工廠供電綜合自動化實訓系統

工廠供電綜合自動化實訓系統概述

現代化工廠（特別是大型企業）供電負荷密度大，供電方式復雜，可靠性要求高，電能質量要求嚴格，還要求考慮更高的靈活性，以適應供電負荷不斷增加和供電網絡升級的需要。針對這種情況，將綜合自動化技術融入到工廠供電系統中已成為一種必然趨勢和發展方向。

“THGDX-02工廠供電綜合自動化實訓系統”正是依據高職高專《工廠電器與供電》、《電氣設備及運行維護》、《供配電技術》、《供用電網絡繼電保護》、《配電系統自動化》和《配電網自動化技術》等課程的實訓教學要求，結合工廠供電系統的實際應用和發展而設計的綜合型實訓系統。

工廠供電綜合自動化實訓系統特點

全面性：清楚地反映典型工廠供電系統的一次和二次部分，綜合采用多種工廠供電實際應用的電氣設備。能夠實現工廠供電系統的受電、輸送、分配、控制、保護等實踐技能訓練要求；

先進性：綜合微機繼電保護、電量計量、PLC和工控組態等微機職能檢測控制的相關技術，采用分層分布式控制方式，組建成集控制、保護、測量和信號為一體的綜合自動化實驗平臺；

實用性：系統結構清晰，運行靈活，操作可靠。

工廠供電綜合自動化實訓系統技術性能

1. 輸入電源：三相四線 AC380V±10% 50±2%Hz；

2. 整機容量：≤3kVA；

3. 實訓臺采用鐵質亞光密紋噴塑，鋁質面板；

4. RS-485和以太網兩種通訊接口；標準MODBUS通訊協議；

5. 微機保護裝置測量元件精度：刻度誤差：不大于1%；測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms。

6. 實訓系統由供配電系統主接線模擬屏、計量柜、控制柜、監控軟件等四部分構成。

7. 實訓系統能模擬中型工廠的供配電系統，采用控制屏結構，一次主接線印于鋁面板上。由35 kV，10kV，兩個不同的電壓等級構成 ，整個系統有兩路35kV進線，其中一路正常供電，另一路作為備用，通過備自投自動切換;35kV母線出線有兩路分支，一路送其他分廠，一路經總降變降壓為10kV母線的進線電源1供本地使用；為了保證供電可靠性，另加一路電源作為10kV母線的進線電源2。進線電源1和進線電源2互為暗備用，分別給10kVⅠ段母線和10kVⅡ段母線供電，兩者也可通過備自投自動切換。為了保證一次線路供電的可靠性，配置了微機備自投，微機線路和微機變壓器保護；為了保證高壓電動機的穩定運行，配置了高壓電動機保護；為了提高用電質量，配置了無功補償裝置；為了實現自動化控制，配置了PC機和PLC控制器，實現了整個系統的“四遙”功能。

8. 計量柜包括：三只指針式交流電壓表（精度1.0級，量程：0～500V）；三只指針式交流電流表（精度1.0級，量程：0～5A）；指針式三相有功功率表和三相無功功率表各一只；電子式有功無功組合電能表（1只）：測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01HZ；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms；三相智能采集模塊（3只）：測量精度：電流、電壓0.2％，其他電量0.5％；帶RS-485通信接口；數字式電秒表（1只）：測量范圍0.0001S-9999.9S，測量誤差≤±5×10-5×量程±1個尾數字，有連續和觸動兩種功能。適應空觸點或5V-250V正極性電信號。連續性手動復零，觸動性即可手動復零，也可隨測量信號自動復零。

