CN201540676U - 一种工厂供电综合自动化实训装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工厂供电综合自动化实训装置，它包括：一成套电气安装台、一次供电系统、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表，所述成套电气安装台至少有一可拆卸的安装面板，所述安装面板上设有一次供电网络主接线图、一次供电系统电气部件、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表、安全接线端子，所述一次供电系统由进线电源、变压器、互感器、断路器、隔离开关、输电线路、负荷构成。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计比较合理，可操作性强、安全性好、性价比高，综合了自动监测、控制与保护技术，知识涵盖面全，系统性强。

Description

一种工厂供电综合自动化实训装置

(一)技术领域

本实用新型涉及一种供配电技术与技能的实训系统，用于大中专院校供配电、电力系统及其自动化等专业的实践性教学和相关机构的实践技能培训。

(二)背景技术

目前大中专院校供配电、电力系统及其自动化专业的实训设备一般是采用工业开关柜或淘汰的旧设备，这些设备相对独立不易构成供配电网络，也难与自动化控制设备建立典型的系统，而被控对象过于笨重，操作简单，不能让学生对电气与自动化技术相关的控制系统进行整定分析和技能实训，也不能较全面地涵盖专业教学内容，导致学生难以得到有效的训练。此外，如使用工业设备建立真实系统又存在体积比较庞大，占地面积大，成本相对较高等诸多问题。因此急需能够完整、合理、系统地再现该专业主要生产过程和技术的自动化实训系统。

(三)实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种涵盖面广、安全性好、性价比高的一种工厂供电综合自动化实训装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种工厂供电综合自动化实训装置，其包括：一成套电气安装台、一次供电系统、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表，所述成套电气安装台至少有一可拆卸的安装面板，所述安装面板上设有一次供电网络主接线图、一次供电系统电气部件、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表，安全接线端子，所述一次供电系统由进线电源、变压器、互感器、断路器、隔离开关、输电线路、负荷构成，所述供电自动化装置包括无功补偿装置、备用电源自动投入装置和控制器，所述继电保护装置包括变压器保护装置、电动机保护装置，所述供电监测仪表至少设有三相智能采集模块；

其特征在于：所述一次供电系统电气部件中的断路器、隔离开关安装在上述面板上，所述一次供电系统中的进线电源、变压器、互感器、输电线路、负荷和控制器安装在成套电气安装台结构内部，与面板上断路器、隔离开关通过导线相连，所述隔离开关和断路器连接，再与进线电源和负荷连接，所述进线电源取自市电，所述输电线路至少有一组电抗构成，所述负荷至少设有一组动力装置，所述控制器采集断路器和隔离开关的状态信号，所述变压器保护装置实施对主变运行状态监测，至少对主变有一种保护功能，所述电动机保护装置实施对动力装置或电动机运行状态监测，至少对电动机有一种保护功能，所述三相智能采集模块对供电线路的电量参数进行监测及数据处理。

进一步，所述一次供电系统电气部件中的断路器、隔离开关安装在上述面板上。

进一步，所述一次供电系统中的进线电源、互感器、输电线路、负荷和控制器安装在成套电气安装台结构内部，与面板上断路器、隔离开关通过导线相连。

进一步，所述隔离开关和断路器连接，再与进线电源和负荷连接。

进一步，所述进线电源取自市电的三相电源，通过一次供电系统线路给负荷供电。

进一步，所述输电线路至少有一组电抗构成，连接进线电源和线路上的电气部件，给远方负荷供电。

进一步，所述负荷至少设有由异步电动机构成的动力装置，作为供电系统的终端用户。

进一步，所述变压器保护装置，采用工业现场使用的主变压器保护装置，所述保护功能有电流速断、过电流、过负荷保护等，对所述输电线路的运行状态进行监控，并对线路故障状态进行快速反应，迅速启动保护措施。

进一步，所述电动机保护装置，应用工业现场使用的电动机保护装置，所述保护功能有电流速断、反时限过流、低电压、接地保护等，对所述动力装置的运行状态进行监控，并对电动机故障状态进行快速反应，迅速启动保护措施。

