TWB-116供配電綜合自動化實驗及考核係統

一、基本要求

1．建立與當前電力係統發展現狀相適應的供配電技術，培養具有較高專業技能、能夠從事配電網運行、操作與技術管理等工作的高級技術應用型人才。

2．建成實驗、實踐、實訓一體的綜合型實踐教學平台，完成《繼電保護與自動裝置》、《工廠供電》、《供配電技術應用》、《電力係統繼電保護原理》、《電力係統微機保護》、《配電自動化》等課程的教學實驗任務，並提高學生的專業操作技能。

3．為電氣自動化技術、電力係統自動化技術及供用電技術等相關專業學生的課程設計和畢業設計提供良好的研究設計平台。

4．培訓和考核從事變電站、變配所、電力係統第一線生產過程的運行、維護、檢修和調試的現場技術工程人員。

5．為電氣工程、電力係統等方向的科學研究提供試驗平台。

6．供配電技術包含多套實驗培訓設備，可利用單套設備完成繼電保護實驗、微機保護實驗、自動裝置實驗、變電站操作實訓等，滿足一般的專業課程教學實驗的要求。還可將多套設備靈活組態連接，構成大型輸電係統、變電站和配電網絡，滿足綜合實驗、現場操作及運行實訓和科研的要求。

二、技術參數

供配電綜合自動化實驗及考核係統包括以下核心構成部分：一次接線係統、測量表計、多功能微機保護裝置、監控部分、互感器二次接線區、補償電容器組、短路設置模塊、常規繼電器、繼電保護測試信號係統等。

整個實驗係統控製電源（包括繼電器輔助電壓）均采用安全電壓以內的直流24V電源。實驗信號要求按照電力係統二次標準輸出，且嚴格控製輸出功率，杜絕觸電隱患。

1、供配電一次接線係統：

模擬中型工廠的供配電係統，由35 kV，10kV，兩個不同的電壓等級構成。整個係統有兩路35kV進線，其中一路正常供電，另一路作為備用，通過備自投自動切換; 35kV母線出線有兩路分支，一路送其他分廠，一路經總降變降壓為10kV母線的進線電源1供本地使用；為了保證供電可靠性，另加一路電源作為10kV母線的進線電源2。進線電源1和進線電源2互為暗備用，分別給10kVⅠ段母線和10kVⅡ段母線供電，兩者也可通過備自投自動切換。在一次接線係統中安裝有短路故障設置單元，用於模擬線路或設備的各種故障情況。

（1）、線路阻抗采用電抗器和電阻來模擬。

（2）、係統采用一個兩卷的變壓器，模擬總降變壓。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）、可分為線路負荷，變壓器負荷及其它高壓負荷。負荷由電抗和電阻模擬。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。

（4）、至少包含10隻三相模擬斷路器：用三相交流接觸器模擬實現。模擬斷路器能通過就地手動按鈕和遠方遙控進行分合閘操作，模擬斷路器的就地按鈕帶紅綠色燈光指示（帶燈按鈕，紅燈表示合，綠燈表示分）。

（5）、測量表計：

至少提供5隻指針電壓表，指示母線電壓。

（6）、補償電容器組：

至少提供4組低壓補償電容器及控製電路，要求既能手動補償，又能由無功補償裝置控製實現自動補償。

（7）、短路設置模塊：

能夠滿足各種類型短路（單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路）故障操作。

（8）、調壓器：

380V 9kVA三相自藕式調壓器

全方位刻度盤，刻度清晰，方便操作

輸出電壓0-430V可調

輸入電壓380V±10%

額定輸出電流大於等於10A

絕緣等級A級

（9）、觸摸屏：

要求采用不低於7英寸觸摸屏

可與仿真裝置通信，並提供人機操作界麵，用來查看測量數據（每個斷路器上的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數）、斷路器狀態和進行斷路器操作控製。同時實現倒閘操作自動考核功能。

2、二次接線區：

實驗平台內部各電流互感器、電壓互感器的二次信號已引至電壓電流互感器輸出區，各斷路器位置信號和控製信號引至斷路器控製及位置監視接點區。通過連接線可將電壓、電流信號、斷路器位置監視信號及控製信號與保護測控屏的多功能保護裝置連接實現保護和控製功能。

