工厂供电综合自动化实训系统

工厂供电综合自动化实训系统概述

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。

“THGDX-02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。

工厂供电综合自动化实训系统特点

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。

工厂供电综合自动化实训系统技术性能

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采用西门子PLC主机。

实训项目

• 工厂供电电气接线图的认知
  • 工厂供电一次电气接线模拟图的认知
  • 工厂供电二次控制回路接线及信号回路实训
  • 电压和电流互感器的接线方法
  • 工厂供电倒闸操作
• 工厂自动装置实训

• 备投投入条件测试
• 进线备投（明备用）及自适应
• 母联备投（暗备用）及自适应
• 无功补偿装置认知
• 手动/自动功率因数补偿
• 线路无功控制
• VQC电压无功控制

• 工厂高压线路的微机继电保护

• 模拟系统正常、大、小运行方式
• 模拟系统短路
• 电秒表的正确操作
• 微机线路保护装置参数整定操作
• 线路无时限电流速断保护
• 线路带时限电流速断保护
• 线路定时限过电流保护
• 线路反时限过电流保护
• 线路电流电压连锁保护
• 线路的接地保护

• 高压电动机的继电保护

• 变频器参数整定操作
• 变频器开环调速
• 三相异步电动机的启动方式
• 微机电动机保护装置参数整定操作
• 电动机的速断保护
• 电动机的反时限过流保护
• 电动机的低电压保护
• 电动机的接地保护

• 变压器微机继电保护

• 变压器电流速断保护
• 变压器过电流保护
• 变压器瓦斯保护
• 变压器过负荷保护

• 整体监控及综合自动化

• SCADA监控
• 线路故障定位、报警及切除
• 电能曲线分析及报表

六、RE-8000变电站监控软件

1、概述

电力综合自动化监控系统支持基于多种通讯方式的分布式体系结构，采用对象化的设备描述方法，系统的描述由传统的面向远动的数据列表方式变为层次方式，对象层次可以任意嵌套，能够更直观更方便地反映电力系统的构成。

2、监控系统的主要功能模块

• 数据采集处理SCADA 模块
• 事件显示/打印/报警模块
• 图形画面历史报表显示打印模块
• 图形编辑器模块
• 数据库定义模块
• 报表编辑器模块
• 规约管理器模块
• 历史存档模块

3、监控系统的特点      

1） 嵌入式实时库与商用库MS SQL Server 的无缝连接方式，以实时库为核心，实时数据的读写*从内存获得，系统实时数据库是层次半关系型结构，满足计算机监控系统对实时性的要求，数据及进程可动态迁移，保证系统负载的动态平衡，提高了系统的可靠性，优化了系统性能。

2） 采用*的网络事件驱动技术，在多种协议之上建立有用于网络消息传送的SoftBus信道，系统中各网络结点均可通过它传送和接收消息，从而扩充了Windows 事件驱动的技术，使系统在网络分布的形式下更好的遵守面向对象的设计思想，结构更加清晰。

3） 系统可根据不同的行政管理划分、地理位置信息、传输量及实时性要求，提供多种手段和方法构筑一个完善的分布式应用拓扑网络体系。

4） 采用组件对象模型的系统架构，其规范为IEC 61970 IEC 61968， 其中IEC 61970为SCADA/EMS 组件架构标准基础是美国电科院的CCAPI IEC 61968 ，为 DMS/LMS 配网电能计量负荷管理的组件架构标准，它们均是CORBA 在电力系统自动化领域的实现。上述优点是提供统一的应用接入标准，提供统一信息交换通道，即过去的SOFTBUS 技术，提供统一命令操作接口，优化分布式系统的效率。

5） 在与厂站或远方其他客户服务族互联时，支持多种标准网络通信协议，如TCP/IP X.25 ATM PPP SLIP 等并提供防火墙Firewall 机制有效隔离广播风暴。

6） 软件开发是利用建立在ActiveX 基础上的32 位的软件编译平台，采用面向对象的设计思想，软件功能模块可重新组态，保证了系统的可扩展性及可维护性。

7） 具有多种类型的规约库，包括部颁POLLING CDT SC-1801 IEC 870-5-101(102 \ 103)规约等，可按透明半透明不透明方式进行规约转换或转发。

8） 系统具有远程维护系统调试软件更新故障排除等功能。

9）  基于SVG 图形标准的统一界面，SVG 图形标准被AUTOCAD IE 等支持各种ActiveX控件，能够将它嵌入到其它的应用中，可以通过Web 向Internet 发布界面，与应用系统无关，仅仅是工程画面操作界面的制作便于统一管理。

10）  在采用双网结构时不单纯完成双机热备用的目的还增加了平衡网络负载的功能，在进行扰动数据传输时此功能能更好地保证系统的实时性。

11）  提供一种功能强大直观的高级计算处理语言，它所计算处理的对象直接选自实时数据库，计算结果可带时标存入数据库，使用户能方便灵活地增加新功能，高级计算处理环境提供的语言主要包括加、减、乘、除、幂运算、三角函数、LOG 函数、逻辑运算、位操作、系统时钟条件判断、循环语句、自定义过程调用、返回语句、函数调用、数据库操作、用户定义变量等。

