CN106297510A - 基于36v电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿真教学设备领域，涉及一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置。包括装置本体以及可拆卸设置在装置本体内的二次回路实验机构，装置本体内设置有与二次回路实验机构电性连接的插口，装置本体与36V电压电源连接，二次回路实验机构包括可分开独立实验的继电保护实验模块、断路器控制实验模块以及事故信号实验模块。本发明通过提供一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，利用合理设计电路及装置结构，将电力系统继电保护实验和发电厂及变电站二次回路实验进行了有效地融合，同时，整个装置采用模块化设计，使每个实验模块可单独完成相关实验以外，各实验模块联合起来还可完成继电保护和二次回路的综合合实验。

Description

基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置

技术领域

本发明属于仿真教学设备领域，尤其涉及一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置。

背景技术

目前，发电厂和变电站使用的电气设备分为一次设备和二次设备。其中，一次设备是指直接用于生产、输送、分配电能的电气设备。二次设备则是对一次设备进行监测、调节、控制和保护的电气设备。其中电力系统继电保护是二次回路中最为重要的组成部分，由于其内容的相对独立性及重要性，因此，在电力系统的教学工作中，通常将电力系统继电保护从二次回路中拿出来独立设课。

随着国家电网的大规模建设，电力系统的发展对“应用型”高级技术人才的需求也日益迫切。目前，电气类专业普遍开设《电力系统继电保护》和《发电厂及变电站二次回路》等涉及电力系统二次部分的课程。该教学体系的顺利开展需要有相应的实验教学环境与之相配套，以便为学生提供必要的动手操作机会。

随着我国高校各项建设工作的大力推进，各高校对继电保护及二次回路实验装置的需求越来越大。但高校的需求与该类实验设备的开发现状还存在较大脱节。目前国内二次回路实验装置存在的问题主要表现为:(1)二次回路实验内容未能很好的与继电保护相对独立，二者未能有效结合；(2)实验原理及过程过于简单，实验设备通用性差，所做实验数量有限，无法完成较复杂的二次回路实验。许多高校不具备良好的二次回路实验条件。(3)实验装置都是以整体设备的模式开发的，所有实验内容都放在一个实验操作屏或实验操作台上，由于实验操作屏台体积庞大，各项实验只能在实验室中进行，无法将实验设备带入课堂实现理论教学与实践教学实时结合。(4)实验装置基本上都是基于380/220V强电的，由于实验室使用频繁，人员集中且流动性大，情况复杂，实验室存在触电隐患。这一系列原因的存在，影响了学生学习继电保护和二次回路相关课程的效率和积极性。因此有必要根据实际教学需求和课程设置，开发符合专业特点的实验设备。

发明内容

本发明针对上述的传统的二次回路实验装置所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、成本低廉且能够准确展示实验效果、安全可靠的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，包括装置本体以及可拆卸设置在装置本体内的二次回路实验机构，所述装置本体内设置有与二次回路实验机构电性连接的插口，所述装置本体与36V电压电源连接，所述二次回路实验机构包括可分开独立实验的继电保护实验模块、断路器控制实验模块以及事故信号实验模块。

作为优选，所述继电保护实验模块包括电流超过整定值由中间继电器KM2、电流继电器KA1-KA3以及电阻R1组成的电流I段回路以及电流低于整定值由中间继电器KM2、电流继电器KA1-KA3以及电阻R1-R2组成的电流II段回路，所述电流I段回路以及电流II段回路均连接有相应的指示灯。

作为优选，所述断路器控制实验模块包括由控制开关不同闸位、触点与时间继电器KT4、中间继电器KC2、时间继电器KT3、中间继电器KCT和信号灯GN之间以及与时间继电器KT3、中间继电器KC1、时间继电器KT4、中间继电器KCC以及信号灯RN组成的回路，所述时间继电器KT3、KT4均为包括一对延时常开触点和一对瞬时常闭触点的时间继电器。

作为优选，所述控制开关为LW2-Z型控制开关。

作为优选，所述事故信号实验模块包括由控制开关不同闸位、触点与冲击继电器K、中间继电器KC3和开关SB4之间以及与冲击继电器K、时间继电器KT5、中间继电器KC3和SB4之间形成用于触发和停止HAU音响信号报警的回路，所述控制开关为LW2-Z型控制开关，所述冲击继电器为ZC-23型冲击继电器。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明通过提供一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，利用合理设计电路及装置结构，将电力系统继电保护实验和发电厂及变电站二次回路实验进行了有效地融合，同时，整个装置采用模块化设计，使每个实验模块可单独完成相关实验以外，各实验模块联合起来还可完成继电保护和二次回路的综合实验，本发明结构简单、设计巧妙，采用36V电源作为实验电源，有效的解决了传统实验装备的不足。

