CN209947134U - 中压开关柜二次控制回路仿真实训台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，该实训台包含底座(1)、安装板(2)、可编程控制器(6)、转换开关、指示灯、连接片、电源开关、继电器、继电保护及端子排组成；采用可编程控制器(6)来替代高压真空断路器，经济实用，逻辑判断方法简单可靠。该实训台可以实现中压开关柜二次控制回路的识图、接线、控制原理、继电保护动作情况、模拟控制操作、二次回路故障查找等实际操作演练进行实训或考核，通过本实训台的技能训练，能在深入理解专业技术知识的同时，培养学员对于二次原理及接线的理解和掌握。本实用新型可以有效的解决各中高级院校或培训机构关于电力系统中压开关柜二次回路实训、考核等问题。

Description

中压开关柜二次控制回路仿真实训台

技术领域

本实用新型涉及一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台。

背景技术

中压开关柜是发电厂、变电所内的重要设备，用来对一次设备进行控制、保护及显示，目前对于中压开关柜二次控制回路的培训多数都是书面的或者视频的教材或资料，靠培训教师的口头讲解；对于开关柜二次控制回路相关的电气方面的技能考核也大多是理论知识的考核、实操方面的考核无条件进行；鉴于发电厂、变电所现场的设备对安全性要求高，并且现场高压设备比较多，不允许对设备进行培训性的操作或实验，容易出现安全事故影响现场设备运行，所以一般发电厂、变电所现场的开关柜只能进行合分闸的操作规程相关的培训，不能对中压开关柜操作、二次控制回路的接线、二次接线故障排查、继电保护试验等方面进行实操训练，导致培训效果不理想，造成学员缺乏动手能力，理论与实践未能结合，处理问题能力得不到锻炼。

目前市场上现有的一些对发电厂、变电所相关设备的仿真实训系统，如直流调速实训台是对直流调速进行实训、10kV典型客户配电室仿真实训系统是对配电系统进行仿真实训、二次回路检修实训系统是对二次设备进行检修实训等，都不是针对中压开关柜二次回路控制回路的原理、接线、操作、继电保护试验等进行综合实训的系统，由于真空断路器价格昂贵，直接采购中压开关柜进行实操培训及考核成本太高。如何既能降低成本，又可以进行中压开关柜二次控制回路识图、控制原理、接线、操作、继电保护控制等进行理论和实操的培训或考核的系统是目前需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，可以对发电厂、变电所等电气运行人员或者带有电气专业的中高级院校或各中高级技师等培训机构对中压开关柜的二次控制回路原理、接线、操作、继电保护试验等进行实训。本实用新型的技术方案是：一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，各元器件连接方式为：电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)的输出端通过导线分别接至端子排(21)；用导线将电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)的输入端并联后接至端子排(21)；继电保护(20)跳闸出口分别通过第一连接片(22)、第二连接片(23)接入可编程逻辑控制器(6)，位置选择转换开关(10)、断路器控制开关(11)、手车操作开关(12)、地刀操作开关(24)分别作为控制操作命令源接入可编程逻辑控制器(6)，作为可编程逻辑控制器(6)的命令输入，可编程逻辑控制器((6)根据输入的命令进行逻辑判断后输出状态信息；可编程逻辑控制器(6)输出端分别与断路器、手车、地刀的状态指示灯相连；第一大功率电阻(13)、第二大功率电阻(14)分别与可编程逻辑控制器(6)的断路器合、分闸命令信息输入并联；跳闸回路监视继电器(7)与合闸回路监视继电器(8)分别并接在跳/合闸回路；故障指示继电器(9)与继电保护(20)的出口及状态接点相连，故障指示继电器(9)的两个辅助触点一个串入合闸回路一个与故障指示灯(19)相连；可编程逻辑控制器(6)输出端的无源节点接入至继电保护(20)的信号输入端作为断路器、手车、地刀的状态在继电保护(20)上显示并可通过继电保护(20)的通讯接口上传信息，控制空气断路器(4)、三相电压空气断路器(5)的辅助触点接入可编程逻辑控制器(6)作为控制电源及三相电压二次空气断路器的故障报警信息；三相电压空气断路器(5)的输入端接至端子排(21)，三相电压空气断路器(5)输出端与继电保护(20)的电压端子相连；继电保护(20)的电流端子接入至端子排(21)。