（1）、模擬斷路器接線區：包括斷路器合閘線圈、斷路器分閘線圈、斷路器輔助觸點（常閉）、斷路器輔助觸點（常開）。各斷路器相關接線均引出，用於控製斷路器分合和監視其狀態。配置不少於10組模擬斷路器接線。

（2）、模擬電壓互感器接線區：單相電壓互感器和三相電壓互感器兩種。用於檢測母線電壓。可用於外部儀器測量，也可接人多功能保護裝置或常規繼電器。配置不少於6組電壓互感器。

（3）、模擬電流互感器接線區：單相電流互感器和三相電流互感器兩種。用於檢測線路電流、變壓器高壓側電流、變壓器低壓側電流、負荷電流等。可用於外部儀器測量，也可接人多功能保護裝置或常規繼電器實現保護功能。配置不少於6組電流互感器。

3、供配電二次回路試驗：

（1）、斷路器二次回路試驗模塊：其內部包含：跳合使能控製回路、合閘操作回路、跳閘操作回路、合閘信號回路、跳閘信號回路、斷路器防跳回路、信號複歸回路等。FTJ表示防跳繼電器，BSJ表示跳合閘閉鎖繼電器，HXJ表示合閘信號繼電器，TXJ表示跳閘信號繼電器，HBJ表示合閘保持繼電器，TBJ表示跳閘保持繼電器，FGJ表示信號複歸繼電器。

（2）、閃光繼電器：閃光既有指示斷路器事故跳閘的作用，又有監視斷路器操作過程狀態的作用（如“預備合閘”或“預備跳閘”），其目的是提高控製回路的監視效果和可靠性。

（3）、萬能轉換開關：

萬轉開關SA旋轉位置狀態	接線端接通端子對應關係
合	5-8
分後	10-11
預合	9-12
預分	14-15
合後	13-16
分	6-7

4、多功能微機保護裝置：

機箱結構尺寸：210mm×250mm×178mm（4U機箱）。

正常工作溫度：0～40˚。

貯存及運輸：  -25～70˚。

直流電源：交流電壓輸入：220V，允許偏差：+7%，-10%

直流輸出：5V/3A;+12V/0.5A;-12V/0.5A;24V/0.5A

頻率：50Hz

過載能力：電流回路：2倍額定電流，連續工作

10倍額定電流，允許10S

40倍額定電流，允許1S

電壓回路：1.5倍額定電壓，連續工作

功耗：交流電流：<1VA/相（In=3A）

<0.5VA/相（In=0.5A）

交流電壓：<0.5VA/相

直流：正常時<35W

跳閘時<50W

包括以下保護功能：

A、線路保護，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，過電流後加速，重合閘，低壓保護，過壓保護等功能；

B、電動機保護，具有速斷保護，過流保護，負序過流保護，零序過流保護，過熱保護告警，失壓保護，過壓保護，啟動時間超長，零序過壓保護等功能

C、變壓器保護，差動速斷、比例差動保護、重瓦斯保護、輕瓦斯告警、過溫告警、超溫保護等；

D、變壓器後備保護，複合電壓保護、複壓過流保護、零序過流保護、零序過壓保護、重瓦斯保護、輕瓦斯保護、PT斷線、控製故障、超溫告警、超溫跳閘、過溫告警等。

E、備自投，有進線備投和母聯備投方式可選 ，當主進線電源模擬故障失電後，備自投裝置能自動地將備用進線電源投到工作母線上，以此保證連接在工作母線上的負荷仍能正常工作，提高供電的可靠性和穩定性。

