CN108831234A - 互感器电气试验仿真教具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种互感器电气试验仿真教具,由教师机、仿真试验仪器、仿真试品、成套系统软件、无线局域网和其它辅助设备构成；其特征在于：所述教师机能够监控仿真试验仪器和仿真试品，教师通过教师机设置被试设备的参数，模拟被试设备的正常状态和故障状态等各种工作状态，数据库内预存有正常和多种故障类型状态的多组典型数据，教师可根据需要增加自定义试验结果数据以及定义测试过程中数据变化并保存，学员通过分析判断测试结果推测出设备状态及故障原因。其是基于仿真互感器、仿真试验仪器和教师机的交互系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种互感器电气试验仿真教具，属于高压电气试验教学培训领域，利用该装置能实现对检修人员、试验人员、运行维护人员以及营销人员的电气试验操作技能培训学习。
技术背景
对互感器设备按规定开展“预防性试验”，和对新安装或大修后的互感器设备进行的“验收试验”，都是必不可少而且十分重要的。电气试验作业人员的技能水平，直接决定着电气试验结果的可靠性，因此，通过对相应人员进行电气试验专业的技术技能培训，提高其工作效率和业务能力，使试验结果和分析更加准确有效，意义重大。
电气设备的试验可分为绝缘试验和特性试验两大类。试验过程中，由于人员操作不当，都有可能导致试验仪器或被试设备的损坏，同时由于试验多为高压试验，存在人身触电的危险。在电气试验实训中，由于学员技能水平原因，以上情况出现的几率会大大增加，直接使用真实设备进行实训，势必大大增加安全隐患。
目前，国内开展的电气试验技能培训，在实训中，多为使用真实设备带电作业，存在实训的局限性。相比较，电气试验仿真设备的发展和使用要滞后的多。
发明内容
针对上述先有技术中的不足，本发明提供一种互感器电气试验仿真培训教具，该发明是基于仿真互感器、仿真试验仪器和教师机的交互系统。
本发明所采取的技术方案是：互感器电气试验仿真教具,由教师机、仿真试验仪器、仿真试品、成套系统软件、无线局域网和其它辅助设备构成；其特征在于：所述教师机能够监控仿真试验仪器和仿真试品，教师通过教师机设置被试设备的参数，模拟被试设备的正常状态和故障状态及其它各种工作状态，数据库内预存有正常和多种故障类型状态的多组典型数据，教师可根据需要增加自定义试验结果数据以及定义测试过程中数据变化并保存，学员通过分析判断测试结果推测出设备状态及故障原因；
所述的仿真试验仪器包含仿真绝缘电阻测试仪、仿真直流电阻测试仪、仿真变频串联谐振交流耐压装置、仿真互感器特性综合测试仪和仿真介质损耗测试仪，所有仿真试验仪器均为工控机，内置的仿真试验软件是成套系统软件的子系统，可与成套系统软件通过无线信号连接，仿真试验仪器外观、操作界面和操作流程与真实试验仪器相同，真实还原实际设备；
所述仿真试验仪器可以向教师机发送自身的工作数据，一是向教师机发送试验仪器信息，用于在教师机上显示仿真试验仪器的操作界面，使教师可以实时查看学员的试验进度和参数设置；二是向教师机发送接线信息，用于在教师机上以接线图的方式显示试验接线情况，使教师能够实时掌握学员的接线是否正确，同时仿真试验仪器自身可以判断试验接线是否正确，当接线不正确时，试验无法继续进行，并在仿真试验仪器操作界面上提示接线错误；仿真试验仪器可以接收教师机发送的试验数据，在试验结束后按真实试验仪器的方式显示在操作界面上，可以模拟试品的各类故障，用于学员的分析判断练习，当教师机不发送试验数据时，仿真试验仪器调用自带实验数据库内的数据；
所述的仿真试品包含仿真正立式电流互感器、仿真倒立式电流互感器、仿真电容式电压互感器，所有设备均采用与真实设备相同的外观，并提供测量输出端子；仿真试品内置模块，可以实现与仿真试验仪器共同完成模拟高压电气试验全过程，并通过无线网络与教师机实现通信；
所述成套系统软件包含主系统和子系统，主系统安装在教师机上，负责总控，实现教师机功能，完成数据接收和传输；子系统安装在个仿真试验仪器上，通过与主系统的连接，实现仿真电气试验功能；
所述无线局域网主是由试验仪器、被试设备和教师机组成的无线通讯系统，在高压电气试验实训大厅内配置了多个无线路由器，组建局域网，为教师机、仿真仪器和仿真试品安装无线信号接收装置，将它们纳入局域网内实现互联；
所述的辅助设备包含声光模拟装置、无线信号收发装置，声光模拟装置用来模拟交流耐压等高压试验进行过程中伴有的声音、光照现象；无线信号收发装置用于和教师机通信。
