多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统建设方案_电力自动化实训设备

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多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统建设方案

一、实验室建设目标
1. 建立与当前电力系统发展现状相适应的电力系统继电保护综合实训室，培养具有较高专业技能、能够从事变电站及配电网运行、输电配电操作与技术管理、工矿企业电气运行等工作的高素质技能型人才。
2. 建成实验、实践、实训一体的综合型实践教学平台，为《工厂供电技术》、《工厂电气控制技术》、《电力系统继电保护》、《电力系统微机保护》、《电力系统远动》、《变电站综合自动化》等课程提供综合性、开放性、研究性、设计性实验，并提高学生的专业操作技能。
3. 为电气自动化技术、电力系统自动化技术及供用电技术等相关专业学生的课程设计和毕业设计提供良好的研究设计平台。
4. 真实模拟现场设备构成及运行，为学生进行专业技能训练提供实训平台，并可培训和考核从事发电厂、变电站、电力系统第一线生产过程的操作、运行、维护、检修和调试的现场技术工程人员。
5. 为电气工程、电力系统等方向的科学研究提供试验平台。
二、实验室的主要功能及特色优势
拟建的电力系统继电保护综合实训室是结合*新的继电保护、输配电和变电站综合自动化技术，采用现场实际的试验方法，利用*新的实验设备构建而成。
继电保护实验室采用电力系统常用的数字式继电保护试验测试仪产生信号，灵活方便，而且可联网组态现场真实的变电站、配电网络，不但可以使学生对电力系统有一个整体的了解和形象化的概念，而且可以有针对性的对现场技术人员进行培训和考核。
实验室的特色优势如下：
1. 实训功能多
可进行各种常规继电器的特性检测操作实训、各种微机继电保护装置的检测操作实训、电气二次回路的接线操作实训；利用多套实验培训系统可实现变电站综合自动化实训功能。
2. 实训效果好
利用微机型继电保护试验测试仪作为测试信号源，符合电力系统继电保护现场检测的典型试验方式，满足对微机继电保护装置及继电器的现场测试试验要求，达到良好的实训效果。
三、实验室设备构成
LG-DLK04型电力系统继电保护综合实训室由12套、LG-DLK02A型多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统2套、LG-DKL09型变电站信号控制系统2套、LG-DLK01A型变电站综合自动化监控系统1套组成。
（一）多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统包含如下主要设备：
1. 常规继电器组
包括DL-31型电流继电器、DY-36型电压继电器、LCD-4差动继电器、LG-11型功率方向继电器、LZ-21型阻抗继电器、DS-32时间继电器、DZY-202中间继电器、JC-2冲击继电器、JX-3/1闪光继电器、JCH-4A重合闸继电器等多个常规保护继电器。为了方便实验接线，每个继电器的模拟量输入端子（电流或电压）、动作触点（常开或常闭）已引到实验台面板上。各继电器可单独使用，也可根据需要通过接线将多个继电器配合使用，如构成成组常规保护。
2. LGDL-IV多功能实验装置
LGDL-IV多功能微机保护实验装置是一种具有多种成组微机继电保护功能的装置，通过菜单选择，可实现10kV-35kV馈线成组微机保护测控装置、110kV线路成组微机保护测控装置、变压器微机差动保护装置、变压器微机后备保护测控装置、电容器微机保护测控装置、电动机微机保护测控装置等功能。
3. LGWX-III微机型继电保护试验测试仪
利用LGWX-III微机型继电保护试验测试仪，可手动或自动测试各种常规继电器的动作特性，也可对微机保护装置或自动装置进行测试及保护动作分析。
4．二次回路控制模组：
包括多向开关、断路器操作回路、红绿指示灯、分合闸按钮等组成。
5．实验台体
以上1-4项均嵌在实验台体上，并包含电力系统一次模拟图、电源和完善的人身安全防护措施。
电力系统一次模拟图面板上包含一次系统模型图、转换开关、断路器分合闸控制信号插孔、断路器辅助触点信号插孔及保护安装处的电流电压互感器二次侧信号插孔及短路按钮等。
常规继电器和LGDL-IV多功能微机保护实验装置可直接从电力系统一次模拟图面板上取信号进行成组继电保护实验。
6. PC机及配套软件
PC机作为实验操作控制主机，用于控制测试仪产生实验信号。PC机上配套安装如下软件：
1) 继电保护特性测试系统软件
用于控制微机型继电保护试验测试仪发出信号，测试各种继电器的动作特性。
2) 电力网信号源综合控制系统软件
可灵活组态各种结构的电网系统，实现可视化电力系统潮流分析、短路计算。既可单独作为潮流分析、短路分析软件使用，还可通过接口程序，将网络中各节点电压、各线路电流信号下载到微机型继电保护试验测试仪中，实时输出电网的潮流或故障信号。
（二）变电站信号控制系统
由变电站信号控制主机组成，控制主机上安装“电力网信号源综合仿真系统软件”，并与各套实训系统中的LGWX-III微机型继电保护试验测试仪构成变电站二次信号通信网络，实现变电站模型组态、潮流和故障控制。利用信号源控制主机设置变电站模型，控制多台微机型继电保护试验测试仪发出信号，模拟系统正常运行和各种故障情况。当模拟变电站正常运行时，电力网信号模拟仿真系统软件进行变电站潮流计算，控制主机将计算出的潮流信号通过网络通信同步下载到多台测试仪中，由信号源系统产生模拟量和各种开关量给保护测控系统；当模拟系统故障运行时，电力网信号模拟仿真系统软件进行变电站故障运算，控制主机将计算出的故障信号同步下载到信号源系统中，提供给保护测控系统。
（三）变电站综合自动化监控系统
为了更好地满足多用户的需求，同时方便实验教学，变电站综合自动化监控系统采用C/S结构，服务器与各套实训系统中的LGDL-IV多功能微机保护实验装置通信，实现遥测、遥信、遥控、遥调、运行监控及保护装置的定值管理和信息处理等功能。
四、系统功能与方案
（一）常规继电器特性测试操作实训
² 使用设备：每组学员使用1套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
² 可同时提供实验组数：可适用于12组学员（每组2～3人效果*好）同时进行实验、实训操作。
² 实验操作：
利用实验台体的微机型继电保护试验测试仪对各种常规继电器的特性进行检测操作考核及实训。
² 实训效果：
通过实训，可培训学员的继电保护现场测试操作技能。
² 实训项目：
1. 常规电流继电器特性测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测电流继电器的动作电流、返回电流、返回系数及动作时间测试。
2. 常规电压继电器特性测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测电压继电器的动作电压、返回电压、返回系数及动作时间测试。