F、電容器保護，具有過流I段保護，過流II段保護，過流III段保護，失壓保護，過壓保護，零序過流保護等功能；

G、數字式電流繼電器、數字式電壓繼電器、數字式功率方向繼電器、數字式反時限電流繼電器等數字式繼電器等功能。

H、支持備自投裝置功能，分段備自投、進線備自投等。

I、無功補償裝置自動控製功能，通過投切電容器的方式來實現來提高電網的功率因數，無功補償配置有電流保護、電壓保護等。

J、微機保護圖形化編程軟件

包括但不限於以下微機保護及自動裝置功能：

10kV線路保護、35kV線路保護、變壓器主保護、變壓器後備保護、電動機保護、電容器保護、備自投、無功補償功能。

圖形化界麵與保護裝置一致，可在線設置保護壓板、保護定值、動作實現等

支持數據檢測、狀態顯示功能

支持讀取保護報告功能

支持讀取SOE報告功能

支持讀取錄波數據功能、同時可保存和打開曆史錄波數據。

5、供配電自動考核裝置：

（1）、通過數據采集、實時監控、遠程操作、自動識別、算法分析等多種技術應用，通過接口模塊，實現供配電綜合自動化及考核實驗台實際操作與電力網絡監控考核係統整合。

（2）、要求能將供配電一次接線係統中的斷路器及刀閘等位置信號、電流電壓信號和學生操作時產生的位置及模擬量變化信號等信息上傳到上位機，考核台上能夠自動出報告，還能自動考核係統能夠判斷學生的操作順序是否正確，錯誤操作為哪些。可以利用監控及自動考核軟件和監控及自動考核軟件的開放，讓學生在監控軟件上，由供配電仿真裝置配合進行虛擬模擬仿真操作。

（3）、可支持96路模擬量采集、可通過通訊上傳各模擬量幅值、相位角信息，根據配置上次各采集點三相電流、三相電壓、相間電壓、有功功率、無功功率、功率因數等信息。

（4）、模擬量采集範圍：電壓AC0-450V，電流AC0-10A。

（5）、模擬量采集精度：電壓0.1V，電流0.05A。

（6）、數字量采集通道：至少支持36路開入量和80路繼電器輸出。

（7）、通訊接口：2兩獨立RS485接口，一路RJ45以太網接口。

6、監控及自動考核軟件：

安裝於實驗平台工業平板電腦上。

通過仿真裝置將係統中的位置信號、模擬量信號等信息上傳到上位機，在學生做考核實驗時，監控及自動考核軟件能夠自動判斷學生的操作是否正確，自動為學生評分並記錄考核數據，自動生成實驗報告。方便老師對學生的操作考核。

1）、係統通訊控製

監控及自動考核軟件的通訊控製功能能讓操作員對係統的數據采集通道進行實時的監視和控製，係統通訊控製用多個界麵分別顯示通訊設置、通訊狀況、仿真裝置/PLC數據監視。操作員通過這些界麵可以設置係統通道和仿真裝置掃描，觀察係統和仿真裝置的通訊錯誤狀況，修改通道和仿真裝置的通訊參數。

2）、數據管理

數據管理功能使得操作員可以對通訊數據進行編輯，對重要數據進行存檔。

3）、考核管理

考核管理功能用多個界麵顯示考核人員信息、考核初始數據、考核設置等。操作員可以對考核項目進行初始數據編輯，考核係統將根據初始數據對考核人員的操作進行記錄並打分。

4）、報告管理

通過該功能操作人員可以生成當次考核報告，也可以將曆史記錄數據生成報告，能夠打開報告並打印，如有配有上位機監控係統，能夠將報告數據上傳至上位機監控係統。

功能要求：

主機利用監控及自動考核軟件將供配電一次接線係統和供配電仿真裝置組成變電站、變配所、配電網或調度監控係統，並與係統中的仿真裝置/RTU通信，實現遙測、遙信、遙控及其他變電站監控等功能。

a、數據采集：

采集各站上傳的遙信、遙測、微機保護、控製命令及其它信息，具有高度的可靠性和強大的信息處理能力；支持保護裝置、儀表、供配電仿真裝置通訊。軟件可采集和處理以下來源的數據：

模擬量：模擬量的采集方式有閥值方式和掃描方式；用戶可定義各模擬量的閥值範圍，把超閥值的具有顯著變化的值發送給係統；掃描周期可調；

狀態量：狀態量的采集方式有掃描方式和狀態變化方式；

數字量：數字量采集以定時掃描方式進行，掃描周期可定義。

b、數據處理

模擬量處理：能夠進行數字濾波，規定數據的大小合法值，當數據超出範圍時，視為不合格數據被濾掉。能夠完成零漂處理，規定數據的零值範圍，當數據處於該範圍內時，視為零值。完成連續模擬量輸出記錄。