进一步，所述控制器采用具有时序逻辑处理功能的PLC或单片机控制系统，采集断路器和隔离开关的状态信号，完成变压器分接头的电气控制。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计比较合理，可操作性强、安全性好、性价比高，综合了自动监测、控制与保护技术，知识涵盖面全，系统性强。

(四)附图说明

图1是本实用新型实施例的一次系统主接线原理图

图2是本实用新型实施例微机线路保护的一次主接线图

图3是本实用新型实施例微机变压器后备保护一次接线图

图4是本实用新型实施例微机电动机保护一次接线图

图5是本实用新型实施例无功成组补偿接线图

图6是本实用新型实施例系统通信拓扑结构图

图7是本实用新型实施例的操作屏结构示意图

图8是本实用新型实施例的控制柜结构示意图

(五)具体实施方式

下面结合上述实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

一次供电系统由35kV，10kV，两个不同的电压等级构成。两路35kV进线，其中一路正常供电，另一路作为明备用，通过备用电源自动投入装置自动切换。35kV母线有两路出线，一路经总降变降压为10kVI段母线，一路经总降变降压为10kVII段母线，这两路出线互为暗备用，也是通过备自投自动切换。从10kVI段母线上两路出线送往1号和2号车间变电所，从10kVII段母线上有三路出线，分别给3号车间变电所、高压电动机组和分厂供电。

整个系统是由一次部分，二次部分，监控部分和接口部分组成。系统主接线图原理如图1所示：

1.一次部分

一次部分包括一次供配电线路，隔离开关和断路器，变压器和各种负荷。负荷种类包括照明负荷和动力负荷等。

①一次供配电线路：整个系统一次供配电线路是由35kV，10kV两个不同的电压等级构成，线路阻抗采用电抗器和电阻来模拟。

②隔离开关和断路器及变压器：系统采用两个两卷的变压器，模拟总降变压器，具有有载调压功能。线路上所采用的断路器和隔离开关尽量选用现场的实物，或外形接近。使学生通过正确的实验操作，能够明了正确的电气投切操作，倒闸操作，投入运行操作以及各种运行方式的调整操作规程。

③负荷部分：可分为高压电动机负荷和至1#～3#车间变电站负荷。高压负荷是用电动机组模拟，采用370W的三相交流异步电动机带同步发电机，设置直接启动和变频启动等启动方式。1#～3#车间变电站负荷使用纯电阻，电感和风机模拟。风机不仅可以作为负荷的一部分，同时也能给整套装置散热。

2.二次部分

二次部分包括自动装置，仪表信号单元和转换单元。自动装置包括微机线路保护装置、微机电动机保护装置、无功补偿装置和备自投装置；仪表信号单元包括模拟仪表、光字牌、指示灯等；转换单元包括各状态量的切换开关。

①微机线路保护装置：具有三段式过流保护，低压闭锁电流保护，单相接地保护，反时限过流保护，过电流前加速，过电流后加速，重合闸等功能，其一次接线图如图2所示。

②微机变压器保护装置：具有电流速断，过电流，电流反时限，零序过流保护，负序电流保护和低电压保护等功能，其一次接线图如图3所示。

③微机电动机保护装置：具有电流速断，过电流，电流反时限，零序过流保护，负序电流保护和低电压保护等功能，其一次接线图如图4所示。

④微机无功补偿装置：能自动追踪电网功率因数并控制电容器组的投切，具有手动和自动投切功能。根据变压器的无功功率进行分相补偿，电容器组循环工作，使每组电容器均匀投运，从而减少电能损耗和电压损失，提高设备的使用效率，其一次接线图如图4所示。

⑤微机备自投装置：有进线备投和母联备投方式可选，当主进线电源模拟故障失电后，备自投装置能自动地将备用进线电源投到工作母线上，以此保证连接在工作母线上的负荷仍能正常工作，提高供电的可靠性和稳定性。同时具有自适应功能，当检测到主进线电源恢复时，自动断开备用进线断路器，延时闭合主进线，实现主进线电压恢复时自动切换后投入过程。

3.监控部分

监控部分包括了PC机、PLC控制器及电量采集模块，实现了整个系统的“四遥”功能。

4.接口部分

通信网络接口有：①总线接口：选用标准为RS-485的有线串行通信接口，如果把PLC控制器、微机电动机保护装置、微机线路保护装置、微机备自投装置挂接至通信总线接口，利用总线接口与上位机的通信，可实现上位机对本系统的监控功能。(如图5所示)②以太网接口：通信网络接口用于数据的远方上传，方便以后系统升级扩展。③调试接口：能够对每个装置的通信进行设置及初步检测装置性能。