所述仿真绝缘电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实绝缘电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电压和试验时间等试验参数，能够实现测量仿真试品的绝缘电阻、吸收比和极化指数，并提供试验数据。
所述仿真直流电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实直流电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电流在内的试验参数，能够实现测量仿真试品的直流电阻，并提供试验数据。
所述仿真变频串联谐振交流耐压装置包含仿真变频控制器、仿真励磁变压器、仿真高压电抗器、仿真高压分压器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，仿真变频控制器可以模拟真实变频控制器的全部功能，可以在操作界面设置试验电压等参数，实现对仿真试品的耐压试验，并提供试验数据，仿真励磁变压器、仿真高压电抗器和仿真高压分压器与真实设备具有相同外观，内置芯片，实现仿真功能。
所述仿真互感器特性综合测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置试验参数，能够实现对仿真试品进行伏安特性试验、极性试验和变比试验，并提供试验数据。
所述仿真介质损耗测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，包括正接线、反接线在内的仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置内高压、外高压、内标准、外标准、正接法、反接发等试验参数，能够实现测量仿真试品的介质损耗，并提供试验数据。
所述的仿真试品包含仿真正立式电流互感器、仿真倒立式电流互感器、仿真电容式电压互感器，所有设备均采用与真实设备相同的外观，并提供测量输出端子。仿真试品内置模块，可以实现与仿真试验仪器共同完成模拟高压电气试验全过程，并通过无线网络与教师机实现通信。
所述的仿真被试设备与仿真试验仪器输入输出均采用直流12V电压，且不存在感应电、剩余电荷伤人等安全隐患，即使接线错误，也不会造成人身伤害或设备损坏。
所述成套系统软件包含主系统和子系统，主系统安装在教师机上，负责总控，实现教师机功能，完成数据接收和传输。子系统安装在个仿真试验仪器上，通过与主系统的连接，实现仿真电气试验功能。
所述的辅助设备包含声光模拟装置、无线信号收发装置，声光模拟装置用来模拟交流耐压等高压试验进行过程中伴有的声音、光照现象；无线信号收发装置用于和教师机通信。
所述无线局域网主是由试验仪器、被试设备和教师机组成的无线通讯系统，在高压电气试验实训大厅内配置了多个无线路由器，组建局域网，为教师机、仿真仪器和仿真试品安装无线信号接收装置，将它们纳入局域网内实现互联。
本发明的积极效果是能够完成电流互感器的绝缘电阻和直流电阻的测量，电流互感器的交流耐压试验、测量电流互感器的励磁特性曲线、检查电流比、测量介质损耗角，还有电容式电压互感器的极间、二次绕组间绝缘电阻和主电容及分压电容介损及电容量等电气试验。
附图说明
图1是互感器电气试验仿真教具系统图。
图2是互感器电气试验仿真教具结构图。
图3是仿真正立式电流互感器。
图4是仿真倒立式电流互感器。
图5是仿真电容式电压互感器结构示意图。
图6是仿真电容式电压互感器电气原理图。
图7是仿真绝缘电阻测试仪。
图8是仿真直流电阻测试仪。
图9是仿真变频串联谐振交流耐压装置（正面）。
图10是仿真变频串联谐振交流耐压装置（反面）。
图11是仿真互感器特性综合测试仪。
图12是仿真介质损耗测试仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：互感器电气试验仿真教具,由教师机、仿真试验仪器、仿真试品、成套系统软件、无线局域网和其它辅助设备构成；其特征在于：所述教师机能够监控仿真试验仪器和仿真试品，教师通过教师机设置被试设备的参数，模拟被试设备的正常状态和故障状态等各种工作状态，数据库内预存有正常和多种故障类型状态的多组典型数据，教师可根据需要增加自定义试验结果数据以及定义测试过程中数据变化并保存，学员通过分析判断测试结果推测出设备状态及故障原因。