狀態量處理：禁止/允許對被設置狀態量進行操作。可使用狀態量作為各種條件運算和判斷的依據，進而通過這些條件達到禁止、警告等目的。對於供配電仿真裝置等設備發送的設備工作運行異常狀態進行報警處理。

c、控製功能

可對各廠站供配電仿真裝置通訊接入的斷路器及可控隔離開關實施正確控製；具有防誤閉鎖功能，可對每個控製對象設置閉鎖條件；可對控製操作設置權限，可授予調度員不同的操作權限，操作前應先檢查，防止非法操作；

主站向供配電仿真裝置發出的所有遙控命令都能顯示在監控畫麵上。遙控操作的每個步驟完成後，自動記錄操作過程。

d、事件/報警處理

報警指係統中某一特定事件出現時，係統立即給出相應的指示，並對其進行記錄。觸發報警的特定事件包括：

電力係統設備的狀態變化（例如變位，保護動作信號等）越限作站、RTU 和通信通道的不正常運行係統軟、硬件故障；

報警方式：

圖形報警：告警點閃動、變色。推出報警點所在圖形；

文字報警：文字列表顯示告警點信息、類型、時間；

e、係統設備管理與監視

可以圖形的方式顯示全係統的運行情況，包括:係統實時運行工況各子係統運行情況係統配置圖及其運行情況工作站、供配電仿真裝置、通道配置圖及其運行情況。

f、考核設置

可對自由對考核內容、題庫答案、考核方式等進行設置，還可設置各類型故障，將設置下載至仿真裝置。

7、配電網計算分析仿真係統軟件：

供配電係統仿真軟件用於變電站模型組態、潮流和故障控製、保護配置、動作現象仿真等。

其主要包括如下模塊：

1）、圖模一體化組態功能：

為了便於用戶使用以及軟件功能擴充，用戶可以自行編輯圖形界麵以適應電網主接線(輸電網、配電網、變電站)的潮流變化，可以添加刪除設備，修改線路、主變壓器、電容器和電抗器等各個設備的參數。該平台服務於仿真係統的各計算模塊，在此之上可以進行各種分析計算，輸出計算結果。

組態功能可自由選擇電源、母線、變壓器、線路、負載，且可以對選擇的元件進行移動、縮放、旋轉、刪除及參數設置，以建立各種模型，形成各種計算的模型庫；

用戶可以方便地建立電網數據、繪製電網圖形、進行各種分析計算。人機界麵友好，操作方便。

可以繪製各種電網圖形，包括廠站主接線圖等。

各種電網圖形基於統一的圖形組態定義，實現各類元件圖元樣式的靈活定義和擴展。

保證圖形顯示和分析計算的高效性；並可提供數據輸出接口，便於仿真係統的驗證應用。

2）、計算分析功能：

能根據圖形組態形成的電網係統，自行形成電力網絡拓撲圖，便於進行計算分析。

等效電源可設置參數包括輸出有功、輸出無功、正序電阻、正序電抗、負序電阻、負序電抗、零序電阻、零序電抗。

斷路器可設置參數包括：遮斷容量、名稱，斷路器類型等。

母線可設置參數包括：母線名稱、電壓等級、高限值、低限值等。

互感器可設置參數包括：互感器名稱、一次標準值、二次標準值、同名端等。

線路可設置參數包括：線路型號、線路長度、正序電阻、正序電抗、零序電阻、零序電抗。

變壓器可設置參數包括：容量、高壓銘牌電壓、低壓銘牌電壓、調壓分接頭檔位數、調壓步長、高低壓線圈接法、接線時鍾、短路損耗、短路電壓比等。

3）、潮流計算功能：

根據仿真變電站的主接線圖，利用牛頓—拉夫遜方法計算分析係統的各點各線的正常潮流。

可設置平衡節點

可在母線處設置PQ節點和PV節點

潮流計算前能自動進行全網的拓撲分析

提供潮流數據檢查功能，可對母線設置電壓上下限，對線路設置電流限值，對變壓器設置功率限值，包括檢查全網拓撲結構、各元件帶電狀態並可對發電、負荷按區域和全網進行計算。潮流計算結果中自動顯示過載、越限信息。

可以表格的方式，輸出顯示電力係統各元件的潮流計算結果。

潮流計算結果包括：母線電壓、線路Pij、線路Qij、線路Pji、線路Qji、線路有功損耗、線路無功損耗、線路電流、變壓器高壓側有功/無功、變壓器低壓側有功/無功、變壓器高/低壓側電流、負荷有功、負荷無功、負荷電流、電源有功、電源無功、電源電流等數據。

