CN113223384A - 继电保护及二次回路仿真实训平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种继电保护及二次回路仿真实训平台，涉及输变电仿真技术领域，尤其是一种继电保护及二次回路仿真实训平台。该装置包括：自耦变压器、二次回路故障仿真电路以及继电保护装置；该平台包括二次回路故障仿真电路，用于教授学员组建二次回路，使得学员能够直观了解二次回路的构成；该二次回路故障仿真电路设有自耦变压器，用于调节二次回路的供电电压，模拟低电压故障，二次回路故障仿真电路还设有第一可调电阻，用于模拟产生过流故障；学员还可以通过调节二次回路故障仿真电路，使得继电保护装置产生分闸动作，使得学员直观学习到二次回路仿真电路以及继电保护的原理。

Description

继电保护及二次回路仿真实训平台

技术领域

本发明涉及输变电仿真技术领域，尤其是一种继电保护及二次回路仿真实训平台。

背景技术

目前，变电站仿真系统是提高运行值班人员的倒闸操作和事故处理能力的培训设备，但其中对变电站二次系统的实际构成及工作原理，尤其是保护装置及自动装置的原理却鲜有涉及。虽然传统继电保护仿真培训装置的种类很多，但均存在以下缺点：保护装置设计在同一个屏上，然后再通过导线外接模拟断路器、直流电源和后台监控机；10kV的线路保护屏与电容器保护屏分开设置，不但占用大量空间，同时使得现场设备摆放位置凌乱，导线布置复杂；此外，由于外接设备较重，培训人员在两个保护屏间来回搬运接线也多有不便。

而另一方面，现有继电保护装置一般为长期带电工作状态不便于日常操作，初入本行业的工作人员通常对其了解不深。

如何通过搭建继电保护及二次回路仿真实训平台，可以直观、直接了解操作继电保护装置，以达到丰富员工知识，提高员工继电保护方面故障处理能力的目的，是本领域技术人员急需解决的一道难题。

发明内容

本发明提供了一种继电保护及二次回路仿真实训平台，用于解决初入变输电领域技术人员不便直观了解继电保护与二次回路的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种继电保护及二次回路仿真实训平台，包括：自耦变压器、二次回路故障仿真电路以及继电保护装置；

所述自耦变压器设有输入端以及输出端，所述自耦变压器输入端与交流电源电连接；

所述二次回路故障仿真电路包括：仿真断路器常闭触点、工作指示灯、可调节负载，所述工作指示灯第一端与所述仿真断路器常闭触点第二端电连接，所述工作指示灯第二端与所述可调节负载第一端电，所述可调节负载第二端以及所述仿真断路器常闭触点第一端分别与所述自耦变压器输出端电连接；

所述继电保护装置包括：控制单元；所述控制单元接收所述自耦变压器输出端的电压信号以及所述自耦变压器输出端的电流信号，所述控制单元用于根据低电压阈值和/或过流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路还包括：模拟短路故障开关，所述模拟短路故障开关第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述模拟短路故障开关第二端与所述可调节负载第二端电连接，所述自耦变压器输出端设有限流电阻，所述限流电阻与所述二次回路故障仿真电路串联；

所述控制单元还用于根据短路电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路还包括：接地保护模拟开关以及接地可调电阻，所述接地模拟开关第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述接地模拟开关第二端与所述接地可调电阻第一端电连接，所述接地可调电阻第二端与所述可调节负载第二端电连接；

所述控制单元还接收所述可调节负载的电流信号，所述控制单元还用于根据接地电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

进一步地，所述继电保护装置还包括：第一电压互感器、第一电流互感器以及第二电流互感器，所述第一电压互感器用于采集所述自耦变压器输出端的电压信号，所述第一电流互感器用于采集所述自耦变压器输出端的电流信号，所述第二电流互感器用于采集所述可调节负载的电流信号，所述第一电压互感器、所述第一电流互感器以及所述第二电流互感器分别与所述控制单元电连接。