一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，由可编程逻辑控制器(6)作为真空断路器仿真装置，进行断路器、手车、地刀的逻辑判断，手车位置采用手车操作开关(12)进行控制，地刀位置控制采用地刀操作开关(24)进行控制；安装板(2)在背部采用双开门结构，各元器件在安装板(2)上安装，元器件之间的接线在安装板(2)的内部走线，采用前端接线的元器件在安装板(2)开过线孔，实训台的正面可看到所有的元器件状态及接线；底座(1)包含台面及四个支撑支脚，安装板(2)为矩形冷轧钢板框架，安装板(2)与底座采用焊接连接，电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)、电压空气断路器(5)、可编程逻辑控制器(6)、跳闸回路监视继电器(7)、合闸回路监视继电器(8)、第一大功率电阻(13)、第二大功率电阻(14)、端子排(21)通过安装导轨安装在安装板(2)上；故障指示继电器(9)、位置选择转换开关(10)、断路器控制开关(11)、手车操作开关(12)、断路器位置指示灯(15)、手车位置指示灯(16)、地刀位置指示灯(17)、储能指示灯(18)、故障指示灯(19)、继电保护(20)、第一连接片(22)、第二连接片(23)、地刀操作开关(24)均在安装板(2)上开孔后安装；

本实用新型的工作原理：

如图3可知，断路器合闸操作可通过就地手动合闸或者通过继电保护(20)遥控合闸，断路器分闸操作可通过就地手动分闸、继电保护(20)遥控分闸、继电保护(20)跳闸出口跳闸；断路器控制开关(11)通过控制回路将控制命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息进行逻辑判断后相应输出断路器位置信息，代替真空断路器，实现断路器仿真装置功能；第一大功率电阻(13)及第二大功率电阻(14)用于分流，防止可编程逻辑控制器(6)输入的电流过大；断路器控制开关(11)用于对断路器进行合/分位的控制操作；手车操作开关(12)实现对手车的试验位/工作位控制操作、地刀操作开关(24)实现对地刀的合/分位的控制操作，位置选择转换开关(10)进行远方/就地位置选择；断路器位置指示灯(15)、手车位置指示灯(16)、地刀位置指示灯(17)用于显示断路器、手车、地刀的位置状态信息；储能指示灯(18)用于显示弹簧储能状态，跳闸回路监视继电器(7)用于监视跳闸回路状态、合闸回路监视继电器(8)用于监视合闸回路状态，故障指示继电器(9)、故障指示灯(19)分别作为保护动作或者保护装置(20)故障的扩展继电器及指示灯。本实训台采用24V工作电源，将实训台接通电源，电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)、三相电压空气断路器(5)合上，此时，手车位置指示灯(16)处于绿色，表示手车试验位，手车位置识别如图7所示，地刀位置指示灯(17)处于绿色，表示未接地，断路器位置指示灯(15)处于绿色，表示断路器分位，断路器位置识别逻辑如图6所示；通过地刀操作开关(24)“接地”将地刀合闸命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息按照图10的逻辑进行判断，判断后输出地刀合闸接点，对应地刀位置指示灯(17)变为红色，表示地刀处于合位，此时，如果合断路器或者手车推入工作位都会报联锁信息，不能对断路器进行合闸或者手车推入工作位的操作；需要先将通过地刀操作开关(24)“不接地”将地刀分闸命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息进行逻辑判断后输出地刀分闸接点，对应地刀位置指示灯(17)变为绿色，表示地刀处于分位，才可对断路器进行合闸操作，或者对手车推至工作位的操作，手车位置识别逻辑见图6；通过手车操作开关(12)“推入”将手车推入命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息按照图8的逻辑进行逻辑判断，判断后输出手车工作位接点，对应手车位置指示灯(16)变为红色，表示手车处于工作位，此时，将位置选择转换开关(10)转换至“就地”，断路器控制开关(11)切换至“合闸”，控制命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息按照图8进行逻辑判断，判断后输出断路器合位位置信息，相应的断路器指示灯(15)变红色，实现断路器仿真装置功能；大功率电阻I(13)及大功率电阻II(14)用于分流，防止可编程逻辑控制器(6)输入的电流过大；如图4所示，继电保护装置可根据输入的保护定值进行继电保护试验输入电流及电压，当达到动作条件后，继电保护跳闸出口动作，将跳闸命令输入至可编程逻辑控制器(6)，可编程逻辑控制器(6)对输入的命令信息进行逻辑判断后输出断路器分位位置信息，相应的断路器指示灯(15)变为绿色，开关跳闸；

