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CKM-S21 10KV/0.4KV配电室仿真系统
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CKM-S21 10KV/0.4KV配电室仿真系统

一、系统概述

高低压配电仿真系统是利用高低压配电设备,运用仿真手段及微机控制软件,模拟客户高低压配电装置实际运行状态的仿真系统,该系统将理论知识与实际进行有机结合,实现对各类电力营销、运行、检查人员的实际操作技能、客户现场、突发电力运行事故处理能力的培训,达到提高电力营销人员综合业务技能水平的目的。
通过本系统,完成营销业务中涉及现场作业的用电检查、电能计量、用电现场管理、业扩报装、营业抄收、合同管理等专业的实操培训以及专业考试。

二、硬件系统

该配电仿真系统主要仿真的是10KV/0.4 KV两路电源配电的高低压配电室,共19面盘柜,其中高压设备有高压进线柜2面、高压出线柜2面、高压联络柜1面、高压PT柜1面、高压计量柜2面、变压器柜2面、保护柜1面;低压设备有低压进线柜2面、低压出线柜2面、低压联络柜1面,低压计量柜1面、电容器补偿柜1、面变压器为800kVA,10/0.4kV两台、直流柜1面、计算机控制系统及软件一套。
每个柜体中加入故障模拟器,故障模拟器主要监测线路电压、电流、功率及监测断路器动作状态。
程控模拟负荷源主要给开关柜提供动作电源及信号电源。进线柜中程控模拟负荷源主要给综合保护测控装置提供保护动作所需信号,计量柜中程控模拟负荷源主要给计量仪表提供电压、电流及相位数值,出线柜中程控模拟负荷源主要模拟负载,程控模拟负荷源可输出三相不同幅值、不同相角的电压电流信号,完全模拟实际负载。

1。1。2硬件系统参数

程控模拟负荷源:
  •  输出单相或三相工频正弦电压、电流和相位。
  • 程控或手控方式键盘操作,实现三相三线/四线、有功/无功、电压、电流输出量程、相位实验点选择。
  • 输出电压: 100V 、 220V 、 380V ,每个量程 0 ~ 120% 连续可调,调节细度: 0.01%
  •  输出电流: 1A 、 2.5A 、 5A 、 10A 、 25A 、 50A ,100A每个量程 0 ~ 120% 连续可调调节细度: 0.01% ,并具有 0 ~ 199.9mA 的电流输出功能
  •  输出电压、电流稳定度 <0.05% (PF=1, 3min)
  • 输出频率: 45.0 Hz ~ 65.0Hz ,调节细度: 0.1Hz
  •  输出相位: 0° ~ 359.9° ,调节细度: 0.1° ,并设有 0.5(C) 、 0.8(C) 、 1.0 、 0.8(L) 、 0.5(L) 五个相位试验点
1.1.3系统示意图:

三、 软件系统

 配电室仿真软件系统,是借助于计算机软件及网络技术,通过严格的数学模型运算对变电站的真实设备进行状态模拟。 该系统基于Windows操作系统进行开发,其开发工具为Delphi 2007,数据库采用MS SQL SERVER 2000,并通过ADO 技术进行对数据库的连接,网络通讯部分则采用WinSock 技术。软件系统为利用先进的计算机技术、模型技术、网络通讯技术、多媒体技术等多种高科技手段构成的一种高效的、实用的后台监测系统,
系统配备教练机与学员机,教练机与学员机通过网络连接,具有实时性、稳定性、可扩展性等特点,教员机可对单一的学员机分别进行单独的故障设置也对全部的学员机进行同一故障设置,学员在各自的学员机上进行独立操作,互不影响。同时通过通信服务器,系统还可以和外部系统通信,完成数据交换等功能。  
(1)学员机功能
具有运行状况显示功能;具有一、二次设备操作功能;具有运行参数调整功能;具有设备参数调阅功能;具有就地操作功能;具有软表盘功能。
(2)教练机功能
具有工况选择、保存功能;具有修改参数功能;具有异常运行、故障、复合故障设置功能。包括以下方面:
  • 可以对学员的操作情况进行远程监控。
  • 可以对学员机进行加故障操作。
  • 可以对数据库进行备份和还原。
  • 可以对学员信息进行增加、删除管理。

四、特点

1、      真实:完全采用真实的高低压设备,其高低压设备的操作、各指示灯状态、仪表显示值、保护设备的参数设置和动作,与真实的高低压配电室一模一样,其故障产生时的各种声、光、电效果与实际现场一样,使学员有一种身临其境的感觉。
2、      安全:采用功率元件模拟高压电源和多种保护措施相结合的安全设计方案  ,使本系统具有较高的安全性能,防止学员误触电而造成人身伤害。
3、      高效:因为学员在真实的运行系统中很难经常碰到故障的发生,因此学员的应急处理能力也只有在工作多年以后才会逐步提高。本系统应该能随时仿真这些故障的发生及现象,提高学员实际操作技能培训的效率,提高学员在各种故障状态下的应急处理能力。
 