进一步地，所述自耦变压器输出端最高电压不超36伏。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路设有电压表、第一电流表、第二电流表以及第三电流表，所述电压表用于指示所述自耦变压器输出端的电压，所述第一电流表用于指示所述自耦变压器输出端的电流，所述第二电流表用于指示所述可调节负载的电流，所述第三电流表用于指示所述接地可调电阻的电流。

进一步地，所述继电保护装置还包括：选择开关、按键以及显示屏；

所述控制单元还用于接收所述选择开关以及所述按键输入的低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值设定信号，所述显示屏用于显示低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值信号。

本发明的积极效果如下：

一种继电保护及二次回路仿真实训平台，包括：自耦变压器、二次回路故障仿真电路以及继电保护装置；该平台包括二次回路故障仿真电路，用于教授学员组建二次回路，使得学员能够直观了解二次回路的构成；该二次回路故障仿真电路设有自耦变压器，用于调节二次回路的供电电压，模拟低电压故障，二次回路故障仿真电路还设有第一可调电阻，用于模拟产生过流故障；学员还可以通过调节二次回路故障仿真电路，使得继电保护装置产生分闸动作，使得学员直观学习到低电压保护以及过流保护的动作机制以及原理。

该平台还设有用于模拟短路故障的短路故障开关，当该开关闭合时，继电保护装置做出立即的响应，输出分闸信号，用于模拟二次回路短路的二次回路故障仿真电路还设有限流电阻，限制因短路出现的大电流导致自耦变压器烧毁。该平台还设有用于模拟接地故障的接地保护模拟开关以及接地可调电阻，通过闭合接地保护模拟开关，并调节接地可调电阻，使得接地电流达到阈值，继电保护装置动作输出控制仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号，上述直观教学，使得学员印象更加深刻。

该平台的自耦变压器输出端电压为人体的安全电压，考虑到平台多针对缺乏实践经验的学员，故从本质安全角度出发，自耦变压器输出端最高电压不超36伏，也即自耦变压器输出端电压即使调节到最大值，也不会超过36伏，使用更安全。

该平台二次回路故障仿真电路还设有用于指示的电压表以及电流表，学员在搭建平台时，不需要在接入额外的电压表电流表，也不用在过程中通过万用表进行测试，增加了操作的安全性，调节的结果通过电压表以及电流表直读，一目了然。

该平台的继电保护装置上设有用于调整工作阈值的选择开关、按键以及显示屏，用于设定继电保护装置的工作阈值，学员操作调节各项保护动作的阈值，深入理解继电保护的四性，为日后工作能够独立操作继电保护装置，合理设定继电保护装置工作阈值打下了理论基础以及实践经验。

附图说明

图1为本发明实施方式自耦变压器以及二次回路故障仿真电路原理示意图；

图2为本发明实施方式继电保护装置面板以及接线端子示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，一种继电保护及二次回路仿真实训平台，包括：自耦变压器T1、二次回路故障仿真电路以及继电保护装置；

所述自耦变压器T1设有输入端以及输出端，所述自耦变压器T1输入端与交流电源电连接；

所述二次回路故障仿真电路包括：仿真断路器常闭触点KA1、工作指示灯L1、可调节负载，所述工作指示灯L1第一端与所述仿真断路器常闭触点KA1第二端电连接，所述工作指示灯L1第二端与所述可调节负载第一端电，所述可调节负载第二端以及所述仿真断路器常闭触点KA1第一端分别与所述自耦变压器T1输出端电连接；

所述继电保护装置包括：控制单元；所述控制单元接收所述自耦变压器T1输出端的电压信号以及所述自耦变压器T1输出端的电流信号，所述控制单元用于根据低电压阈值和/或过流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点KA1分闸的分闸信号。

更为具体地，自耦变压器T1是指它的绕组是初级和次级在同一条绕组上的变压器，原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的联系，自耦变压器T1原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。本实施方式采用的自耦变压器T1为可调压式自耦变压器T1。

二次回路故障仿真电路用于模拟产生过电流故障，其核心为可调节负载，本实施方式可调节负载为第一可调电阻VR1，该第一可调电阻VR1为功率电阻，通过调节第一可调电阻VR1的阻值，调节二次回路中的电流，当二次回路中的电流值超过额定阈值时，触发继电保护装置动作机制。