如图4所示，继电保护装置带有通讯功能，可通过通讯上传至教师的带有数据采集与监视控制系统软件的上位机中，显示信息(如断路器合位、断路器分位、手车试验位、手车工作位、地刀合位、跳闸回路监视、弹簧未储能、控制电源故障等)。

本实用新型实现中压开关柜二次控制回路接线、识图、操作、控制原理等培训、操作、考核的功能。

本实用新型技术效果：

本实用新型就是针对中压开关柜二次控制回路的识图、接线、控制原理、继电保护动作情况、二次回路故障查找等实际操作演练进行实训的系统，解决中压开关柜二次控制回路实训的问题，通过本实训台的技能训练，能在深入理解专业技术知识的同时，培养学员对于二次原理及接线及操作理解和掌握。设备适用于中、高技术类电气专业学员学习、实训、考核等内容。特点如下：

1、多种设备配合使用，实现中压开关柜二次控制回路接线、识图、操作、控制原理等培训、操作、考核等多种功能。

2、系统结构完善、合理，底座带有操作台面，方便放置各种培训资料及调试所需工具；实训台背面采用双开门结构，更方便接线及故障排查操作，通过实训台正面指示灯及继电保护屏幕，可实时监控所有元器件的运行状态，本实训台采用安装板内部走线模式，布线合理美观。

3、实训台上安装继电保护及控制、显示设备，除真空断路器采用可编程控制器替代，其他设备均与中压开关柜设备保持一致，最大限度的还原现场实际设备。

4、采用可编程控制器来替代真空断路器，成本降低，更经济。

附图说明

图1为本实用新型的正视图

图2为本实用新型的侧视图

图3本实用新型的控制原理接线图

图4本实用新型的信号采集原理接线图

图5本实用新型的模拟断路器位置识别逻辑图

图6本实用新型的模拟手车位置识别逻辑图

图7本实用新型的模拟断路器合/分闸、弹簧储能逻辑图

图8本实用新型的模拟手车操作、五防逻辑图

图9本实用新型的模拟地刀操作逻辑图

图10本实用新型的模拟量采集原理接线图

具体实施方式

一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，各元器件连接方式为：如图3所示，电源空气断路器3、控制空气断路器4的输出端通过导线分别接至端子排21；用导线将电源空气断路器3、控制空气断路器4的输入端并联后接至端子排21；继电保护20跳闸出口分别通过第一连接片22、第二连接片23接入可编程逻辑控制器6，位置选择转换开关10、断路器控制开关11、手车操作开关12、地刀操作开关24分别作为控制操作命令源接入可编程逻辑控制器6，作为可编程逻辑控制器6的命令输入，可编程逻辑控制器6根据输入的命令进行逻辑判断后输出状态信息；可编程逻辑控制器6输出端分别与断路器、手车、地刀的状态指示灯相连；第一大功率电阻13、第二大功率电阻14分别与可编程逻辑控制器6的断路器合、分闸命令信息输入并联；跳闸回路监视继电器7与合闸回路监视继电器8分别并接在跳/合闸回路；故障指示继电器9与继电保护20的出口及状态接点相连，故障指示继电器9的两个辅助触点一个串入合闸回路一个与故障指示灯19相连；如图4所示，可编程逻辑控制器6输出端的无源节点接入至继电保护20的信号输入端作为断路器、手车、地刀的状态在继电保护20上显示并可通过继电保护20的通讯接口上传信息，控制空气断路器4、三相电压空气断路器5的辅助触点接入可编程逻辑控制器6作为控制电源及三相电压二次空气断路器的故障报警信息；如图10所示，三相电压空气断路器5的输入端接至端子排21，三相电压空气断路器5输出端与继电保护20的电压端子相连；继电保护20的电流端子直接接至端子排。各元器件之间采用单芯导线连接，电流、电压的连接采用2.5mm导线，其他控制及信号部分的连接采用1.5mm导线。如图3所示，由可编程逻辑控制器6作为真空断路器仿真装置，进行断路器、手车、地刀的逻辑判断，手车位置采用手车操作开关12进行控制，地刀位置控制采用地刀操作开关24进行控制；安装板2在背部采用双开门结构，各元器件在安装板2上安装，元器件之间的接线在安装板2的内部走线，采用前端接线的元器件在安装板2开过线孔，实训台的正面可看到所有的元器件状态及接线；如图2所示，底座1包含台面及四个支撑支脚，安装板2为矩形冷轧钢板框架，安装板2与底座采用焊接连接，如图1所示，电源空气断路器3、控制空气断路器4、电压空气断路器5、可编程逻辑控制器6、跳闸回路监视继电器7、合闸回路监视继电器8、第一大功率电阻13、第二大功率电阻14、端子排21、通过安装导轨安装在安装板2上；故障指示继电器9、位置选择转换开关10、断路器控制开关11、手车操作开关12、断路器位置指示灯15、手车位置指示灯16、地刀位置指示灯17、储能指示灯18、故障指示灯19、继电保护20、第一连接片22、第二连接片23、地刀操作开关24均在安装板2上开孔后安装；