所述的仿真试验仪器包含仿真绝缘电阻测试仪、仿真直流电阻测试仪、仿真变频串联谐振交流耐压装置、仿真互感器特性综合测试仪和仿真介质损耗测试仪，所有仿真试验仪器均为工控机，内置的仿真试验软件是成套系统软件的子系统，可与成套系统软件通过无线信号连接，仿真试验仪器外观、操作界面和操作流程与真实试验仪器相同，真实还原实际设备。
所述仿真试验仪器可以向教师机发送自身的工作数据，一是向教师机发送试验仪器信息，用于在教师机上显示仿真试验仪器的操作界面，使教师可以实时查看学员的试验进度和参数设置；二是向教师机发送接线信息，用于在教师机上以接线图的方式显示试验接线情况，使教师能够实时掌握学员的接线是否正确，同时仿真试验仪器自身可以判断试验接线是否正确，当接线不正确时，试验无法继续进行，并在仿真试验仪器操作界面上提示接线错误。仿真试仿真试验仪器可以接收教师机发送的试验数据，在试验结束后按真实试验仪器的方式显示在操作界面上，可以模拟试品的各类故障，用于学员的分析判断练习，当教师机不发送试验数据时，仿真试验仪器调用自带实验数据库内的数据。
所述仿真绝缘电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实绝缘电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电压和试验时间等试验参数，能够实现测量仿真试品的绝缘电阻、吸收比和极化指数，并提供试验数据。
所述仿真直流电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实直流电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电流在内的试验参数，能够实现测量仿真试品的直流电阻，并提供试验数据。
所述仿真变频串联谐振交流耐压装置包含仿真变频控制器、仿真励磁变压器、仿真高压电抗器、仿真高压分压器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，仿真变频控制器可以模拟真实变频控制器的全部功能，可以在操作界面设置试验电压等参数，实现对仿真试品的耐压试验，并提供试验数据，仿真励磁变压器、仿真高压电抗器和仿真高压分压器与真实设备具有相同外观，内置芯片，实现仿真功能。
所述仿真互感器特性综合测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置试验参数，能够实现对仿真试品进行伏安特性试验、极性试验和变比试验，并提供试验数据。
所述仿真介质损耗测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，包括正接线、反接线在内的仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置内高压、外高压、内标准、外标准、正接法、反接发等试验参数，能够实现测量仿真试品的介质损耗，并提供试验数据。
所述的仿真试品包含仿真正立式电流互感器、仿真倒立式电流互感器、仿真电容式电压互感器，所有设备均采用与真实设备相同的外观，并提供测量输出端子。仿真试品内置模块，可以实现与仿真试验仪器共同完成模拟高压电气试验全过程，并通过无线网络与教师机实现通信。
所述的仿真被试设备与仿真试验仪器输入输出均采用直流12V电压，且不存在感应电、剩余电荷伤人等安全隐患，即使接线错误，也不会造成人身伤害或设备损坏。
所述成套系统软件包含主系统和子系统，主系统安装在教师机上，负责总控，实现教师机功能，完成数据接收和传输。子系统安装在个仿真试验仪器上，通过与主系统的连接，实现仿真电气试验功能。
所述的辅助设备包含声光模拟装置、无线信号收发装置，声光模拟装置用来模拟交流耐压等高压试验进行过程中伴有的声音、光照现象；无线信号收发装置用于和教师机通信。
所述无线局域网主是由试验仪器、被试设备和教师机组成的无线通讯系统，在高压电气试验实训大厅内配置了多个无线路由器，组建局域网，为教师机、仿真仪器和仿真试品安装无线信号接收装置，将它们纳入局域网内实现互联。
