CN105761569A - 10Kv配电变压器仿真模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10Kv配电变压器仿真模拟系统，包括配电变压器、变压器模拟系统和变压器模拟系统软件，变压器模拟系统通过导线分别与配电变压器一次侧及二次侧进行连接，变压器模拟系统软件运行于上位机电脑上，且上位机电脑通过以太网与变压器模拟系统进行连接，变压器模拟系统包括变压器仿真单元、温度计控制保护单元、气体继电器保护单元、负荷状态指示单元和主控单元，本发明能够对变压器的运行工况、内部故障、配电故障进行仿真模拟，解决目前变压器实训工作中，采用实物静态模拟操作，实操功能单一，只能解决部分操作需求的问题，提高对变压器实训效率，提高参与实训学员的技能水平。

Description

10Kv配电变压器仿真模拟系统

技术领域：

本发明涉及一种变压器模拟系统，特别是涉及一种10Kv配电变压器仿真模拟系统。

背景技术：

电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务，是电力系统中最重要的电气设备，一旦发生事故影响面广，停电范围广，社会影响大。随着居民生活水平的不断提高，对供电质量提出了越来越高的要求，同时电力配电网络建设也上了一个新台阶，作为电网重要组成元件之一的配电变压器，其数量也在激增。按照DL/T1102-2009《配电变压器运行规程》要求，必须对配电变压器进行定期巡视，及时掌握配电变压器的运行情况，配电变压器运行是否正常直接影响电网安全运行和客户生产、生活用电，并关系到用电设备的安全。

各劳动职业技能鉴定部门、供电系统基层单位、电力培训部门、大中专、技校、职校等设置电力系统学习课程的单位，需要经常安排学员进行实操培训操作。

为保证学员人身及配电设备安全，不妨碍电力系统的正常运行。这些单位一般采用实物静态模拟操作，导致实操功能较为单一，只能解决部分操作需求。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，能够对变压器的运行工况、内部故障、配电故障进行仿真模拟，解决目前变压器实训工作中，采用实物静态模拟操作，实操功能单一，只能解决部分操作需求问题的10Kv配电变压器仿真模拟系统。

本发明的技术方案是：一种10Kv配电变压器仿真模拟系统，配电变压器、变压器模拟系统和变压器模拟系统软件，所述变压器模拟系统通过导线分别与配电变压器一次侧及二次侧进行连接，所述变压器模拟系统软件运行于上位机电脑上，且上位机电脑通过以太网与变压器模拟系统进行连接，所述变压器模拟系统包括：

由变压器高压侧模拟单元、变压器低压模拟单元和模拟变压器组成的变压器仿真单元；

由温度控制接线模拟端子、温度控制器和温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯构成的温度计控制保护单元；

由气体继电器节点模拟端子、气体继电器和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯构成的气体继电器保护单元；

对模拟的负荷状态进行显示的负荷状态指示单元；

进行系统控制的主控单元；

所述变压器高压侧模拟单元和变压器低压模拟单元均由虚负荷功率源单元、电压表和电流表构成；

所述模拟变压器由至少两个电阻及电线进行串联组成的一次侧绕组和二次侧绕组，所述电阻通过绕组继电器接入一次侧绕组和二次侧绕组中，所述一次侧绕组为三角形或星形接法，所述二次侧绕组为Y型接法；

所述虚负荷功率源单元、温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子和绕组继电器均与主控单元连接。

所述变压器模拟系统与配电变压器一次侧及二次侧的连接处均设置有开关，所述开关与一次侧绕组和二次侧绕组通过塔式接线柱和导线进行连接，且二次侧绕组中心点引出与配电变压器的中心点连接，并同步进行接地。

所述开关为节点控制继电器组，且节点控制继电器组上设置有闭合检测装置，并均与主控单元连接，所述主控单元通过RS232接口与虚负荷功率源单元连接，且所述主控单元上设置有以太网接口和温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子。

所述虚负荷功率源模拟电变压器一次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用三个电流表和一个电压表进行显示，所述虚负荷功率源模拟电变压器二次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用四个电流表和三个电压表进行显示。

所述配电变压器为10KV油浸式变压器，所述主控制单元为ARM单片机，所述温度控制器和气体继电器为配电变压器上的温度控制器和气体继电器，所述温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯与上位机电脑连接，所述负荷状态指示单元为三相电机模拟符合指示灯。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过单片计算机技术、虚负荷控制技术、PC软件控制技术完成对变压器的运行工况、内部故障、配电故障等进行仿真模拟，以解决目前变压器实训工作中，采用实物静态模拟操作，实操功能单一，只能解决部分操作需求的问题，提高对变压器实训效率，提高参与实训学员的技能水平。

2、本发明为教学培训用系统，为更好的进行教学培训操作，通过对变压器内部结构参数完全模拟，可实现对变压器所有静态参数进行模拟设置，以达到不同的学员进行培训及考试时所测定的静态参数不一致，加强学员的对变压器静态参数测定的实操业务能力。