9. 控制柜包括：微機線路保護裝置（1只）：具有三段式過流保護，低壓閉鎖電流保護，單相接地保護，反時限過流保護，過電流前加速，過電流后加速，重合閘等功能；微機電動機保護裝置（1只）：具有電流速斷，過電流，電流反時限，零序過流保護，負序電流保護和低電壓保護等功能；微機變壓器保護裝置（1只）：具有電流速斷，過電流，電流反時限，零序過流保護，負序電流保護和低電壓保護等功能；微機無功補償裝置（1只）：能自動追蹤電網功率因數并控制電容器組的投切，具有手動和自動投切功能。根據變壓器的無功功率進行分相補償，電容器組循環工作，使每組電容器均勻投運，從而減少電能損耗和電壓損失，提高設備的使用效率；微機備自投裝置（1只）：有進線備投和母聯備投方式可選 ，當主進線電源模擬故障失電后，備自投裝置能自動地將備用進線電源投到工作母線上，以此保證連接在工作母線上的負荷仍能正常工作，提高供電的可靠性和穩定性。同時具有自適應功能，當檢測到主進線電源恢復時，自動斷開備用進線斷路器，延時閉合主進線，實現主進線電壓恢復時自動切換后投入過程；同時要求所有的微機保護裝置均采用TI公司的高性能DSP作為控制核心芯片，采集外部系統的電流、電壓以及輸入輸出開關量，并送液晶顯示。具有故障錄波功能，可顯示故障波形。尖峰諧波綜合保護器(2只)：采用四星形接法，可將相間過電壓大大降低，保護的可靠性大為提高。用氧化鋅非線性電阻和高能碳化硅組合結構，實現優勢互補，提高了產品的使用壽命。電壓沖擊系數為1，在各種電壓波形下放電電壓值相等，不受各種操作過電壓波形影響。過電壓保護值準確，保護性能優良。保護的閥值電壓低，保護效果好，如400V系統，保護電壓低可以達到430v以下，只要超過430V的各種干擾過電壓，都可以很好的濾除；（尖峰諧波綜合保護器需提供國家發明證書和型式檢驗報告，現場提供樣機。）

10. 上位機得監控軟件，監控主機與現場智能設備采用RS485總線，Modbus-RTU協議構建底層監控網絡。主要實現以下功能：1、對供配電一次系統進行組態，實時顯示主接線的變化；2、實時采集、顯示、存儲各類電量參數；3、對采集的各種電量量可生成實時和歷史曲線和報表，以利于實驗者比較、分析實驗數據；4、監視各斷路器位置、保護動作出口狀態；能夠控制輸電線路斷路器的跳/合閘；5、根據采集的母線電量實現對電壓、無功的自動調整。

11. PLC采用西門子PLC主機。

實訓項目

• 工廠供電電氣接線圖的認知
  • 工廠供電一次電氣接線模擬圖的認知
  • 工廠供電二次控制回路接線及信號回路實訓
  • 電壓和電流互感器的接線方法
  • 工廠供電倒閘操作
• 工廠自動裝置實訓

• 備投投入條件測試
• 進線備投（明備用）及自適應
• 母聯備投（暗備用）及自適應
• 無功補償裝置認知
• 手動/自動功率因數補償
• 線路無功控制
• VQC電壓無功控制

• 工廠高壓線路的微機繼電保護

• 模擬系統正常、大、小運行方式
• 模擬系統短路
• 電秒表的正確操作
• 微機線路保護裝置參數整定操作
• 線路無時限電流速斷保護
• 線路帶時限電流速斷保護
• 線路定時限過電流保護
• 線路反時限過電流保護
• 線路電流電壓連鎖保護
• 線路的接地保護

• 高壓電動機的繼電保護

• 變頻器參數整定操作
• 變頻器開環調速
• 三相異步電動機的啟動方式
• 微機電動機保護裝置參數整定操作
• 電動機的速斷保護
• 電動機的反時限過流保護
• 電動機的低電壓保護
• 電動機的接地保護

• 變壓器微機繼電保護

• 變壓器電流速斷保護
• 變壓器過電流保護
• 變壓器瓦斯保護
• 變壓器過負荷保護

• 整體監控及綜合自動化

• SCADA監控
• 線路故障定位、報警及切除
• 電能曲線分析及報表

六、RE-8000變電站監控軟件

1、概述

電力綜合自動化監控系統支持基于多種通訊方式的分布式體系結構，采用對象化的設備描述方法，系統的描述由傳統的面向遠動的數據列表方式變為層次方式，對象層次可以任意嵌套，能夠更直觀更方便地反映電力系統的構成。

