工厂供电综合自动化实训系统
一、概述
工厂供电系统实训装置是根据机械工业职业技能鉴定指导中心编写的《高级电工技术》、《电工基础（高级工适用）》、《电工技师培训教材》结合《工厂供电》和《供配电技术》课程研发生产的。该装置主要对教材中的35kV的总降压变电所、10kV的高压配电所及车间用电负荷的供配电线路中涉及的微机继电保护装置、备用电源自动投入装置、无功自动补偿装置、智能采集模块以及工业人机界面等电气一次、二次、控制保护等重点教学内容进行设计开发的，通过在本实训装置中的技能训练能在深入理解专业知识的同时，培养学生的实践技能。并且本套实训装置还有利于学生对变压器、电动机组、电流互感器、电压互感器、模拟表记、数字电秒表及开关元器件工作特性和接线原理的理解和掌握。
二、特点
1.本装置根据典型教学内容设计，在开发中征求了专业教师的建议、吸收了工程应用中的实际经验。比较系统地实现了工厂供配电系统的受电、输送、分配、控制、保护等实践技能训练要求。学生在实训中还能掌握正确的电路投切操作，倒闸操作，运行控制以及各种运行方式的调整操作规程。本装置结构清晰，运行灵活，操作方便，安全可靠。为学生提高实践技能建立了一个良好的实训平台。
2.综合性强
本装置综合了与工厂供电相关的微机线路保护，微机电动机保护，备自投和无功补偿等功能，采用的是工业现场产品，线路模型和电动机模型都能较典型的模拟工厂的现场状况，有利于进行理论分析和数值分析。
3.先进性
本装置综合微机继电保护、工业触摸屏和PLC等微机智能检测控制的相关技术，采用分层分布式控制方式，组建成几控制、保护、测量和信号为一体的综合自动化实训平台。体现了当前自动化技术和通信技术在供配电网的深刻变革方向。
4．安全性
本实训系统融合了错误操作安全侦别系统，如控制回路断线、错误操作信号告警功能。
三、技术条件
1.输入电源：三相四线AC380V±10% 50±2%Hz
2.整机容量：≤3kVA
3.实训台采用铁质亚光密纹喷塑工艺。
4.主控屏尺寸：1600mm×600mm×1800mm
控制柜尺寸： 800mm×600mm×1800mm
仪表柜尺寸： 800mm×600mm×1800mm
电脑桌： 铝合金：800mm*600mm*1200mm
5. 实训台上装置提供RS-485和以太网两种通讯接口；标准MODBUS通讯协议。微机保护装置测量元件精度：刻度误差：不大于1%；测量电流：0.2级；母线电压：0.2级；输出精度：0.2级；频率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5级；通讯分辨率：不大于1ms。
四、实训项目
1、工厂供电电气接线图的认知
（1）实训台电气主接线模拟图的认知
（2）触摸屏的正确操作
（3）电气主接线图的认知
2、工厂变配电室值班技能培训
（1）电流互感器与电压互感器的接线方式
（2）变压器有载调压
（3）线路停送电操作
（4）变压器倒闸操作
（5）母线倒闸操作
3、工厂供电系统的自动装置实训
（1）备投投入条件测试及装置参数整定操作
（2）进线备投（明备用）及自适应
（3）母联备投（暗备用）及自适应
（4）无功补偿装置参数整定操作
（5）无功自动补偿功能
4、工厂高压线路的微机继电保护
（1）模拟系统正常、最大、最小运行方式
（2）模拟系统短路
（3）电秒表的正确操作
（4）微机线路保护装置参数整定操作
（5）无时限电流速断保护
（6）带时限电流速断保护
（7）定时限过电流保护
（8）反时限过电流保护
（9）运行方式对保护灵敏度的影响及灵敏度校验
（10）电流电压连锁保护
5、变压器微机保护
（1）变压器过电流保护
（2）变压器过负荷保护
（3）变压器电流速断保护
6、高压电动机的继电保护
（1）变频器参数整定操作
（2）变频器的开环调速实训
（3）三相异步电动机的启动方式
（4）模拟电动机出口短路
（5）微机电动机保护装置参数整定操作
（6）高压电动机的速断保护
（7）高压电动机的反时限过流保护
7、整体监控及自动化
（1）SCADA监控
（1）远程投切、故障定位等
（2）PC组态完成遥测等操作
8、继电器实训
（1）电流继电器
（2）电压继电器