3、本发明通过对变压器的运行工况进行实时模拟，以及配电变压器内部结构模拟展示，增强参与培训学员对变压器原理、运行机制、常见配电故障分析等业务能力。

4、本发明支持故障静态模拟及故障动态模拟：故障静态模拟为模拟配电变压器静态故障，通过变压器仿真模拟软件对指定节点故障模拟操作；故障动态模拟为模拟配电变压器在正常运行过程中发生指令类型的故障，进行故障发生后内配电变压器状态变化。以增强参与培训学员对变压器内部故障认知、分析等业务能力。

5、本发明通过与真实10Kv配电变压器进行连接，实现本地工况及故障模拟设置，远端变压器上进行测定分析，真实模拟10Kv配电变压器工作环境。

6、本发明不对配电变压器本体进行任何改动和附加永久性外部装置，可进行变压器静态故障模拟及变压器故障动态变化工况模拟。

7、本发明针对一次侧及二次侧线圈绕组故障点，使用继电器组进行接入，进行变压器内部故障模拟操作：单匝单点搭铁、多匝单点搭铁、单匝多点搭铁、多匝多点搭铁、单匝内绕组短路、匝间绕组短路等故障模拟。学员直接通过在变压器接线塔上进行故障测定及分析。

附图说明：

图1为10Kv配电变压器仿真模拟系统的结构连接示意框图。

图2为主控单元的结构框图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

10Kv配电变压器仿真模拟系统，包括配电变压器、变压器模拟系统和变压器模拟系统软件，变压器模拟系统通过导线分别与配电变压器一次侧及二次侧进行连接，变压器模拟系统软件运行于上位机电脑上，且上位机电脑通过以太网与变压器模拟系统进行连接，变压器模拟系统包括：

由变压器高压侧模拟单元、变压器低压模拟单元和模拟变压器组成的变压器仿真单元；

由温度控制接线模拟端子、温度控制器和温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯构成的温度计控制保护单元；

由气体继电器节点模拟端子、气体继电器和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯构成的气体继电器保护单元；

对模拟的负荷状态进行显示的负荷状态指示单元；

进行系统控制的主控单元；

变压器高压侧模拟单元和变压器低压模拟单元均由虚负荷功率源单元、电压表和电流表构成；

模拟变压器由至少两个电阻及电线进行串联组成的一次侧绕组和二次侧绕组，电阻通过绕组继电器接入一次侧绕组和二次侧绕组中，一次侧绕组为三角形或星形接法，二次侧绕组为Y型接法；

虚负荷功率源单元、温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子和绕组继电器均与主控单元连接。

变压器模拟系统与配电变压器一次侧及二次侧的连接处均设置有开关，开关与一次侧绕组和二次侧绕组通过塔式接线柱和导线进行连接，且二次侧绕组中心点引出与配电变压器的中心点连接，并同步进行接地。

开关为节点控制继电器组，且节点控制继电器组上设置有闭合检测装置，并均与主控单元连接，主控单元通过RS232接口与虚负荷功率源单元连接，且主控单元上设置有以太网接口和温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子。

虚负荷功率源模拟电变压器一次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用三个电流表和一个电压表进行显示，虚负荷功率源模拟电变压器二次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用四个电流表和三个电压表进行显示。

配电变压器为10KV油浸式变压器，主控制单元为ARM单片机，温度控制器和气体继电器为配电变压器上的温度控制器和气体继电器，温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯与上位机电脑连接，负荷状态指示单元为三相电机模拟符合指示灯L1、L2、L3。

变压器高压侧模拟单元：通过虚负荷功率源模拟电压互感器输出3*57.7/100V电压信号，在电压表上显示10Kv，完成变压器高压侧电压工况模拟；通过虚负荷功率源输出0-5A电流信号，在电流表上显示0-10A电流值，完成变压器高压侧电流工况模拟。

变压器低压模拟单元；通过虚负荷功率源输出电压、电流值，进行低压母线电压、电流互感器二次侧电流信号模拟，三个电压表分别接入虚负荷功率源A、B、C三相电压回路，通过虚负荷功率源控制各相输出的电压值，完成变压器低压侧电压工况模拟；四个电流表分别串入虚负荷电流源A、B、C及零序电流回路，通过虚负荷电流源产生0-5A的电流信号，在电流表上显示0-250A电流值，完成变压器低压侧电流工况模拟。

主控单元监控开关K1-K7的开关状态，通过以太网与变压器模拟系统软件进行数据交互，使用RS232设定虚负荷功率源输出电压及电流值，变压器模拟系统软件设置完一个相位节点的工况后，ARM单片机自动进行该相位其他对应节点的工况状态计算，如变压器低压侧仅A相电流设置增加后，ARM单片机自动对高压侧A相电流、低压侧N相零序电流及方向进行计算，并对虚负荷功率源进行设置。