一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台可编程逻辑控制器6逻辑判断方法，可编程逻辑控制器6内部判断逻辑如下：

1)断路器、手车位置状态的判断均采用双判位，地刀位置状态的判断采用单判位，断路器位置：当断路器合位输入及断路器分位输入取反后进行逻辑与，输出断路器合位状态，断路器分位输入及断路器合位输入取反后进行逻辑与，输出断路器分位状态；手车的位置判断与断路器位置判断一致，地刀判合位；地刀分位是将合位取反；

如图5所示，断路器合位输入及断路器分位输入取反后进行逻辑与，输出断路器合位状态，断路器分位输入及断路器合位输入取反后进行逻辑与，输出断路器分位；

如图6所示，手车工作位输入及手车试验位输入取反后进行逻辑与，输出手车工作位状态，手车试验位输入及手车工作位输入取反后进行逻辑与，输出手车试验位；

2)如图7所示，当进行断路器合闸操作时，首先判断弹簧已储能且无控制回路断线信息，地刀不在合位，断路器在分位并且接收到断路器合闸命令，然后延时后经RS触发器与断路器合位进行逻辑与，输出断路器合闸命令，对应断路器位置指示灯15变为红色，表示断路器合位；当进行断路器分闸操作时，首先判断断路器合位且接收到断路器分闸命令，经延时后经过RS触发器与断路器分位进行逻辑与，输出断路器分闸命令，对应断路器位置指示灯15变成绿色，表示断路器分位；

3)如图8所示，模拟手车操作首先判断断路器在分位且地刀在分位，否则闭锁手车操作，手车在试验位时可进行手车推至工作位命令，当接收到手车推至工作位命令进行逻辑与，经RS触发器与手车工作位进行逻辑与后输出手车推至工作位，对应手车位置指示灯16变为红色，表示手车工作位；手车由工作位拉出至试验位需断路器在分位且地刀在分位与检测到手车在工作位及手车拉至试验位进行逻辑与后经RS触发器后输出手车拉至试验位，对应手车位置指示灯16变为绿色，表示手车试验位；

4)如图9所示，地刀进行合位操作时，要求断路器在分位且手车在试验位，否则闭锁合闸地刀合闸；检测到断路器在分位且手车在试验位、地刀在分位、并接收到地刀合闸命令经RS触发器与地刀合位进行逻辑与输出地刀合位，地刀位置指示灯17变为红色；地刀在合位并接收到地刀分闸命令时经RS触发器与地刀合位进行逻辑与，输出地刀分位地刀位置指示灯17变成绿色，表示地刀分位。

具体工作过程如下：检查电源接线及各元器件的接线是否正确，元器件安装接线检查确认无误后，接通电源，各元器件开始工作。合上电源空气断路器3、控制空气断路器4，利用可编程控制器的专用软件按照图5至图9的逻辑图进行编程，将编译好的程序输入至可编程逻辑控制器6中，根据给定的定值及图3、图4的控制原理，利用继电保护20的专用编辑软件将继电保护20的开入及出口配置完成并将程序传入继电保护20中。

传入可编程控制器程序及保护装置程序后，默认为断路器在分位，手车在试验位，地刀在分位，此时，断路器位置指示灯15绿色，手车位置指示灯16绿色，地刀位置指示灯17绿色，如图4所示，保护装置20显示断路器分位、手车试验位、地刀分位信息。