9、无线监控实训
（1）无线电力监控系统
系统原理概述
工厂供电系统实训装置系统主接线图，对于大型工厂及某些电源进线电压为35KV及以上的中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所（HSS），其中装有较大容量的电力变压器，将35KV及以上的电源电压降为10KV的配电电压，然后通过10KV的高压配电所（HDS）将电能送到各个车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所（STS），最后经车间变电所的配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。
总降变电所（HSS）有两路35KV电源进线，一路是模拟的架空线路WL1，另一路模拟的是电缆线路WL2。我公司采用最常见的进线方案是，一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源，而另一路电源来自临近单位的高压联络线，作为备用电源。总降变电所的出线一路降压之后的10KV到高压配电所，另一路为35KV的邻近的分厂或工厂。
高压配电所（HDS）及车间负荷一路进线为总降变电所过来的电源，做为正常工作电源使用，另一路为来自邻近工厂的电源，做为备用电源使用。它的出线分为七路，其中两路路到测量表计、一路到无功补偿柜、三路为动力出线，一路到10KV模拟高压电动机组。
整个系统是由一次部分，二次部分和监控部分组成。
1、一次部分
一次部分包括一次供配电线路，隔离开关和断路器，变压器和各种负荷。负荷种类包括普通负荷，照明负荷和动力负荷等。
1）、一次供配电线路：整个系统一次供配电线路是由35 kV，10kV不同的电压等级构成，线路阻抗采用电抗器和电阻来模拟（如图1所示）。
2）、隔离开关和断路器及变压器：系统采用一个两卷的变压器，其中一台模拟总降变压器，具有有载调压功能。使学生通过正确的实验操作，能够明了正确的电气投切操作，倒闸操作，投入运行操作以及各种运行方式的调整操作规程。
3）、负荷部分：可分为高压负荷和低压负荷。高压负荷是用电动机组模拟，低压负荷使用纯电阻，电感等模拟。风机不仅可以作为负荷的一部分，同时也能给整套装置散热。
2、二次部分
二次部分包括自动装置，仪表和信号单元和转换单元。自动装置包括微机线路保护装置、微机电动机保护装置、无功补偿装置和备自投装置；仪表和信号单元包括模拟仪表，光字牌指示等；转换单元包括各状态量的切换开关。
1） 微机线路保护装置：具有三段式过流保护，低压闭锁电流保护，单相接地保护，反时限过流保护，过电流前加速，过电流后加速，重合闸等功能
2） 微机电动机保护装置：具有电流速断，过电流，电流反时限，零序过流保护，负序电流保护和低电压保护等功能。
3） 无功补偿装置：能自动追踪电网功率因数并控制电容器组的投切，具有手动和自动投切功能。根据变压器的无功功率进行分相补偿，电容器组循环工作，使每组电容器均匀投运，从而减少电能损耗和电压损失，提高设备的使用效率。
4） 备自投装置：包括三种方式：进线备投方式；母联备投方式和应急备投
3、监控部分
监控部分包括触摸屏，PLC控制器及智能采集模块组成。
触摸屏：1）对每条线路运行电能电量参数和开关状态量的实时显示，通过总线把操作命令下传给PLC控制器和微机装置，执行供电线路开关和断路器的遥控，负荷的投退；
2）监视整个系统负荷运行状态，生成负荷运行曲线；
3）对线路故障，电动机故障和功率因数过低都设置告警提示，并按时间顺序保存最新的事件信息或保护动作信息，并能够进行保护定值的远方整定和修改。
PLC控制器：利用PLC作为控制器，各个开关和断路器状态通过PLC采集后，传送至触摸屏，实现遥信功能；PLC接受并执行主站发送的命令，完成对断路器的分合闸操作，负荷的投退，实现遥控功能。
智能采集模块：采集供电线路的电能电量参数，并使用自身配套的通信接口，通过总线，把每个回路的电量参数及时的传送给触摸屏。
七、装置技术性能
1、人身安全和设备安全保护功能
◆ 满足国家标准，在实验装置的电源输入端设有电流型漏电器，控制屏内、