2、本发明所提供的装置采用抽屉式便携结构，每个实验模块所用的元器件放置在同一抽屉结构上，抽屉结构便于携带，使实验设备能轻松走进课堂。增强了理论教学的直观性，便于学生更好的理解书本知识。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1所提供的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置的结构示意图；

图2为实施例1提供的继电保护实验模块的线路图；

图3为实施例1提供的断路器控制实验模块的线路图；

图4为实施例1提供的事故信号实验模块的线路图；

以上各图中，1、装置本体；2、继电保护实验模块；3、断路器控制实验模块；4、事故信号实验模块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，如图1所示，本实施例提供一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，包括装置本体1以及可拆卸设置在装置本体内的二次回路实验机构，在本实施例中，装置本体1为柜体，在装置本体1上设置有孔洞(图中未显示)，用于盛放二次回路实验机构，在本实施例中，二次回路实验机构包括可分开独立实验的继电保护实验模块2、断路器控制实验模块3以及事故信号实验模块4，在本实施例中，所表述的可分开独立实验是指三个实验模块可以进行单独的实验，也可以组合起来进行综合的实验，具体的说，每个实验模块均设置在一个抽屉内，在抽屉的外表面设置有各种用于观察和显示各种实验结果和信息的仪表和指示灯，当需要单独使用的时候，可以将每个实验模块单独的抽拉出来，进行单独的实验，比如，需要去教室进行实验的时候，可以将实验模块抽拉出来，带去教室进行实验即可，当需要进行综合实验时，将各个实验模块插在装置本体上即可，在本实施例中，各个实验模块与装置本体之间以及各个实验模块之间均通过航空插口实现电性连接。在本实施例中，装置本体1与36V电压电源连接，考虑到传统的实验电路在连接36V电源可能存在的问题，在本实施例中，还专门针对36V电源设计了相关的电路，以形成继电保护实验模块、断路器控制实验模块以及事故信号实验模块。

具体说，如图2所示，图2为所设计的继电保护实验模块电路图。其中，KA1、KA2、KA3分别为电流I段、电流II段、电流III段的电流继电器，其中KA1的整定值大于KA2，KA2的整定值大于KA3；SB1和SB2为自锁式按钮，KM1、KM2为中间继电器，KT1、KT2为时间继电器，整定时设置KT2延时长于KT1；HL1、HL2、HL3分别是用来表示电流I段回路、电流II段、电流III段动作的信号灯；KM1、KM2为中间继电器；R1、R2、R3为电阻；1#电源为36V直流电源。(KA1的整定值设为2.2A，KA2的整定值设为1.5A，KA3的整定值设为1A；R1的阻值为12Ω、功率≥200W，R2的阻值为8Ω、功率≥50W，R3的阻值为30Ω、功率≥50W。)

具体工作时，继电保护实验模块电路中电源端为36V交流电源，负载端为R1、R2、R3电阻，当实验模拟电流过载时，即SB1闭合，KM2、KA1、KA2、KA3、R1构成电流I段回路，由于电流超过KA1的整定值2.2A，故电流I段故障指示灯HL1亮，从而起到电流保护警示作用。同理，当模拟电流II段、电流III段故障电流过载保护，SB2闭合，KM2、KA1、KA2、KA3、R1、R2构成电流II段回路，由于KT1和KT2有延时作用，故可实现HL2、HL3分别亮，从而模拟表示I、II、III段电流保护过程。

更为具体的说，当SB1和SB2未被按下时，所有电阻串入回路，电流较小，电流继电器不启动，当按下SB1或SB2时电阻被切除，电流增大，电流继电器启动。

按下SB1；电阻R2、R3被切除电流增大，电流继电器KA1、KA2、KA3常开触点闭合，分别使得KM1、KT1、KT2线圈得电。因KT1、KT2有延时，所以HL1灯亮，即形成了电流I段回路，表示电流I段动作，同时KM2得电，其常闭触点断开，切断交流回路，模拟断路器跳闸。