如图3所示手车操作开关12打到“推至工作位”后自复位，手车位置指示灯16红色，手车推至工作位，将位置转换开关10打到“就地”，断路器控制开关11打到“合闸”后复位，断路器指示灯变为红色，经延时后储能指示灯18变为黄色，已储能；此时如果操作手车拉至试验位或合地刀均会报“五防闭锁”信息；断路器控制开关11打到“分闸”后自复位，断路器指示灯变为绿色，断路器分闸；手车操作开关12打到“拉至试验位”后自复位，手车位置指示灯16绿色，地刀操作开关24打到“合地刀”后自复位，地刀位置指示灯17红色，地刀合闸。此时如果操作手车推至工作位或合断路器均会报“闭锁操作”信息。地刀操作开关24打到“分地刀”后自复位，地刀位置指示灯17绿色，地刀分闸，再将手车推至工作位，断路器合闸。如图10所示为继电保护20的电流、电压接入原理图，可采用继电保护测试仪模拟一次设备故障，将故障电流、电压输入继电保护20，继电保护根据设定的保护定值出口动作，发出跳闸命令，可编程逻辑控制器6根据动作逻辑判断后动作，输出断路器跳闸，断路器分位指示灯亮，同时故障指示灯19亮，并通过故障指示继电器9闭锁合闸。

上面结合附图对本实用新型的工作原理及实施方式做了详细的说明，但本实用新型不限于上述实施方式：对于不同回路的中压开关柜，二次控制原理稍有差异。本实用新型与中压开关柜的控制原理、操作方式及继电保护试验一致，最大限度的还原了中压开关柜的原理、接线及操作，使学员在学习中压开关柜控制回路识图、控制原理、继电保护理论知识的同时与实际的操作及试验、接线故障排查等相结合，加强学员动手能力，理论与实践相结合，培训效果显著提高。

Claims (2)

1.一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，其特征是：电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)的输出端通过导线分别接至端子排(21)；用导线将电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)的输入端并联后接至端子排(21)；继电保护(20)跳闸出口分别通过第一连接片(22)、第二连接片(23)接入可编程逻辑控制器(6)，位置选择转换开关(10)、断路器控制开关(11)、手车操作开关(12)、地刀操作开关(24)分别作为控制操作命令源接入可编程逻辑控制器(6)作为可编程逻辑控制器(6)的命令输入，可编程逻辑控制器(6)根据输入的命令进行逻辑判断后输出状态信息；可编程逻辑控制器(6)输出端分别与断路器、手车、地刀的状态指示灯相连；第一大功率电阻(13)、第二大功率电阻(14)分别与可编程逻辑控制器(6)的断路器合、分闸命令信息输入并联；跳闸回路监视继电器(7)与合闸回路监视继电器(8)分别并接在跳/合闸回路；故障指示继电器(9)与继电保护(20)的出口及状态接点相连，故障指示继电器(9)的两个辅助触点一个串入合闸回路一个与故障指示灯(19)相连；可编程逻辑控制器(6)输出端的无源节点接入至继电保护(20)的信号输入端作为断路器、手车、地刀的状态在继电保护(20)上显示并可通过继电保护(20)的通讯接口上传信息，控制空气断路器(4)、三相电压空气断路器(5)的辅助触点接入可编程逻辑控制器(6)作为控制电源及三相电压二次空气断路器的故障报警信息；三相电压空气断路器(5)的输入端接至端子排(21)，三相电压空气断路器(5)输出端与继电保护(20)的电压端子相连；继电保护(20)的电流端子接入至端子排(21)。

2.根据权利要求1所述的一种中压开关柜二次控制回路仿真实训台，其特征是：由可编程逻辑控制器(6)作为真空断路器仿真装置，进行断路器、手车、地刀的逻辑判断，手车位置采用手车操作开关(12)进行控制，地刀位置控制采用地刀操作开关(24)进行控制；安装板(2)在背部采用双开门结构，元器件之间的接线在安装板(2)的内部走线，采用前端接线的元器件在安装板(2)开过线孔，实训台的正面可看到所有的元器件状态及接线；底座(1)包含台面及四个支撑支脚，安装板(2)为矩形冷轧钢板框架，安装板(2)与底座采用焊接连接，电源空气断路器(3)、控制空气断路器(4)、电压空气断路器(5)、可编程逻辑控制器(6)、跳闸回路监视继电器(7)、合闸回路监视继电器(8)、第一大功率电阻(13)、第二大功率电阻(14)、端子排(21)、通过安装导轨安装在安装板(2)上；故障指示继电器(9)、位置选择转换开关(10)、断路器控制开关(11)、手车操作开关(12)、断路器位置指示灯(15)、手车位置指示灯(16)、地刀位置指示灯(17)、储能指示灯(18)、故障指示灯(19)、继电保护(20)、第一连接片(22)、第二连接片(23)、地刀操作开关(24)均在安装板(2)上开孔后安装。

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