二次回路故障仿真电路还包括工作指示灯L1，用于教学时，能够直观展示电路是否搭建成功，二次回路故障仿真电路是否得以正常工作。

二次回路故障仿真电路还包括仿真断路器常闭触点KA1，本实施方式为继电器KA1的常闭触点，当二次回路故障仿真电路搭建完毕上电时，继电器KA1线圈不得电，KA1的常闭触点闭合，二次回路故障仿真电路正常工作，仅当触发继电保护装置的动作机制时，继电器KA1线圈得电，继电器KA1的常闭触点断开，从而实现模拟仿真断路器分闸动作，二次回路故障仿真电路断电。

继电保护装置核心为控制单元，控制单元用于在二次回路出现异常时，产生分闸信号，从而使得二次回路断电，隔离故障。本实施方式中，继电保护装置包括起到两种基本的保护功能，低电压保护以及过流保护；低电压保护即自耦变压器T1输出端电压低于阈值时，继电保护装置通过控制KA1线圈得电，产生分闸信号，实施分闸动作，二次回路故障仿真电路断电隔离。过流保护即用于模拟产生过流的第一可调电阻VR1产生过流作用，继电保护装置根据过流电流的大小进行不同的延时，延时结束后控制KA1线圈得电，产生闸信号，实施分闸动作，二次回路故障仿真电路断电隔离。

在继电保护装置的物理实现上，无论是低电压保护功能还是过流保护功能均可以通过机械式保护装置、晶体管电路保护装置或微机保护装置得以实现。

该平台在教学应用上，学员首先能够自行完成连接二次回路故障仿真电路以及二次回路故障仿真电路与继电保护装置的连接，从而实现直观了解二次回路工作原理以及二次回路的结构；然后，学员能够按照技术要求调整自耦变压器T1，使得继电保护装置因低电压产生分闸动作；学员还能够按照技术要求调整第一可调电阻VR1，实现电流符合预定的技术要求条件，使得继电保护装置因过流产生分闸动作。

该平台包括二次回路故障仿真电路，用于教授学员组建二次回路，使得学员能够直观了解二次回路的构成；该二次回路故障仿真电路设有自耦变压器T1，用于调节二次回路的供电电压，模拟低电压故障，二次回路故障仿真电路还设有第一可调电阻，用于模拟产生过流故障；学员还可以通过调节二次回路故障仿真电路，使得继电保护装置产生分闸动作，使得学员直观学习到低电压保护以及过流保护的动作机制以及原理。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路还包括：模拟短路故障开关SB1，所述模拟短路故障开关SB1第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述模拟短路故障开关SB1第二端与所述可调节负载第二端电连接，所述自耦变压器T1输出端设有限流电阻R1，所述限流电阻R1与所述二次回路故障仿真电路串联；

所述控制单元还用于根据短路电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点KA1分闸的分闸信号。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路还包括：接地保护模拟开关以及接地可调电阻VR2，所述接地模拟开关SB2第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述接地模拟开关SB2第二端与所述接地可调电阻VR2第一端电连接，所述接地可调电阻VR2第二端与所述可调节负载第二端电连接；

所述控制单元还接收所述可调节负载的电流信号，所述控制单元还用于根据接地电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点KA1分闸的分闸信号。

更为具体地，模拟短路故障开关SB1用于产生模拟短路故障，也即模拟短路故障开关SB1闭合时，自耦变压器T1输出端短接，为防止出现安全事故，自耦变压器T1输出端设有限流电阻R1，用于限制因短路出现的大电流导致自耦变压器T1烧毁。

接地保护模拟开关以及接地可调电阻VR2用于模拟产生接地故障，通过闭合接地模拟开关SB2，将接地可调电阻VR2并入负载回路，从自耦变压器T1输出的电流一部分通过接地可调电阻VR2分流，从而导致自耦变压器T1输出端的电流大于可调节负载的电流，上述两个电流被继电保护装置所采集，通过调节接地可调电阻VR2的阻值，使得接地电流达到阈值，继电保护装置动作输出控制仿真断路器常闭触点KA1分闸的分闸信号。