如图1所示，该系统由1套教师机、5种仿真试验仪器、3种仿真试品、成套系统软件、局域网络以及其它辅助设备构成，所有仿真试验仪器的外观、接线、操作面板、显示界面等均与真实仪器相同；仿真被试设备外观、接线端及标识也与真实电网设备相同。教师机的主要功能包括：（1）发送试验数据结果（2）添加自定义试验数据及设置显示过程规律的相关参数。（3）监视下位机与被试品之间的连线状态并能实时显示。（4）监视下位机的显示界面及操作状态（5）可兼做IT教学主机。仿真试验仪器通过无线信号与教学平台实现实时连接，教师可通过教师机，实时监控仿真试验仪器的使用情况，甚至在有需要的情况下直接控制仿真试验仪器的操作。试验数据可由教师从教师机的数据库中手动选择设置，该数据库收集的数据来自实际测量结果以及由多方面的测量结果归纳整理出来的经验数据，也包括被试设备故障状态的试验数据，使仿真试验仪器的显示内容更具有权威性和指导意义。
如图2所示，仿真试验仪器包含仿真绝缘电阻测试仪、仿真直流电阻测试仪、仿真变频串联谐振交流耐压装置、仿真互感器特性综合测试仪和仿真介质损耗测试仪，成套系统软件的主系统安装于教师机中，子系统安装于仿真试验仪器和仿真试品中，通过成套系统软件，教师机可以监控仿真试验仪器和仿真试品，仿真试验仪器可以用模拟的方式对仿真试品进行试验，各系统之间的通讯采用无线局域网的形式，形成一个整体的局域网络，实现平台与仪器之间实时通讯。具有自动接线状态检测功能。学员在试验接线过程中，指导平台显示界面上实时显示当前仿真试验仪器与被试设备的接线状态。各仿真试验仪器的显示界面可实时反馈至教师机，教师可实时监控学员操作情况。试验数据库内预存多组正常数据及典型故障数据，教师可任意选择向学员发送某一组数据，这样，同一台试品可定义为不同状态（正常或故障状态，同时可定义不同的故障类型数据），教师可要求学员根据测出的结果做出分析并判断试品状态。全套系统配有辅助设备实现声音、光照现象和无线通讯等功能。
如图3所示，为仿真正立式电流互感器，有膨胀器、储油柜、油位观察窗、一次接线端子、瓷套、油箱、二次接线盒、放油阀、接地端子等部件，具有与真实设备完全相同的外观。同时，仿真正立式电流互感器安装有声光模拟装置和无线信号收发装置，能够完成耐压试验时的声光模拟和与教师机、仿真试验仪器的数据传输和接收，仿真正立式电流互感器内部安装功能模块，功能模块中安装有成套系统软件的子系统，配合信号收发装置，实现仿真试品模拟真实试品的功能。
如图4所示，为仿真倒立式电流互感器，有膨胀器、油位观察窗、一次接线端子、邮箱、处理器、腔体、瓷套、取油阀、底座等部件，具有与真实设备完全相同的外观。同时，仿真倒立式电流互感器安装有声光模拟装置和无线信号收发装置，能够完成耐压试验时的声光模拟和与教师机、仿真试验仪器的数据传输和接收，仿真倒立式电流互感器内部安装功能模块，功能模块中安装有成套系统软件的子系统，配合信号收发装置，实现仿真试品模拟真实试品的功能。
如图5、6所示，为仿真电容式电压互感器，有一次接线端子、电容分压器套管、吊钩、二次接线盒、接地螺栓、充气阀、无线接收装置等部件，具有与真实设备完全相同的外观。同时，仿真电容式电压互感器安装有声光模拟装置和无线信号收发装置，能够完成耐压试验时的声光模拟和与教师机、仿真试验仪器的数据传输和接收，仿真电容式电压互感器内部安装功能模块，功能模块中安装有成套系统软件的子系统，配合信号收发装置，实现仿真试品模拟真实试品的功能。
如图7-12所示，分别为仿真绝缘电阻测试仪、仿真直流电阻测试仪、仿真变频串联谐振交流耐压装置（正面）、仿真变频串联谐振交流耐压装置（反面）、仿真互感器特性综合测试仪、仿真介质损耗测试仪的操作面板，仿真试验仪器的具有与真实试验仪器完全一致的操作面板，接线端子、按钮、显示屏、开关等部件与真实设备一致，使用仿真试验仪器时的操作界面、操作流程等于真实仪器一致，真实地再现了高压试验的过程与结果，从而使操作者在教室中就能熟悉和了解试验过程与仪器的使用。
需要对正立式电流互感器进行试验时，学员根据试验内容选择合适试验仪器。首先查看仪器外壳上的温湿度计，检查是否符合试验条件；如符合，通知培训教师设置需测量的参数和故障类型，学员利用仪器上的水平仪和红外测距装置确定仪器摆放在安全距离外的平整地面上。将仪器外壳有效接地后，参照试验方案进行接线。要求学员根据仪器提示错误接线类型和故障严重程度及时调整接线，最终顺利完成试验内容。进行试验时，教师通过教师平台时刻观察所有学员的接线情况，并对考核内容进行评价。
Claims (6)
1.互感器电气试验仿真教具,由教师机、仿真试验仪器、仿真试品、成套系统软件、无线局域网和其它辅助设备构成；其特征在于：所述教师机能够监控仿真试验仪器和仿真试品，教师通过教师机设置被试设备的参数，模拟被试设备的正常状态和故障状态及其它各种工作状态，数据库内预存有正常和多种故障类型状态的多组典型数据，教师可根据需要增加自定义试验结果数据以及定义测试过程中数据变化并保存，学员通过分析判断测试结果推测出设备状态及故障原因；
