閉鎖電流保護，單相接地保護，反時限過流保護，過電流前加速，過電流后加速，重合閘等功能
2） 微機電動機保護裝置：具有電流速斷，過電流，電流反時限，零序過流保護，負序電流保護和低電壓保護等功能。
3） 無功補償裝置：能自動追蹤電網功率因數并控制電容器組的投切，具有手動和自動投切功能。根據變壓器的無功功率進行分相補償，電容器組循環工作，使每組電容器均勻投運，從而減少電能損耗和電壓損失，提高設備的使用效率。
4） 備自投裝置：包括三種方式：進線備投方式；母聯備投方式和應急備投
3、監控部分
監控部分包括觸摸屏，PLC控制器及智能采集模塊組成。
觸摸屏：1）對每條線路運行電能電量參數和開關狀態量的實時顯示，通過總線把操作命令下傳給PLC控制器和微機裝置，執行供電線路開關和斷路器的遙控，負荷的投退；
2）監視整個系統負荷運行狀態，生成負荷運行曲線；
3）對線路故障，電動機故障和功率因數過低都設置告警提示，并按時間順序保存最新的事件信息或保護動作信息，并能夠進行保護定值的遠方整定和修改。
PLC控制器：利用PLC作為控制器，各個開關和斷路器狀態通過PLC采集后，傳送至觸摸屏，實現遙信功能；PLC接受并執行主站發送的命令，完成對斷路器的分合閘操作，負荷的投退，實現遙控功能。
智能采集模塊：采集供電線路的電能電量參數，并使用自身配套的通信接口，通過總線，把每個回路的電量參數及時的傳送給觸摸屏。
七、裝置技術性能
1、人身安全和設備安全保護功能
◆ 滿足國家標準，在實驗裝置的電源輸入端設有電流型漏電器，控制屏內、
外或強電輸出有漏電現象，即刻告警并切斷總電源，確保實驗安全。
◆ 采用全封閉性安全實驗導線避免學生雙手模電而造成的觸電事故。
◆ 儀表設有過量程保護功能，交直流電源具有短路保護。
◆ 控制屏電源由接觸器通過啟、停按鈕進行控制。
◆ 調壓器輸出接有高靈敏度的電子線路過流保護和保險絲雙重保護功能，
相間電源、線間電源過電流或直接短路均能自動保護。
2、產品結構介紹
本實訓裝置采用操作控制屏加控制柜的方式，均為固定式結構，操作控制屏為實訓一次線路，從上到下依次為總降變電所、高壓配電所及車間負荷，控制柜為二次控制回路，裝有微機線路保護裝置、備用電源自動投入裝置、變頻器、無功自動補償控制器、高壓電動機微機保護等。
整個結構設計既符合人的視覺習慣，又較好地模擬了工業現場，完全符合教科書的要求，同時還減少了教師更換實驗模塊的工作量。
3、先進性
實訓臺上裝置提供RS-485和以太網兩種通訊接口；標準MODBUS通訊協議。微機保護裝置測量元件精度：刻度誤差：不大于1%；測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms。
4、安全性
本實訓系統融合了錯誤操作安全偵別系統，如控制回路斷線、錯誤操作信號告警功能。
5、主要部件的技術性能說明
1）微機線路保護測控裝置
主要適用于110KV以下電壓等級的不帶有距離保護的線路保護，且具有測量、控制、遙脈、通訊功能，既可集中組屏，也可分散放于開關柜內。該模塊旁邊為線路保護測控裝置的接線端子。
2）電動機保護測控裝置
本裝置適用于35kV及以下電壓等級的經消弧線圈接地或不接地系統中的電動機保護測控，可集中組屏，也可在開關柜就地安裝，全面支持變配電綜合自動化系統。
本裝置含有中等容量以上三相（二相）異步電動機的全套保護包括 : 電流速斷、過電流、電流反時限、負序過流保護、過熱保護跳閘、過熱保護報警、ＰＴ斷線告警、低電壓保護、零序過流跳閘、零序過流告警、過電壓保護。裝置正常運行情況下可顯示監視電動機運行所需的參數。故障后可顯示故障種類參數，并記錄故障過程中的最大故障量，供事后調出作分析故障之用。
3）備用電源自動投入裝置
適用于110kV及以下電壓等級的進線開關，內橋開關及主變兩側開關的自投裝置，也可選擇帶備自投的自適應功能；可集中組屏，也可在開關柜就地安裝。
4）變頻器
·功率范圍：0.4KW--2.2KW（單、三相220V）。 
·以PIM為核心，整機可靠性高；
·具有高輸出轉矩，起動力矩大的特點，1HZ時輸出力矩可達150%；
·載波頻率可達16K，具有極靜音的特點，可應用于對噪聲要求較高的場合
·具有多種控制方式，適合不同場合的控制需要；
·具有小體積、功能強的特點，內置PID及簡易PLC；
·具有較強的抗干擾能力；
·具有RS485標準接口，易組成集中控制系統
5）PZ72系列智能電參數測量模塊
PZ72系列智能電參數測量模塊是一款智能型電力參數綜合測量采集模塊，準確測量單相、3相3線制或3相4線制交流電路中的電壓、電流、功率、功率因數、頻率、電度、諧波等30多種電力參數，帶I/O接口。
PZ72系列智能電參數測量模塊可替代模擬電流、電壓、功率、功率因數、電量等一系列變送器及模擬量模入模塊，廣泛應用于各種工業測控系統及集散式/分布式電力監控系統、設備能效檢測等領域，可大大降低系統成本，方便現場布線，提高系統可靠性。
6）人機界面
具有超強的兼容性和卓絕的真彩顯示性能，配合PLC能夠發揮出最佳的效果，使生產線更有效工作，在機構設計上，邊框縮小讓相同的熒幕尺寸看起來更寬廣、視界更寬大，更適合視覺習慣。
7）無功功率自動補償控制器
本系列控制器采用高性能單片機為基本硬件，充分利用計算機的高速運算力和邏輯判斷力，使本系列控制器真正做到了智能化、數字化。其技術先進功能完善，抗干擾能力強，支路穩定可靠，補償精確，外形美觀。
8）實驗導線
實驗連接導線采用高可靠全封閉手槍插型式，內部為無氧銅抽絲而成發絲般細的128股線，質地柔軟，護套用粗線徑、防硬化化學制品制成，插頭采用實芯銅質件。