该平台还设有用于模拟短路故障的短路故障开关，当该开关闭合时，继电保护装置做出立即的响应，输出分闸信号，用于模拟二次回路短路的二次回路故障仿真电路还设有限流电阻R1，限制因短路出现的大电流导致自耦变压器T1烧毁。该平台还设有用于模拟接地故障的接地保护模拟开关以及接地可调电阻VR2，通过闭合接地保护模拟开关，并调节接地可调电阻VR2，使得接地电流达到阈值，继电保护装置动作输出控制仿真断路器常闭触点KA1分闸的分闸信号，上述直观教学，使得学员印象更加深刻。

进一步地，所述继电保护装置还包括：第一电压互感器TC1、第一电流互感器TA1以及第二电流互感器TA2，所述第一电压互感器TC1用于采集所述自耦变压器T1输出端的电压信号，所述第一电流互感器TA1用于采集所述自耦变压器T1输出端的电流信号，所述第二电流互感器TA2用于采集所述可调节负载的电流信号，所述第一电压互感器TC1、所述第一电流互感器TA1以及所述第二电流互感器TA2分别与所述控制单元电连接。

更为具体地，在实际应用中，二次回路电压信号、电流信号均通过电压互感器、电流互感器采集，故为了增加平台的真实性，电压信号以及电流信号的采集均通过电压互感器、电流互感器采集，第一电压互感器TC1用于采集自耦变压器T1输出端的电压信号，第一电流互感器TA1用于采集自耦变压器T1输出端的电流信号，第二电流互感器TA2用于采集可调节负载的电流信号，学员在搭建平台时，能够学习到电压互感器、电流互感器的使用方法，工作原理以及注意事项，如电压互感器不能短路，电流互感器不能开路这样的基础知识。

进一步地，所述自耦变压器T1输出端最高电压不超36伏。

进一步地，所述二次回路故障仿真电路设有电压表DV1、第一电流表DA1、第二电流表DA2以及第三电流表DA3，所述电压表DV1用于指示所述自耦变压器T1输出端的电压，所述第一电流表DA1用于指示所述自耦变压器T1输出端的电流，所述第二电流表DA2用于指示所述可调节负载的电流，所述第三电流表DA3用于指示所述接地可调电阻VR2的电流。

更为具体地，36伏为人体的安全电压，考虑到平台多针对缺乏实践经验的学员，故从本质安全角度出发，自耦变压器T1输出端最高电压不超36伏，也即自耦变压器T1输出端电压即使调节到最大值，也不会超过36伏，使用更安全。

二次回路故障仿真电路还设有用于指示的电压表以及电流表，学员在搭建平台时，不需要在接入额外的电压表电流表，也不用在过程中通过万用表进行测试，增加了操作的安全性，调节的结果通过电压表以及电流表直读，一目了然。

进一步地，所述继电保护装置还包括：选择开关、按键以及显示屏；

所述控制单元还用于接收所述选择开关以及所述按键输入的低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值设定信号，所述显示屏用于显示低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值信号。

更为具体地，作为对学员的进一步要求，在了解二次回路工作原理以及继电保护工作过程的基础上，还需要对学员进行继电保护装置整定的培训。

继电保护的四性为继电保护的基本要求：

选择性，选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。

速动性，速动性是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。

灵敏性，灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。

可靠性，可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。继电保护的误动作和拒动作都会给电力系统带来严重危害。

故在平台实现的继电保护装置上设有用于调整工作阈值的选择开关、按键以及显示屏，如拨到II档，用于设定低电压阈值，设定好以后，通过调节自耦变压器T1输出端的电压，当电压低于该阈值时，继电保护装置立即控制断路器产生分闸动作；如拨到III档，用于设定过流阈值，过流阈值包括过流电流值以及动作时限，分别设定好以后，通过调整可调节负载的电流，当达到过流阈值时，控制单元按动作时限开始倒计时，当计时时间到以后，继电保护装置控制断路器产生分闸动作；如拨到IV档时，用于设定短路电流阈值，设定好以后，通过闭合模拟短路故障开关SB1，二次回路故障仿真电路产生短路电流，继电保护装置立即控制断路器产生分闸动作。如拨到V档时，用于设定接地电流阈值，接地电流阈值包括接地电流值以及动作时限，分别设定好以后，通过闭合接地保护模拟开关并调整接地可调电阻VR2，当达到接地电流阈值时，控制单元按动作时限开始倒计时，当计时时间到以后，继电保护装置控制断路器产生分闸动作。在设定好上述阈值后，拨到I档，继电保护装置按上述阈值工作。