最后，本实用新型实施例的结构示意图参阅图7～图8，包括实训屏1和控制柜2、3，三部分通过航空电缆线连接。

所述的实训屏1包括可拆卸的安装面板4、面板5和面板6，所述安装面板5上设有一次供电网络主接线系统图、一次供电系统电气部件、监控仪表、模拟动力负荷、供电自动化装置，所述供电自动化装置有触摸屏、无功控制器，所述安装面板4和安装面板6上设有电气二次监测、控制、保护等设备安全接线端子，便于实训操作。通过对屏面板5上的一次供电系统电气部件进行开关设置和屏面板4、6安全端子的连线，可以组建不同的配电运行网络。

所述的控制柜2上部7、8为用于保护输电线路、变压器和电动机的微机继保装置，以及用于提高供电可靠性的备用电源自动投入装置，中部9为用于选择切换控制的凸轮开关，中部10由用于提高功率因数的无功补偿控制器，电机启停运行控制装置和电机励磁单元构成，中下部11是装置操作电源，底部12是由异步机和同步发电机构成的动力装置。

所述的控制柜3上部13由测取电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率及频率的指针式仪表构成，中部14为感应式有功电度表和无功电度表，中下部15为电子式有功无功电能组合表、智能式采集模块和电秒表。控制柜3上的电计量仪表用于对屏上一次线路的电量监测，学生可以通过在屏面板4的实训操作，从而掌握相关仪表的接线技能。

通过对面板上的一次供电系统电气部件及电气二次监测、控制、保护等设备进行相关设置和安全端子的连接，可以组建不同的运行网络，模拟三相短路故障，并进行各种整定与调试分析实训。

最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上诉实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型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，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种工厂供电综合自动化实训装置，其包括：一成套电气安装台、一次供电系统、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表，所述成套电气安装台至少有一可拆卸的安装面板，所述安装面板上设有一次供电网络主接线图、一次供电系统电气部件、继电保护装置、供电自动化装置、供电监测仪表，安全接线端子，所述一次供电系统由进线电源、变压器、互感器、断路器、隔离开关、输电线路、负荷构成，所述供电自动化装置包括无功补偿装置、备用电源自动投入装置和控制器，所述继电保护装置包括变压器保护装置、电动机保护装置，所述供电监测仪表至少设有三相智能采集模块；

其特征在于：所述一次供电系统电气部件中的断路器、隔离开关安装在上述面板上，所述一次供电系统中的进线电源、变压器、互感器、输电线路、负荷和控制器安装在成套电气安装台结构内部，与面板上断路器、隔离开关通过导线相连，所述隔离开关和断路器连接，再与进线电源和负荷连接，所述进线电源取自市电，所述输电线路至少有一组电抗构成，所述负荷至少设有一组动力装置，所述控制器采集断路器和隔离开关的状态信号，所述变压器保护装置实施对主变运行状态监测，至少对主变有一种保护功能，所述电动机保护装置实施对动力装置或电动机运行状态监测，至少对电动机有一种保护功能，所述三相智能采集模块对供电线路的电量参数进行监测及数据处理。

2.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：所述装置的系统进线直接取自市电的三相电源。

3.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：至少应用一组电抗或电阻来作为输电线路模型。

4.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：使用至少一组电抗或电阻及两者组合来作为负荷模型。

5.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：应用无功功率补偿控制器来检测供电线路的功率因数，以及对至少一组电容进行投切。

6.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：应用工业现场使用的主变压器保护装置实施对主变运行状态监测，所述保护功能有电流速断、过电流、过负荷保护。

7.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：应用工业现场使用的电动机保护装置实施对电动机运行状态监测，所述保护功能有电流速断、反时限过流、低电压、接地保护。

8.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：采用至少一种三相智能采集模块对供电线路的电量参数实施监测。

9.如权利要求1所述的一种工厂供电综合自动化实训装置，其特征在于：采用具有时序逻辑处理功能的PLC或单片机控制系统。

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