当监测到开关K1-K3开关状态为闭合时，变压器仿真系统控制虚负荷功率源将对应相进行电压进行输出，否则将对应相的电压输出进行关闭；监测到K4-K7开关状态为闭合时，控制虚负荷功率源将对应相电流调节到大于0输出，对应相负荷指示灯点亮，否则将虚负荷功率源输出电流调节到0，将对应相负荷指示灯熄灭，进行空载工况展示；在K4-K6任意开关开路时，三相电机模拟符合指示灯均设置为熄灭。

当低压侧A、B、C三相为相同电流负荷工况时，N线零序电流设置为0，否则需设置虚负荷功率源对低压侧进行N相零序电流产生，同时零序电流电流方向需与A、B、C三相电流值大小进行计算后，设置电流与电压工角的方式进行设置。

进行温度控制器功能模拟操作时，ARM单片机通过控制DA转换接口组件进行输出电压及电流值设置，模拟温度控制温度变化时候，热电阻输出信号，通过温度表进行显示，当模拟温度值高过设定的阈值后，通过控制节点继电器的切投，模拟温度控制器告警及跳闸信号输出。

进行气体继电器功能模拟操作时，ARM单片机通过控制节点继电器的切投，进行气体继电器告警及跳闸信号输出。

一次侧单匝多点搭铁故障过程模拟：在变压器模拟系统软件中对指定相位线圈绕组指定节点进行两点接地故障设定模拟操作，变压器仿真模拟系统高压侧工况保持，将低压侧虚负荷功率源的对应相位的输出电压升高，ARM单片机控制DA转换接口组件模拟温度传感器温度急高，当模拟温度达到告警阈值时，ARM单片机控制节点继电器组模拟温度控制器告警信号输出，当模拟温度达到跳闸阈值时，ARM单片机控制节点继电器模拟气体继电器跳闸信号输出；学员在10K油浸式配电变压器接线塔上进行故障分析机线圈绕组组间阻抗时，一个两相间阻抗小于其他两个相间阻抗，对地阻抗某一相对地阻抗小于其他两相对地阻抗。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种10Kv配电变压器仿真模拟系统，包括配电变压器、变压器模拟系统和变压器模拟系统软件，其特征是：所述变压器模拟系统通过导线分别与配电变压器一次侧及二次侧进行连接，所述变压器模拟系统软件运行于上位机电脑上，且上位机电脑通过以太网与变压器模拟系统进行连接，所述变压器模拟系统包括：

由变压器高压侧模拟单元、变压器低压模拟单元和模拟变压器组成的变压器仿真单元；

由温度控制接线模拟端子、温度控制器和温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯构成的温度计控制保护单元；

由气体继电器节点模拟端子、气体继电器和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯构成的气体继电器保护单元；

对模拟的负荷状态进行显示的负荷状态指示单元；

进行系统控制的主控单元；

所述变压器高压侧模拟单元和变压器低压模拟单元均由虚负荷功率源单元、电压表和电流表构成；

所述模拟变压器由至少两个电阻及电线进行串联组成的一次侧绕组和二次侧绕组，所述电阻通过绕组继电器接入一次侧绕组和二次侧绕组中，所述一次侧绕组为三角形或星形接法，所述二次侧绕组为Y型接法；

所述虚负荷功率源单元、温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子和绕组继电器均与主控单元连接。

2.根据权利要求1所述的10Kv配电变压器仿真模拟系统，其特征是：所述变压器模拟系统与配电变压器一次侧及二次侧的连接处均设置有开关，所述开关与一次侧绕组和二次侧绕组通过塔式接线柱和导线进行连接，且二次侧绕组中心点引出与配电变压器的中心点连接，并同步进行接地。

3.根据权利要求2所述的10Kv配电变压器仿真模拟系统，其特征是：所述开关为节点控制继电器组，且节点控制继电器组上设置有闭合检测装置，并均与主控单元连接，所述主控单元通过RS232接口与虚负荷功率源单元连接，且所述主控单元上设置有以太网接口和温度控制接线模拟端子、气体继电器节点模拟端子。

4.根据权利要求1所述的10Kv配电变压器仿真模拟系统，其特征是：所述虚负荷功率源模拟电变压器一次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用三个电流表和一个电压表进行显示，所述虚负荷功率源模拟电变压器二次侧的电压和电流通过RS232接口输送到主控单元，并用四个电流表和三个电压表进行显示。

5.根据权利要求1所述的10Kv配电变压器仿真模拟系统，其特征是：所述配电变压器为10KV油浸式变压器，所述主控制单元为ARM单片机，所述温度控制器和气体继电器为配电变压器上的温度控制器和气体继电器，所述温度显示屏及告警、跳闸信号状态指示灯和气体继电器告警、跳闸信号状态指示灯与上位机电脑连接。