中人ZRGDX-02工厂供电综合自动化实训系统

一、 概 述

现代化工厂（特别是大型企业）供电负荷密度大，供电方式复杂，可靠性要求高，电能质量要求严格，还要求考虑更高的灵活性，以适应供电负荷不断增加和供电网络升级的需要。针对这种情况，将综合自动化技术融入到工厂供电系统中已成为一种必然趋势和发展方向。

“工厂供电综合自动化实训系统”正是依据高职高专《工厂电器与供电》、《电气设备及运行维护》、《供配电技术》、《供用电网络继电保护》、《配电系统自动化》和《配电网自动化技术》等课程的实训教学要求，结合工厂供电系统的实际应用和发展而设计的综合型实训系统。

二、 特 点

全面性：清楚地反映典型工厂供电系统的一次和二次部分，综合采用多种工厂供电实际应用的电气设备。能够实现工厂供电系统的受电、输送、分配、控制、保护等实践技能训练要求；

先进性：综合微机继电保护、电量计量、plc和工控组态等微机职能检测控制的相关技术，采用分层分布式控制方式，组建成集控制、保护、测量和信号为一体的综合自动化实验平台；

实用性：系统结构清晰，运行灵活，操作可靠。

三、 技术性能

1. 输入电源：三相四线 AC380V±10% 50±2%Hz；

2. 整机容量：≤3kVA；

3. 实训台采用铁质亚光密纹喷塑，铝质面板；

4. RS-485和以太网两种通讯接口；标准MODBUS通讯协议；

5. 微机保护装置测量元件精度：刻度误差：不大于1%；测量电流：0.2级；母线电压：0.2级；输出精度：0.2级；频率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5级；通讯分辨率：不大于1ms。

6. 实训系统由供配电系统主接线模拟屏、计量柜、控制柜、监控软件等四部分构成。

7. 实训系统能模拟中型工厂的供配电系统，采用控制屏结构，一次主接线印于铝面板上。由35 kV，10kV，两个不同的电压等级构成 ，整个系统有两路35kV进线，其中一路正常供电，另一路作为备用，通过备自投自动切换;35kV母线出线有两路分支，一路送其他分厂，一路经总降变降压为10kV母线的进线电源1供本地使用；为了保证供电可靠性，另加一路电源作为10kV母线的进线电源2。进线电源1和进线电源2互为暗备用，分别给10kVⅠ段母线和10kVⅡ段母线供电，两者也可通过备自投自动切换。为了保证一次线路供电的可靠性，配置了微机备自投，微机线路和微机变压器保护；为了保证高压电动机的稳定运行，配置了高压电动机保护；为了提高用电质量，配置了无功补偿装置；为了实现自动化控制，配置了PC机和PLC控制器，实现了整个系统的“四遥”功能。

8. 计量柜包括：三只指针式交流电压表（精度1.0级，量程：0～500V）；三只指针式交流电流表（精度1.0级，量程：0～5A）；指针式三相有功功率表和三相无功功率表各一只；电子式有功无功组合电能表（1只）：测量电流：0.2级；母线电压：0.2级；输出精度：0.2级；频率：0.01HZ；P、Q、COSΦ；0.5级；通讯分辨率：不大于1ms；三相智能采集模块（3只）：测量精度：电流、电压0.2％，其他电量0.5％；带RS-485通信接口；数字式电秒表（1只）：测量范围0.0001S-9999.9S，测量误差≤±5×10-5×量程±1个尾数字，有连续和触动两种功能。适应空触点或5V-250V正极性电信号。连续性手动复零，触动性即可手动复零，也可随测量信号自动复零。

9. 控制柜包括：微机线路保护装置（1只）：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；微机电动机保护装置（1只）：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；微机变压器保护装置（1只）：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；微机无功补偿装置（1只）：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；微机备自投装置（1只）：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；同时要求所有的微机保护装置均采用TI公司的高性能DSP作为控制核心芯片，采集外部系统的电流、电压以及输入输出开关量，并送液晶显示。具有故障录波功能，可显示故障波形。

尖峰谐波综合保护器(2只)：采用四星形接法，可将相间过电压大大降低，保护的可靠性大为提高。用氧化锌非线性电阻和高能碳化硅组合结构，实现优势互补，提高了产品的使用寿命。电压冲击系数为1，在各种电压波形下放电电压值相等，不受各种操作过电压波形影响。过电压保护值准确，保护性能优良。保护的阀值电压低，保护效果好，如400V系统，保护电压最低可以达到430v以下，只要超过430V的各种干扰过电压，都可以很好的滤除；（尖峰谐波综合保护器需提供国家发明专利证书和型式检验报告，现场提供样机。）

10. 上位机得监控软件，监控主机与现场智能设备采用RS485总线，Modbus-RTU协议构建底层监控网络。主要实现以下功能：1、对供配电一次系统进行组态，实时显示主接线的变化；2、实时采集、显示、存储各类电量参数；3、对采集的各种电量量可生成实时和历史曲线和报表，以利于实验者比较、分析实验数据；4、监视各断路器位置、保护动作出口状态；能够控制输电线路断路器的跳/合闸；5、根据采集的母线电量实现对电压、无功的自动调整。