3. 常规功率方向继电器特性测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测功率继电器的动作范围、*大灵敏角、角度特性、伏安特性。
4. 常规阻抗继电器特性测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测阻抗继电器的动作特性、*大灵敏角、记忆作用。
5. 常规差动继电器特性测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测差动继电器的比率制动特性。
6．时间继电器时间精度测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测继电器的动作时间，可将时间精度精确到毫秒级。
7．闪光继电器的动作测试操作实训
8．冲击继电器动作测试操作实训
9．一次重合闸继电器动作测试操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪手动或自动检测重合闸继电器动作特性和重合时间精度。
（二）微机保护测控装置的检测操作实训
² 使用设备：每组学员使用1套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
² 可同时提供实验组数：可适用于12组学员（每组2～3人效果*好）同时进行实验、实训操作。
² 实验操作：
利用实验台体的微机型继电保护试验测试仪对实验台体内嵌的LGDL-IV多功能实验装置的各种功能进行检测操作考核及实训。
² 实训效果：
通过实训，可培训学员的微机保护装置检测操作技能。
² 实训项目：
1. 10kV-35kV微机馈线保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测10kV馈线保护装置中的三段电流保护的动作电流、动作时间精度，反时限电流保护动作精度。
利用微机型继电保护试验测试仪特有的动作序列及录波功能，可检测10kV馈线保护装置的电流保护、一次重合闸、后加速保护等综合配合检测实验。
2. 110kV微机馈线保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测110kV保护装置中的三段接地距离、三段相间距离保护和零序电流保护的动作范围和动作时间精度。
利用微机型继电保护试验测试仪特有的动作序列及录波功能，可检测110kV线路保护装置的距离保护、零序电流保护、一次重合闸、后加速保护等综合配合检测实验。
3. 微机型变压器差动保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测变压器差动保护装置中的差动速断保护的精度、比率制动差动保护的制动特性曲线。
4. 微机型变压器后备保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测变压器后备保护装置中的低电压启动过电流、复合电压启动过电流保护、过负荷保护的动作定值精度、动作时间精度。
5. 电容器微机保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测电容器微机保护装置电流保护、过电压保护、母线失压保护等保护功能的动作定值精度、动作时间精度。
6. 电动机微机保护装置的检测操作实训
利用微机型继电保护试验测试仪检测电动机微机保护装置电流保护、负序过流保护、不平衡保护、堵转保护、起动时间过长等保护功能的动作定值精度、动作时间精度。
（三）微机继电保护实验
² 使用设备：每组学员使用1套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
² 可同时提供实验组数：可适用于12组学员（每组2～3人效果*好）同时进行实验、实训操作。
² 实验操作：
利用电力网信号源综合控制系统软件进行组态，灵活构建一次系统模型，并控制微机型继电保护试验测试仪发出正常运行及各种故障情况下的电压、电流信号，利用LGDL-IV多功能实验装置模拟各种成组微机保护装置，进行成套微机继电保护实验。可用于进行继电保护原理和技术考核。
² 实训效果：
通过实训，可使学员掌握微机继电保护装置的整定值设定、整定计算方法。
² 实训项目：
1. 10kV-35kV微机馈线保护综合实验
包括带方向三段电流保护、反时限电流保护、三相一次重合闸、(前)后加速保护、零序电压保护等实验。
2. 110kV微机馈线保护综合实验
包括三段接地距离、三段相间距离保护、零序电流保护、三相一次重合闸、后加速保护等实验。
3. 变压器保护综合实验
包括变压器差动速断保护、比率制动差动保护、过电流保护、低电压起动过电流保护、复合电压起动过电流保护、零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护等实验功能。
4. 电容器保护综合实验
包括限时电流速断保护、过电流保护、过电压保护、母线失压保护等实验。
5. 电动机保护综合实验
包括过电流保护、不平衡保护、接地保护、堵转保护、起动时间过长保护、低电压保护、断相、过热等保护实验。
（四）电气二次回路接线实训
² 使用设备：每组学员使用1套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
² 可同时提供实验组数：可适用于12组学员（每组2～3人效果*好）同时进行实验、实训操作。
² 实验操作：
利用实验台体的二次回路控制模组及常规继电器构成实验电路，利用微机型继电保护试验测试仪产生实验信号进行操作实训。
² 实训效果：
通过实训，可培训学员的电气二次接线操作技能。
² 实训项目：
1. 具有灯光监视的断路器控制回路的接线实训
2. 带防跳回路的断路器控制回路接的线实训
3. 闪光继电器构成的中央信号回路的接线实训
4. 冲击继电器构成的中央音响信号的接线实训
（五）变电站综合自动化操作实训及实验
² 使用设备：每组学员使用4-6套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统
² 可同时提供实验组数：可适用于2-3组学员同时进行实验、实训操作。
² 实验方案：
利用多套多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统可进行变电站综合自动化操作实训及实验。
本系统具有强大的组态功能和良好的开放性，可以根据实验设备的数量灵活组态任意结构的变电站进行实验。以6套设备组成的某一种变电站系统为例说明实验方案的组成。图1为一个35kV变电站，变电站的35kV进线、变压器、2回10kV出线及电容器的电压、电流信号分别用6台测试仪模拟产生，35kV线路保护、变压器保护、10kV出线保护及电容器保护分别用6台LGDL-IV多功能微机保护实验装置实现，通过菜单选择将各装置配置为不同的保护功能。