当电流保护I段的KA1因故障而无法动作时，KA2经KT1延时后动作，点亮HL2，表示II段动作，同时使KM2得电断开电路，模拟断路器跳闸。

当按下SB2，电阻R3被切除，电流也增大，但达不到KA1的启动电流，KA2和KA3启动，使得KT1和KT2线圈得电，因KT1的延时少于KT2，因此KT1触点线闭合，点亮HL2，即形成了电流II段回路，表示II段动作，同时使KM2得电，常闭触点断开电路，模拟断路器跳闸。

当电流保护II段因故障无法动作时，KA3经KT2延时后动作点亮HL3，表示III段后备保护动作，同时使KM2得电断开电路，模拟断路器跳闸。由此，继电保护实验模块可独立完成继电保护实验。

如图3所示，图3为断路器控制实验模块的电路图，在图中SA为LW2-Z型控制开关，PC、C、CD、PT、T、TD分别表示控制开关SA的预备合闸位、合闸位、合闸后位、预备跳闸位、跳闸位、跳闸后位，5-8、6-7、11-10、9-10、14-15、16-13为SA的触点，虚线下方的黑点，表示SA手柄在相应位置时，此处的触点处于闭合状态；KT3、KT4为由一对延时常开触点和一对瞬时常闭触点的时间继电器；KC1、KC2、KCC、KCT为中间继电器；RD为红色信号灯；GN为绿色信号灯；2#电源为36V直流电源；M100+为36V闪光电源，由闪光继电器实现。

工作时，当SA旋转至(T)合闸位时，首先SA的6-7触点与KT4构成回路，进而使KT4、KC2、KT3构成回路，从而再与KC2、KCT构成回路，最终使SA的11-10触点与KCT、GN构成回路。当SA旋转至(C)合闸位时，首先SA的5-8触点与KT3构成回路，进而使KT3、KC1、KT4构成回路，从而再与KC1、KCC构成回路，最终使SA 16-13触点与KCC、RN构成回路。

更为具体的说，手动跳闸：将SA旋转至(T)合闸位，6-7触点对闭合，KT4得电，触点经延时闭合，KC2得电，触点闭合，一对触点自保持，另一对触点使得KCT得电，KCT得电后触点闭合，此时若SA手柄已自动复归至“跳闸后位(11-10闭合)”，则GN发平光，模拟断路器手动跳闸。手动合闸：将SA旋转至(C)合闸位，5-8触点对闭合，KT3得电，触点经延时闭合，KC1得电，触点闭合，一对触点自保持，另一对触点使得KCC得电，KCC得电后触点闭合，此时若SA手柄已至“合闸后位”(16-13闭合)，则RD发平光，模拟断路器手动合闸。由此，断路器控制实验模块可独立完成断路器控制实验。

图4为事故信号实验模块，在图中标注为K的虚线框部分为ZC-23型冲击继电器，KCT为图2中的中间继电器KCT的常开触点；SA与图2中的SA为同一SA，也可以单独设置，在本实施例中，为了解决成本，使用同一SA。此处用的是其1-3，19-17触点对；R4为电阻；SB3、SB4为自复归式按钮；KC3为中间继电器；KT5为时间继电器；HAU为蜂鸣器；3#电源为36V直流电源。

具体工作时，当SB3时闭合，8-16端子间的线圈与SB3构成回路，通过线圈电压放大，此时，U相当于是脉冲变流器，SB3按下时，U的一次侧产生一个从无到有的电流，从而在U的二次侧感应出一个尖峰脉冲电流，此脉冲电流使KRD动作，使得KRD与V2构成回路，从而1-9端子间KRD、2-10端子间KC、KC3、SB4构成回路，既而6-14端子间KC与HAU构成回路，触发HAU音响信号报警。同理，当5-13端子间的触点闭合，与KT5构成回路，从而KT5与KC3构成回路，既而使得1-9端子间KRD、2-10端子间KC、KC3、SB4回路中KC3断开，使得停止HAU音响信号报警。

更为具体的说，图中的SB3用来模拟故障发生。当将SB3按下时，模拟故障发生，ZC-23型冲击继电器的8-16端子间的线圈得电，从而启动KRD，使KC启动。KC启动后6-14，5-13触点间的KC触点闭合。6-14触点闭合后，HAU得电发出音响信号报警，提示故障发生；5-13触点闭合后KT5得电，KT5触点延时闭合使KC3得电。KC3的常闭触点断开，使得ZC-23型冲击继电器KC失电，蜂鸣器失电音响信号停止。由此模拟了音响信号的启动和自动复归。音响信号响起后，在KT5延时未达到前若手动按下SB4，可模拟音响信号的手动复归。(其中电阻R4的阻值为30Ω、功率≥50W。)由此，事故信号实验模块可独立完成事故信号实验。