11. PLC采用施耐德PLC主机。
12.教学软件

1、用电安全与触电急救仿真教学软件

软件采用二维与三维结合的虚拟画面，教导学生用电的安全和急救方法，软件内设有单相触电、两相触电、跨步触电、低压触电急救、高压触电急救、人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法等原理讲解与教学，单相触电分维修带电断线、维修插座触电、室外触电等原理演示。低压触电和高压触电教学主要为学生讲解演示如何解救处于低压触电或者高压触电时的人，人工呼吸救护法、牵手呼吸救护法、胸外心脏按压就护法采用采用3D虚拟仿真技术展示，经过渲染和润色，使模型看起来与真实部件一般无二，画面逼真。通过实训能够对学生进行实训室安全用电教育，提高学生的安全意识，使学生学会一些自救的方法，让学生在遇到危险时能采取一定的安全措施，保护自己，以及熟悉各种电气事故产生的原因和处理电气事故的实用操作措施，减少电气事故的发生。

2、维修电工电子电机与职业资格培训考评仿真软件

本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件即可手动设置故障也能自动设置故障，本软件通过电路图中绿色的框选择手动设置故障点（最多可以设置39个故障点），也可以通过系统自动进行随机1个故障点设置，随机两个故障点设置，随机三个故障点设置，随机四个故障点设置，随机五个故障点设置，本软件内有工具箱，元件库，放大镜，电路图等功能，可通过工具箱可选择万用表进行检测，通过元件库选择合适的元件，通过放大镜可以清楚的了解各个元器件及电路。本软件通过电动机星三角启动控制电路故障的设置，并经过种种排查，让学生了解电动机星三角启动控制电路的工作原理及电路结构。

3、虚拟频谱仪、逻辑分析仪、示波器、三用表仿真软件：

本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件的功能有：电阻的测量、交流电压的测量（测量变压器，若变压器测量烧坏多用表时，冒黑烟提示并可以重置多用表）、晶体管的极性判断、直流电压测量（通电流表档时灯光亮）、直流电流的测量、以及电容好坏的判断。本软件可任意拖动红色与黑色笔头，2个笔头拖拽至被测物体上定位时显示红圈，如未定位准确无红圈显示，并在进行错误操作的时（如所选量程错误、所测数据错误等等），仪表指针将无反应、提示错误重新测量等，本多用表可选择交流电压档，直流电压档，电阻档，电流档，电阻调0，并且可放大显示数据，可清楚观看所测数据大小。学生可以通过本软件学习多用表的正确使用方法。

4、单片机、plc可编程设计与控制虚拟仿真软件：

本软件基于unity3d开发，内置实验步骤、实验指导书、电路图、组件列表、连接线路、接通电源、电路图、场景重置、返回等按钮，在连线及代码正确后，可以通过启动/停止、正向运动、反向运动按钮操作三维机床模型运动，在连接线路状态下，三维机床模型可进行放大/缩小、平移。

1.继电器控制：阅读实验指导书，并进入实验，通过识读电路图，选择组件列表中的继电器、热继电器、开关等元器件以拖拽的形式布局至电器柜中，限位器置于三维机床模型上，可选择盖盖子，部分元器件名称可重命名，然后点击连接线路按钮，将端子对端子进行连线，将机床电路连接成功后，选择接通电源，进行操作，若组件或线路连接错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

2.PLC控制：实验同继电器控制，增加PLC控制功能，在连线完成后，通过PLC编码按钮，进入程序编写界面，编写正向与反向2条程序，共有12个梯形图符号，编写完成后，选择提交进行程序验证。验证成功后，接通电源进行操作，组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

3.单片机控制：实验同继电器控制，增加单片机控制功能，在连线完成后，通过C编码按钮进入编程界面，输入正确的C语言代码，提交验证成功后，接通电源进行操作，组件、线路连接、代码错误将弹出提示错误框，可随时进行场景重置。

四、 实训项目

1. 工厂供电电气接线图的认知

(1) 工厂供电一次电气接线模拟图的认知

(2) 工厂供电二次控制回路接线及信号回路实训

(3) 电压和电流互感器的接线方法

(4) 工厂供电倒闸操作

2. 工厂自动装置实训

(1) 备投投入条件测试

(2) 进线备投（明备用）及自适应

(3) 母联备投（暗备用）及自适应

(4) 无功补偿装置认知

(5) 手动/自动功率因数补偿

(6) 线路无功控制

(7) VQC电压无功控制

3. 工厂高压线路的微机继电保护

(1) 模拟系统正常、最大、最小运行方式

(2) 模拟系统短路

(3) 电秒表的正确操作

(4) 微机线路保护装置参数整定操作

(5) 线路无时限电流速断保护

(6) 线路带时限电流速断保护

(7) 线路定时限过电流保护

(8) 线路反时限过电流保护

(9) 线路电流电压连锁保护

(10) 线路的接地保护

4. 高压电动机的继电保护

(1) 变频器参数整定操作

(2) 变频器开环调速

(3) 三相异步电动机的启动方式

(4) 微机电动机保护装置参数整定操作

(5) 电动机的速断保护

(6) 电动机的反时限过流保护

(7) 电动机的低电压保护

(8) 电动机的接地保护

5. 变压器微机继电保护

(1) 变压器电流速断保护

(2) 变压器过电流保护

(3) 变压器瓦斯保护

(4) 变压器过负荷保护

6. 整体监控及综合自动化

(1) SCADA监控

(2) 线路故障定位、报警及切除

(3) 电能曲线分析及报表

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