在接线上，继电保护装置分别接入电压互感器TC1的两端TC11以及TC12、第一电流互感器TA1的两端TA11以及TA12以及第二电流互感器TA2的两端TA21以及TA22，分别用于采集自耦变压器T1的输出电压，自耦变压器T1的输出电流以及可调节负载的电流，继电保护装置还接入了作为仿真断路器的继电器KA1的线圈，通过控制继电器KA1线圈得电实现模拟分闸动作。

该平台的继电保护装置上设有用于调整工作阈值的选择开关、按键以及显示屏，用于设定继电保护装置的工作阈值，学员操作调节各项保护动作的阈值，深入理解继电保护的四性，为日后工作能够独立操作继电保护装置，合理设定继电保护装置工作阈值打下了理论基础以及实践经验。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，包括：自耦变压器、二次回路故障仿真电路以及继电保护装置；

所述自耦变压器设有输入端以及输出端，所述自耦变压器输入端与交流电源电连接；

所述二次回路故障仿真电路包括：仿真断路器常闭触点、工作指示灯、可调节负载，所述工作指示灯第一端与所述仿真断路器常闭触点第二端电连接，所述工作指示灯第二端与所述可调节负载第一端电，所述可调节负载第二端以及所述仿真断路器常闭触点第一端分别与所述自耦变压器输出端电连接；

所述继电保护装置包括：控制单元；所述控制单元接收所述自耦变压器输出端的电压信号以及所述自耦变压器输出端的电流信号，所述控制单元用于根据低电压阈值和/或过流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

2.根据权利要求1所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述二次回路故障仿真电路还包括：模拟短路故障开关，所述模拟短路故障开关第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述模拟短路故障开关第二端与所述可调节负载第二端电连接，所述自耦变压器输出端设有限流电阻，所述限流电阻与所述二次回路故障仿真电路串联；

所述控制单元还用于根据短路电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

3.根据权利要求2所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述二次回路故障仿真电路还包括：接地保护模拟开关以及接地可调电阻，所述接地模拟开关第一端与所述可调节负载第一端电连接，所述接地模拟开关第二端与所述接地可调电阻第一端电连接，所述接地可调电阻第二端与所述可调节负载第二端电连接；

所述控制单元还接收所述可调节负载的电流信号，所述控制单元还用于根据接地电流阈值输出控制所述仿真断路器常闭触点分闸的分闸信号。

4.根据权利要求3所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述继电保护装置还包括：第一电压互感器、第一电流互感器以及第二电流互感器，所述第一电压互感器用于采集所述自耦变压器输出端的电压信号，所述第一电流互感器用于采集所述自耦变压器输出端的电流信号，所述第二电流互感器用于采集所述可调节负载的电流信号，所述第一电压互感器、所述第一电流互感器以及所述第二电流互感器分别与所述控制单元电连接。

5.根据权利要求4所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述自耦变压器输出端最高电压不超36伏。

6.根据权利要求5所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述二次回路故障仿真电路设有电压表、第一电流表、第二电流表以及第三电流表，所述电压表用于指示所述自耦变压器输出端的电压，所述第一电流表用于指示所述自耦变压器输出端的电流，所述第二电流表用于指示所述可调节负载的电流，所述第三电流表用于指示所述接地可调电阻的电流。

7.根据权利要求6所述的继电保护及二次回路仿真实训平台，其特征在于，所述继电保护装置还包括：选择开关、按键以及显示屏；

所述控制单元还用于接收所述选择开关以及所述按键输入的低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值设定信号，所述显示屏用于显示低电压阈值、过流阈值、短路电流阈值以及接地电流阈值信号。

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