当需要进行综合实验时，在三个实验模块中，相互关联的元件包括KM2、KCT、SA等。其中，图2中KM2的一对常开触点接在图3中；图3中SA的一部分触点接在图4中；图3中KCT的一对常开触点接在图4中。通过这些相互关联的元件，使得三个实验模块除了能独立完成各自的实验外还可组合起来完成综合实验。

三个模块组合后的综合实验过程为：当图3中的SA转至“合闸位置”时，KCC得电触点闭合，且RD发平光。当SA复归至“合闸后位置”时，图3中SA的9-10、16-13触点对以及图4中SA的1-3，19-17触点对均处在闭合位置。此时，若在图2中，通过SB1或SB2设置故障，图2中的KM2得电演示保护动作，同时图3中KM2常开触点闭合，KT4得电，最终使KCT得电，KCT触点闭合，绿色信号灯发闪光，模拟断路器自动跳闸。除此之外，在图4中，由于SA的1-3，19-17触点对已处在闭合位置，同时因为图3中的KCT已得电，使得图4中KCT的常开触点闭合。图4中的ZC-23型冲击继电器的8-16端子间的线圈得电，从而启动KRD，使KC启动。KC启动后6-14，5-13触点间的KC触点闭合。6-14触点闭合后，HAU得电发出警报，5-13触点闭合后KT5得电，KT5触点延时闭合KC3得电。KC3的常闭触点断开，使得ZC-23型冲击继电器KC失电，报警信号停止。由此实现了音响信号的启动和自动复归。报警信号响起后，在KT5延时未达到前若手动按下SB4，可实现报警信号的手动复归。由此实现了实验模块联合后的综合实验。

在整个实验中，为了方便的单独实验和综合进行实验，在本实施例中，采用航空插座的方式进行连接，具体的说，整个仿真装置中有4个连接插座(航空插座)。假设分别表示为LJ1、LJ2、LJ3以及LJ4。其中图2中KM2的一对常开触点连接在第1个连接插座LJ1上，LJ1通过一条连接线连接在图3中的第2个连接插座LJ2上，第2个连接插座LJ2并联在图3中控制开关SA的6-7触点对的两侧，图3中控制开关SA的1-3、17-19触点与中间继电器KCT的另一对常开触点串联后与第3个连接插座LJ3连接，LJ3通过连接线连接在图4中的第4个连接插座LJ4上，第4个连接插座LJ4并联在图4中按钮SB3的两端。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，其特征在于，包括装置本体以及可拆卸设置在装置本体内的二次回路实验机构，所述装置本体内设置有与二次回路实验机构电性连接的插口，所述装置本体与36V电压电源连接，所述二次回路实验机构包括可分开独立实验的继电保护实验模块、断路器控制实验模块以及事故信号实验模块。

2.根据权利要求1所述的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，其特征在于，所述继电保护实验模块包括电流超过整定值由中间继电器KM2、电流继电器KA1-KA3以及电阻R1组成的电流I段回路以及电流低于整定值由中间继电器KM2、电流继电器KA1-KA3以及电阻R1-R2组成的电流II段回路，所述电流I段回路以及电流II段回路均连接有相应的指示灯。

3.根据权利要求1所述的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，其特征在于，所述断路器控制实验模块包括由控制开关不同闸位、触点与时间继电器KT4、中间继电器KC2、时间继电器KT3、中间继电器KCT和信号灯GN之间以及与时间继电器KT3、中间继电器KC1、时间继电器KT4、中间继电器KCC以及信号灯RN组成的回路，所述时间继电器KT3、KT4均为包括一对延时常开触点和一对瞬时常闭触点的时间继电器。

4.根据权利要求3所述的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，其特征在于，所述控制开关为LW2-Z型控制开关。

5.根据权利要求1所述的基于36V电压的继电保护与二次回路便携式仿真装置，其特征在于，所述事故信号实验模块包括由控制开关不同闸位、触点与冲击继电器K、中间继电器KC3和开关SB4之间以及与冲击继电器K、时间继电器KT5、中间继电器KC3和SB4之间形成用于触发和停止HAU音响信号报警的回路，所述控制开关为LW2-Z型控制开关，所述冲击继电器为ZC-23型冲击继电器。