潮流計算結果數據直接鏈路到所配置的虛擬保護測控裝置采集係統。

4）、短路計算功能：

根據仿真變電站的主接線圖上設定的故障類型，計算係統故障時的電壓、電流。

可實現的功能：

故障點可設置在變壓器、母線、線路

故障類型不少於7種

可設置永久性故障和瞬時性故障

故障位置可設置範圍為整個設備的全長

線路故障可設置過渡電阻Rf和Rg

短路計算結果包括：各母線殘壓、各母線零序電壓、線路各相電流、零序電流、變壓器高低壓側電流、各電流電壓相對相位等。

8、常規繼電器及特性測試信號係統：

至少提供電磁型電流繼電器、電磁型電壓繼電器、中間繼電器、時間繼電器、重合閘繼電器。

特性測試信號係統參數：獨立的電壓輸出端口，輸出電壓0-100V可調；獨立的電流輸出端口，輸出電流0-10A可調，配置指示儀表。

三、可完成的實訓內容

工廠供電及配電電氣監控實驗

實驗一、一次電氣接線模擬認知實驗

實驗二、監控實驗

實驗三、電氣主接線圖的認知

實驗四、SCADA監控。

實驗五、四遙（遙信、遙控、遙測、遙調）實驗。

實驗六、線路運行參數檢測實訓。

工廠變配電室值班技能培訓 （以下實驗需自動出具考核報告）

實驗一、變配電送電倒閘操作實驗

實驗二、變配電所停電倒閘操作實驗

實驗三、一路進線供電轉兩路供電倒閘操作實驗

實驗四、兩路進線供電轉一路供電倒閘操作實驗

實驗五、變壓器運行轉檢修倒閘操作實驗

實驗六、變壓器檢修轉運行倒閘操作實驗

實驗七、母線運行轉檢修倒閘操作實驗

實驗八、母線檢修轉運行倒閘操作實驗

供配電係統二次回路實驗

實驗一、具有事故燈光控製的斷路器控製回路實驗。

實驗二、具有防跳功能的斷路器控製回路實驗。

實驗三、閃光繼電器構成的中央信號實驗。

常規繼電保護實驗

實驗一、常規電流繼電器特性實驗

實驗二、常規電壓繼電器特性實驗

實驗三、常規繼電器構成的電流速斷保護實驗

實驗四、常規繼電器構成的電流電壓聯鎖速斷保護實驗

實驗五、常規繼電器構成的限時電流速斷保護實驗

實驗六、常規繼電器構成的定時限過電流速斷保護實驗

微機保護實驗

實驗一、模擬係統正常、最大、最小運行方式

實驗二、模擬係統短路實驗

實驗三、微機線路保護參數整定操作

實驗四、線路保護實驗

1）供電線路電流速斷保護實驗

2）供電線路限時電流速斷保護實驗

3）供電線路過電流保護實驗

4）供電線路電流速斷保護與三相一次重合閘綜合實驗

5）供電線路限時電流速斷保護與三相一次重合閘綜合實驗

6）供電線路過電流保護與三相一次重合閘綜合實驗

7）供電線路過負荷實驗

實驗五、變壓器微機保護

1）變壓器電流速斷保護

2）變壓器過電流保護

3）變壓器過負荷保護

實驗六、電容器微機保護（出線故障模擬）

1）電容器電流速斷保護實驗

2）電容器過電流保護實驗

3）電容器過電壓保護實驗

4）電容器失壓保護實驗

實驗七、電動機保護實驗（出線故障模擬）

(1) 模擬高壓電動機的速斷保護。

(2) 模擬高壓電動機的反時限過流保護。

(3) 模擬電動機出口短路。

微機保護在線實驗

實驗一、保護裝置在線配置實驗

實驗二、保護裝置動作報告及SOE保護分析實驗

自動裝置實訓

實驗一、備用電源自動投入裝置參數整定操作。

實驗二、備用電源自動投入。

實驗三、無功補償裝置參數整定操作。

實驗四、無功自動補償功能。

實驗五、備投投入條件測試。

實驗六、進線備投（明備用）及自適應。

實驗七、母聯備投（暗備用）及自適應。