4、      智能化:采用计算机监控系统,通过计算机操作,自动实现各种故障现象的模拟仿真。考试功能具有自动判别学员的得分并统计得分情况。

五、培训专业以及可实现功能

本系统可根据专业不同进行重点培训,所培训的专业有:用电检查、电能计量、用电现场管理业扩报装、抄核收、、供用电合同等专业。
系统按照高低压配电设备正常运行以及异常运行中产生的各种现象进行展示,展示方式主要有:故障现象的声音报警、故障产生的光显示、以及故障时各种开关的状态、指示仪表显示。
下面按照本系统所培训专业以及实现的功能进行详细说明。
1、   用电检查专业
高低压配电设备正常运行状态仿真:即展示配电设备在正常运行时的状态,高低压开关柜的一次以及二次部分完全按照真实设备运行状态的电流电压比例。各开关仪表按照运行状态指示。(这些操作以及状态包括:仿真分合闸(声光指示)、低压开关的合闸与分闸操作、高低压设备可联合与独立运行、低压双电源切换)。
运行安全异常仿真:即展示高低压配电设备由于某种原因造成高低压配电设备的异常运行状态,(这些故障现象包括:单元件故障、系统故障及安全操作等) 。
检查供用电合同及有关协议履行情况的仿真:在低压出线柜每路出线设有显示屏,显示该路负载的用电性质,软件可以设置每路用电性质及负荷情况。
变压器异常运行仿真:即在异常状态下,变压器所表现出的各现象仿真。(这些故障现象包括:内部故障及外部故障)
2、   电能计量专业
高低压电能计量装置运行与装表接电仿真:即进行电能计量装置的现场装拆、检验、以及装拆过程中误操作后产生的各自现象的演示,软件可接受接线状态并显示接线是否正确。
电能计量装置校验仿真:即通过系统产生电流电压使二次回路产生真实的电流电压进行校验、测试等。(这些仿真功能包括:电能计量装置现场校验、高压PT、CT容量测试、高压PT二次压降测试、)
3、   抄核收专业
电能计量装置指示数的抄录、预付费电能计量装置、有功无功电能的抄读、电容补偿装置的辩识、以及总分表关系的仿真。在出线柜上设置不同类型电表,可对学员进行不同类型电表的抄读及不同抄表方式(手工抄表、红外抄表器抄表及远程抄表)的培训,可通过软件设置电表总分关系及电能表异常(失压、失流、逆相序等),培训学员异常检查的技能。(这些仿真功能包括:电能表总分关系设置、补偿电容器故障判断、电容自动补偿的指示功能、预购电装置投切)
4、   用电现场管理
本系统模拟客户配电现场,提供用电现场管理装置的真实运行环境,通过软件可以设置用电现场管理装置接线异常、故障等用电现场管理装置运行过程中故障类型。
5、   业扩报装业务管理
通过模拟现场运行状态,提供业扩报装专业的增容业务办理以及验收送电等业务的仿真。本系统在出线柜上设置一条备用线路,可培训学员业扩报装业务技能(这些仿真功能包括:新装、增装变压器容量用电;新装、增装低压电力负荷用电;新装、增装照明负荷用电;申请临时用电)。
6、   供用电合同管理
通过模拟客户现场运行,提供供用电合同管理专业合同修签现场查勘等业务的仿真。可以通过教练机设置用电方案,学员在学员机编写用电合同,提交给教练机进行评分。
7、   用户运行电工
通过配电设备、变压器结构及工作原理的学习,进一步进行倒闸操作的训练,使用户电工能够掌握配电设备维护、维修及倒闸操作技能。隔离开关、断路器动作状态均可由计算机检测出来,系统自动判断学员停送电操作的过程及顺序是否符合要求。由计算机检测断路器的分合闸状态,并同步显示出来。学员按规定的操作程序停电和送电,计算机判断操作程序是否符合规定。另外可模拟断路器控制回路出现故障后,系统无法进行分合闸操作,要求学员查找,学员查找到故障点后,指出故障点,并排除故障。