2、監控系統的主要功能模塊

• 數據采集處理SCADA 模塊
• 事件顯示/打印/報警模塊
• 圖形畫面歷史報表顯示打印模塊
• 圖形編輯器模塊
• 數據庫定義模塊
• 報表編輯器模塊
• 規約管理器模塊
• 歷史存檔模塊

3、監控系統的特點      

1） 嵌入式實時庫與商用庫MS SQL Server 的無縫連接方式，以實時庫為核心，實時數據的讀寫*從內存獲得，系統實時數據庫是層次半關系型結構，滿足計算機監控系統對實時性的要求，數據及進程可動態遷移，保證系統負載的動態平衡，提高了系統的可靠性，優化了系統性能。

2） 采用*的網絡事件驅動技術，在多種協議之上建立有用于網絡消息傳送的SoftBus信道，系統中各網絡結點均可通過它傳送和接收消息，從而擴充了Windows 事件驅動的技術，使系統在網絡分布的形式下更好的遵守面向對象的設計思想，結構更加清晰。

3） 系統可根據不同的行政管理劃分、地理位置信息、傳輸量及實時性要求，提供多種手段和方法構筑一個完善的分布式應用拓撲網絡體系。

4） 采用組件對象模型的系統架構，其規范為IEC 61970 IEC 61968， 其中IEC 61970為SCADA/EMS 組件架構標準基礎是美國電科院的CCAPI IEC 61968 ，為 DMS/LMS 配網電能計量負荷管理的組件架構標準，它們均是CORBA 在電力系統自動化領域的實現。上述優點是提供統一的應用接入標準，提供統一信息交換通道，即過去的SOFTBUS 技術，提供統一命令操作接口，優化分布式系統的效率。

5） 在與廠站或遠方其他客戶服務族互聯時，支持多種標準網絡通信協議，如TCP/IP X.25 ATM PPP SLIP 等并提供防火墻Firewall 機制有效隔離廣播風暴。

6） 軟件開發是利用建立在ActiveX 基礎上的32 位的軟件編譯平臺，采用面向對象的設計思想，軟件功能模塊可重新組態，保證了系統的可擴展性及可維護性。

7） 具有多種類型的規約庫，包括部頒POLLING CDT SC-1801 IEC 870-5-101(102 \ 103)規約等，可按透明半透明不透明方式進行規約轉換或轉發。

8） 系統具有遠程維護系統調試軟件更新故障排除等功能。

9）  基于SVG 圖形標準的統一界面，SVG 圖形標準被AUTOCAD IE 等支持各種ActiveX控件，能夠將它嵌入到其它的應用中，可以通過Web 向Internet 發布界面，與應用系統無關，僅僅是工程畫面操作界面的制作便于統一管理。

10）  在采用雙網結構時不單純完成雙機熱備用的目的還增加了平衡網絡負載的功能，在進行擾動數據傳輸時此功能能更好地保證系統的實時性。

11）  提供一種功能強大直觀的高級計算處理語言，它所計算處理的對象直接選自實時數據庫，計算結果可帶時標存入數據庫，使用戶能方便靈活地增加新功能，高級計算處理環境提供的語言主要包括加、減、乘、除、冪運算、三角函數、LOG 函數、邏輯運算、位操作、系統時鐘條件判斷、循環語句、自定義過程調用、返回語句、函數調用、數據庫操作、用戶定義變量等。

12）  數據庫能在線生成、修改和擴充，所有數據按名稱訪問，數據讀寫與數據處理對象綁定，與數據駐存地無關。

13）  監控系統包含了變電站的一些高級應用軟件模塊：電壓無功控制VQC 應用模塊、故障錄波顯示分析應用模塊、小電流接地選線應用模塊、五防系統應用模塊等各個應用模塊。既可與監控系統一體化運行，也可自成系統單獨運行。