图1 变电站自动化综合实验构成示意图

变电站系统综合联网结构图如图2所示，具体包括两部分：
1) 变电站综合自动化通信网络及监控平台
利用6套实训系统中的LGDL-IV多功能微机保护实验装置组成变电站综合自动化通信网络，变电站监控系统采用C/S结构，即采用1台变电站综自监控管理服务器和2台从机实现多用户同时监控。

图2 综合联网结构示意图

变电站综合自动化监控软界面示意图如图3。（仅为示意，可根据真实的变电站结构灵活组态）

图3 变电站自动化后台监控界面

2) 变电站二次信号通信网络及控制平台
6套实验系统中的LGWX-III微机型继电保护试验测试仪组成变电站二次信号通信网络，并采用信号控制主机实现变电站模型组态、潮流和故障控制。
² 实训效果：
通过实训，可培训和考核学员的变电站运行与操作技能。
² 实训项目：
可完成变电站监控、35kV输电线路、变压器、10kV线路的运行和故障模拟、监测与保护、电容器投切运行及故障保护、电动机运行及故障保护、故障录波、遥测、遥控、遥信等实验、变电站电压调节及变电站运行操作实训、考核。
（六）课程设计及毕业设计
1. 可利用实训系统进行继电保护课程设计，方便地检验继电保护课程设计成果。
2. 可作为保护、测控、变电站综合自动化等相关方向的毕业设计平台。

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