所述的仿真试验仪器包含仿真绝缘电阻测试仪、仿真直流电阻测试仪、仿真变频串联谐振交流耐压装置、仿真互感器特性综合测试仪和仿真介质损耗测试仪，所有仿真试验仪器均为工控机，内置的仿真试验软件是成套系统软件的子系统，可与成套系统软件通过无线信号连接，仿真试验仪器外观、操作界面和操作流程与真实试验仪器相同，真实还原实际设备；
所述仿真试验仪器可以向教师机发送自身的工作数据，一是向教师机发送试验仪器信息，用于在教师机上显示仿真试验仪器的操作界面，使教师可以实时查看学员的试验进度和参数设置；二是向教师机发送接线信息，用于在教师机上以接线图的方式显示试验接线情况，使教师能够实时掌握学员的接线是否正确，同时仿真试验仪器自身可以判断试验接线是否正确，当接线不正确时，试验无法继续进行，并在仿真试验仪器操作界面上提示接线错误；仿真试验仪器可以接收教师机发送的试验数据，在试验结束后按真实试验仪器的方式显示在操作界面上，可以模拟试品的各类故障，用于学员的分析判断练习，当教师机不发送试验数据时，仿真试验仪器调用自带实验数据库内的数据；
所述的仿真试品包含仿真正立式电流互感器、仿真倒立式电流互感器、仿真电容式电压互感器，所有设备均采用与真实设备相同的外观，并提供测量输出端子；仿真试品内置模块，可以实现与仿真试验仪器共同完成模拟高压电气试验全过程，并通过无线网络与教师机实现通信；
所述成套系统软件包含主系统和子系统，主系统安装在教师机上，负责总控，实现教师机功能，完成数据接收和传输；子系统安装在个仿真试验仪器上，通过与主系统的连接，实现仿真电气试验功能；
所述无线局域网主是由试验仪器、被试设备和教师机组成的无线通讯系统，在高压电气试验实训大厅内配置了多个无线路由器，组建局域网，为教师机、仿真仪器和仿真试品安装无线信号接收装置，将它们纳入局域网内实现互联；
所述的辅助设备包含声光模拟装置、无线信号收发装置，声光模拟装置用来模拟交流耐压等高压试验进行过程中伴有的声音、光照现象；无线信号收发装置用于和教师机通信。
2.根据权利要求1所述的互感器电气试验仿真教具，其特征在于所述的仿真绝缘电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实绝缘电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电压和试验时间等试验参数，能够实现测量仿真试品的绝缘电阻、吸收比和极化指数，并提供试验数据。
3.根据权利要求1所述的互感器电气试验仿真教具，其特征在于所述仿真直流电阻测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实直流电阻测试仪的全部功能，可以在操作界面设置包括试验电流在内的试验参数，能够实现测量仿真试品的直流电阻，并提供试验数据。
4.根据权利要求1所述的互感器电气试验仿真教具，其特征在于所述仿真变频串联谐振交流耐压装置包含仿真变频控制器、仿真励磁变压器、仿真高压电抗器、仿真高压分压器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，仿真变频控制器可以模拟真实变频控制器的全部功能，可以在操作界面设置试验电压等参数，实现对仿真试品的耐压试验，并提供试验数据，仿真励磁变压器、仿真高压电抗器和仿真高压分压器与真实设备具有相同外观，内置芯片，实现仿真功能。
5.根据权利要求1所述的互感器电气试验仿真教具，其特征在于所述仿真互感器特性综合测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置试验参数，能够实现对仿真试品进行伏安特性试验、极性试验和变比试验，并提供试验数据。
6.根据权利要求1所述的互感器电气试验仿真教具，其特征在于所述仿真介质损耗测试仪包含仿真试验仪器和所需试验接线，仿真试验接线与真实接线相同，包括正接线、反接线在内的仿真接线方式与真实接线方式相同，试验仪器可以模拟真实互感器特性综合测试仪的全部功能，可以在操作界面设置内高压、外高压、内标准、外标准、正接法、反接发等试验参数，能够实现测量仿真试品的介质损耗，并提供试验数据。
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