外或强电输出有漏电现象，即刻告警并切断总电源，确保实验安全。
◆ 采用全封闭性安全实验导线避免学生双手模电而造成的触电事故。
◆ 仪表设有过量程保护功能，交直流电源具有短路保护。
◆ 控制屏电源由接触器通过启、停按钮进行控制。
◆ 调压器输出接有高灵敏度的电子线路过流保护和保险丝双重保护功能，
相间电源、线间电源过电流或直接短路均能自动保护。
2、产品结构介绍
本实训装置采用操作控制屏加控制柜的方式，均为固定式结构，操作控制屏为实训一次线路，从上到下依次为总降变电所、高压配电所及车间负荷，控制柜为二次控制回路，装有微机线路保护装置、备用电源自动投入装置、变频器、无功自动补偿控制器、高压电动机微机保护等。
整个结构设计既符合人的视觉习惯，又较好地模拟了工业现场，完全符合教科书的要求，同时还减少了教师更换实验模块的工作量。
3、先进性
实训台上装置提供RS-485和以太网两种通讯接口；标准MODBUS通讯协议。微机保护装置测量元件精度：刻度误差：不大于1%；测量电流：0.2级；母线电压：0.2级；输出精度：0.2级；频率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5级；通讯分辨率：不大于1ms。
4、安全性
本实训系统融合了错误操作安全侦别系统，如控制回路断线、错误操作信号告警功能。
5、主要部件的技术性能说明
1）微机线路保护测控装置
主要适用于110KV以下电压等级的不带有距离保护的线路保护，且具有测量、控制、遥脉、通讯功能，既可集中组屏，也可分散放于开关柜内。该模块旁边为线路保护测控装置的接线端子。
2）电动机保护测控装置
本装置适用于35kV及以下电压等级的经消弧线圈接地或不接地系统中的电动机保护测控，可集中组屏，也可在开关柜就地安装，全面支持变配电综合自动化系统。
本装置含有中等容量以上三相（二相）异步电动机的全套保护包括 : 电流速断、过电流、电流反时限、负序过流保护、过热保护跳闸、过热保护报警、ＰＴ断线告警、低电压保护、零序过流跳闸、零序过流告警、过电压保护。装置正常运行情况下可显示监视电动机运行所需的参数。故障后可显示故障种类参数，并记录故障过程中的最大故障量，供事后调出作分析故障之用。
3）备用电源自动投入装置
适用于110kV及以下电压等级的进线开关，内桥开关及主变两侧开关的自投装置，也可选择带备自投的自适应功能；可集中组屏，也可在开关柜就地安装。
4）变频器
·功率范围：0.4KW--2.2KW（单、三相220V）。
·以PIM为核心，整机可靠性高；
·具有高输出转矩，起动力矩大的特点，1HZ时输出力矩可达150%；
·载波频率可达16K，具有极静音的特点，可应用于对噪声要求较高的场合
·具有多种控制方式，适合不同场合的控制需要；
·具有小体积、功能强的特点，内置PID及简易PLC；
·具有较强的抗干扰能力；
·具有RS485标准接口，易组成集中控制系统
5）PZ72系列智能电参数测量模块
PZ72系列智能电参数测量模块是一款智能型电力参数综合测量采集模块，准确测量单相、3相3线制或3相4线制交流电路中的电压、电流、功率、功率因数、频率、电度、谐波等30多种电力参数，带I/O接口。
PZ72系列智能电参数测量模块可替代模拟电流、电压、功率、功率因数、电量等一系列变送器及模拟量模入模块，广泛应用于各种工业测控系统及集散式/分布式电力监控系统、设备能效检测等领域，可大大降低系统成本，方便现场布线，提高系统可靠性。
6）人机界面
具有超强的兼容性和卓绝的真彩显示性能，配合PLC能够发挥出最佳的效果，使生产线更有效工作，在机构设计上，边框缩小让相同的荧幕尺寸看起来更宽广、视界更宽大，更适合视觉习惯。
7）无功功率自动补偿控制器
本系列控制器采用高性能单片机为基本硬件，充分利用计算机的高速运算力和逻辑判断力，使本系列控制器真正做到了智能化、数字化。其技术先进功能完善，抗干扰能力强，支路稳定可靠，补偿精确，外形美观。
8）实验导线
实验连接导线采用高可靠全封闭手枪插型式，内部为无氧铜抽丝而成发丝般细的128股线，质地柔软，护套用粗线径、防硬化化学制品制成，插头采用实芯铜质件。