12）  数据库能在线生成、修改和扩充，所有数据按名称访问，数据读写与数据处理对象绑定，与数据驻存地无关。

13）  监控系统包含了变电站的一些高级应用软件模块：电压无功控制VQC 应用模块、故障录波显示分析应用模块、小电流接地选线应用模块、五防系统应用模块等各个应用模块。既可与监控系统一体化运行，也可自成系统单独运行。

14）  具有网络拓扑分析和动态着色功能，动态着色是根据电网拓扑监视出的设备状态信息，以不同的颜色直观地显示出电力系统各个设备的电气状态。

4、主要功能

4.1、数据采集及处理功能

按电气间隔分布配置或集中配置综合测控终端完成开关量模拟量脉冲量等信息的采集及处理，并将处理后的信息上传。

4.2、控制操作功能

控制各电气间隔的断路器、电动隔离刀闸的分闸/合闸操作，控制操作可由站级工作站实现，也可在各间隔层测控终端通过手动操作完成。

4.3、防误操作闭锁控制功能 防误操作闭锁控制功能 防误操作闭锁控制功能 防误操作闭锁控制功能可以设计操作闭锁逻辑，达到防误操作。

4.4、报警及事件记录功能

将遥测越限、正常遥信变位、事故变位、SOE 、保护信息、遥控记录、操作记录等信息集中统一管理分类记录并处理。

4 .5、历史记录功能      

负责定期地将处理后的数据保留入历史库以供趋势分析统计计算之用。

4.6、显示打印功能

支持多窗口分层显示各种接线图、地理图、系统图、曲线潮流图、事件列表、保护信息报表、三维棒图等，可人工自动或定时打印各种报表曲线事件等。

4.7、 操作票系统功能

能生成预演执行管理及打印操作票

4.8、保护设备管理功能

保护设备库管理、定值召唤及设置保护信息的处理等。

4.9、故障录波分析功能

对系统采集的扰动数据处理保存并进行波形显示故障分析打印等

4.10、 电压无功控制功能

按十五区图以手动或自动方式进行电压无功控制VQC 

4.11 、小电流接地选线功能

发生小电流单相接地时系统自动报警并显示出接地的线路及相别

4.12、系统自诊断与自恢复功能      

系统会不断的进行自我诊断，如发生错误，会自行修复

4.13、远动功能      

可以实现数据的上传及远方控制

4.14 、远程监视和维护功能

利用Modem 实现远程监视及维护

4.15、 OPC服务器功能

可以作为OPC服务器使用，实现数据的无界限共享

 5、主要技术指标

5.1、系统大容量

• 遥测量2048 个
• 遥信量4096 个
• 遥控量256 个
• 遥调量128 个
• 电度量128 个

5.2、测控精度

5.2.1、模拟量测量准确度

• 交流电流电压量 0.2% 
• 直流电流电压量 0.2% 
• 功率电度量 0.5% 
• 频率 0.02Hz 

5.2.2 脉冲输入量

• 允许脉冲宽度 10ms 
• 允许脉冲电平 30V 

5.2.3 事故顺序记录

• 记录分辨率 2ms 

5.2.4 遥控动作成功率

• 遥控动作成功率 100% 

5.3有实时数据的画面整幅调出响应时间

• 画面调入 2s 
• 数据刷新 1s(可设定)  

5.4数据处理速度

• 从数据采集到主站显示 3s 
• 遥调命令传输时间 2s(可设定) 
• 遥控命令选择执行或撤销传输时间1s(可设定) 

5.5数据通信

5.5.1 站内通信

• 以太网结构网络、ModBus-RTU

5.5.2远方转发      

• 主备信道自动切换
• 速率300～64000 bps 

5.6 历史数据存档

• 测量数据存档小时间间隔为1Min 生存周期为2年

• 七、供配电倒闸操作仿真训练教学软件

   

  软件分为两大部分，分别是送电操作和停电操作。送电操作和停电操作中各包括5个实训项目，依次是主变送电与停电、厂变送电与停电、机组送电与停电、直流屏送电与停电、冬用变送电与停电，每个项目中又包括若干个项目进程。软件采用三维可视化控制技术而制作，具有很强的情景性、过程性与互动性。

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  三、系统技术路线要求

  在教学设计上，每个单元精心设计了认知、应用过程、纠错等内容，在媒体设计上，以三维可视化编程技术为主，3ds Max制作动画素材，以更好地实现情境性与过程性。以便操作者循序渐进地得到训练。

  本系统做到了认识与实践相结合，实验与实训相结合，操作与指导相结合的方针，采用三维动画技术，具有很强的职业性、情景性、过程性、智能性。