14）  具有網絡拓撲分析和動態著色功能，動態著色是根據電網拓撲監視出的設備狀態信息，以不同的顏色直觀地顯示出電力系統各個設備的電氣狀態。

4、主要功能

4.1、數據采集及處理功能

按電氣間隔分布配置或集中配置綜合測控終端完成開關量模擬量脈沖量等信息的采集及處理，并將處理后的信息上傳。

4.2、控制操作功能

控制各電氣間隔的斷路器、電動隔離刀閘的分閘/合閘操作，控制操作可由站級工作站實現，也可在各間隔層測控終端通過手動操作完成。

4.3、防誤操作閉鎖控制功能 防誤操作閉鎖控制功能 防誤操作閉鎖控制功能 防誤操作閉鎖控制功能可以設計操作閉鎖邏輯，達到防誤操作。

4.4、報警及事件記錄功能

將遙測越限、正常遙信變位、事故變位、SOE 、保護信息、遙控記錄、操作記錄等信息集中統一管理分類記錄并處理。

4 .5、歷史記錄功能      

負責定期地將處理后的數據保留入歷史庫以供趨勢分析統計計算之用。

4.6、顯示打印功能

支持多窗口分層顯示各種接線圖、地理圖、系統圖、曲線潮流圖、事件列表、保護信息報表、三維棒圖等，可人工自動或定時打印各種報表曲線事件等。

4.7、 操作票系統功能

能生成預演執行管理及打印操作票

4.8、保護設備管理功能

保護設備庫管理、定值召喚及設置保護信息的處理等。

4.9、故障錄波分析功能

對系統采集的擾動數據處理保存并進行波形顯示故障分析打印等

4.10、 電壓無功控制功能

按十五區圖以手動或自動方式進行電壓無功控制VQC 

4.11 、小電流接地選線功能

發生小電流單相接地時系統自動報警并顯示出接地的線路及相別

4.12、系統自診斷與自恢復功能      

系統會不斷的進行自我診斷，如發生錯誤，會自行修復

4.13、遠動功能      

可以實現數據的上傳及遠方控制

4.14 、遠程監視和維護功能

利用Modem 實現遠程監視及維護

4.15、 OPC服務器功能

可以作為OPC服務器使用，實現數據的無界限共享

 5、主要技術指標

5.1、系統大容量

• 遙測量2048 個
• 遙信量4096 個
• 遙控量256 個
• 遙調量128 個
• 電度量128 個

5.2、測控精度

5.2.1、模擬量測量準確度

• 交流電流電壓量 0.2% 
• 直流電流電壓量 0.2% 
• 功率電度量 0.5% 
• 頻率 0.02Hz 

5.2.2 脈沖輸入量

• 允許脈沖寬度 10ms 
• 允許脈沖電平 30V 

5.2.3 事故順序記錄

• 記錄分辨率 2ms 

5.2.4 遙控動作成功率

• 遙控動作成功率 100% 

5.3有實時數據的畫面整幅調出響應時間

• 畫面調入 2s 
• 數據刷新 1s(可設定)  

5.4數據處理速度

• 從數據采集到主站顯示 3s 
• 遙調命令傳輸時間 2s(可設定) 
• 遙控命令選擇執行或撤銷傳輸時間1s(可設定) 

5.5數據通信

5.5.1 站內通信

• 以太網結構網絡、ModBus-RTU

5.5.2遠方轉發      

• 主備信道自動切換
• 速率300～64000 bps 

5.6 歷史數據存檔

• 測量數據存檔小時間間隔為1Min 生存周期為2年

• 七、供配電倒閘操作仿真訓練教學軟件

   

  軟件分為兩大部分，分別是送電操作和停電操作。送電操作和停電操作中各包括5個實訓項目，依次是主變送電與停電、廠變送電與停電、機組送電與停電、直流屏送電與停電、冬用變送電與停電，每個項目中又包括若干個項目進程。軟件采用三維可視化控制技術而制作，具有很強的情景性、過程性與互動性。

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  三、系統技術路線要求

  在教學設計上，每個單元精心設計了認知、應用過程、糾錯等內容，在媒體設計上，以三維可視化編程技術為主，3ds Max制作動畫素材，以更好地實現情境性與過程性。以便操作者循序漸進地得到訓練。

  本系統做到了認識與實踐相結合，實驗與實訓相結合，操作與指導相結合的方針，采用三維動畫技術，具有很強的職業性、情景性、過程性、智能性。