六、故障类型

1、   单元件故障
1)              高压隔离开关故障仿真:
根据高压隔离开关原理,系统设置故障(三相合闸不同期,接触为发热、接地刀闸或断路器联锁),学员根据故障现象在规定时间能找到故障原因,软件系统提示故障已排除并恢复故障,后续按照送电程序进行送电操作。
该仿真操作可进行的培训有:高压隔离开关原理的认识,高压隔离开关操作机构的认识,高压隔离开关联锁的认识,高压隔离故障认识,高压隔离开关操作。
2)              断路器分合闸故障仿真:
根据断路器的分合闸原理,系统设置分合闸故障(操作电源电压不正常;合闸操作回路断线〈包括熔丝熔断、防跳继电器不正常、辅助触点接触不良等〉;合闸线圈故障;操作机构问题〈包括交流回路故障、电机故障或弹簧疲劳等〉,断路器便无法进行分合闸。学员在规定时间内找到故障的原因,软件系统提示故障已排除,后续按照送电程序进行送电操作。
该仿真操作可进行的培训有:断路器原理认识、断路器控制回路原理分析,断路器控制回路排故;断路器联锁分析。
3)              电流互感器故障仿真
a)        二次回路开路仿真
 系统仿真电流互感器二次开路时仪表指示异常及继电保护动作。
该仿真操作可进行的培训有:电流互感器二次回路的认识,互感器二次回路的故障检查。电流互感器的位置及作用、测量用和保护用电流互感器的准确级和工作状态、TA结构及原理、三相TA接线方式(三相完全星形接线、两相不完全星形接线、两相三继电器式接线、零序电流三滤过器接线)。
b)        二次侧短路
系统模拟电流互感器二次侧短路时电流表、功率表等指示值的变化,及继电保护的动作。
4)              电压互感器故障仿真
a)        互感器本体故障仿真
系统仿真电压互感器层间短路或接地,内部发热,温度过高,系统通过发热电阻使使互感器温度升高。
该仿真操作可进行的培训有:电压互感器的认识,及互感器层间短路或接地的判断及处理。电压互感器结构和工作原理、电压互感器接线、测量用和保护用电压互感器的准确级。
b)        一次侧熔断器熔丝熔断仿真
系统仿真电压互感器熔断器有一相熔体熔断,熔断的一相对地电压表指示下降,另外两相对地电压表指示正常,熔断的一相与另外两相的线电压降低,未熔断的两相间的线电压正常;有两相熔断时,熔断的两相对地电压很小或接近零,未熔断的一相对地电压表指示正常,熔断的两相间的线电压为零,另外两个线电压降低,但不为零。
该仿真操作可进行的培训有:电压互感器熔断器的认识,熔断器一相及两相熔体熔断时的现象分析,熔体熔断后的处理方法。
c)        二次回路故障仿真
系统仿真电压互感器二次回路导线一次接地或短路,导致二次侧熔丝熔断,仿真出线故障时仪表异常及保护装置异常。
该仿真操作可进行的培训有:电压互感器二次回路的认识,电压互感器二次回路故障查找方法。
5)              变压器故障仿真
a)        变压器过负荷的仿真:
当变压器过负荷运行时,变压器的本体温度会剧烈上升,通过在低压屏上装一数显温控仪,温控仪可灵活设置设定上限,超过上限则会产生声光报警。温度值则由仿真系统控制,使其产生一个缓慢上升的温度信号,从而仿真变压器超温的过程。伴随着变压器温度的升高,低压系统负荷电流应出现从小到大的增加的过程。学员根据以上现象回答问题,或进行实际操作,以及提出整改措施等。学员可操作低压开关柜逐步降低负荷电流,达到降低变压器温度的目的。
该仿真操作可进行的培训有:变压器超温现象辨认、变压器超温的判断、分析;变压器超温故障的处理;变压器超温报警的整改措施;客户电气设备安全运行检查流程。
b)        变压器分列及并列运行方式操作仿真
该仿真操作可进行的培训有:了解变压器并列运行的技术条件,及分列及并列间的倒闸操作。
c)        变压器本体故障仿真
系统仿真变压器本体常见故障(变压器相间短路仿真〈三相间短路〉            温度控制器不工作导致风扇不转、中性点N没有接地、变压器一/二次绕组匝间短路,分接开关故障)完全模拟故障现象、保护动作及仪表显示状态。
该仿真操作可进行的培训有:干式变压器的认识,常见故障现象的认识,变压器故障后的操作。
d)        变压器外部故障仿真
系统仿真变压器本体常见故障(变压器一次电压分接点、绕组引线接点接触不良、线间短路、单相接地、变压器一次电压分接点、绕组引线接点接触不良)。
该仿真操作可进行的培训有:外部故障现象的认识,变压器外部线路故障的检修。
2、   系统故障
6)              低压出线过载
系统设置出线柜中各路出线中功率源的电流模拟出线过载,模拟断路器跳闸、保护动作以及仪表显示。
该仿真操作可进行的培训有:过载现象的认识,及跳闸后的操作。
7)              越级跳闸
系统设置出线柜中各路出线中功率源的电流模拟出线过载,该级模拟断路器拒跳导致上一级断路器跳闸、保护动作以及仪表显示。
该仿真操作可进行的培训有:越级跳闸的认识,及越级跳闸后的操作。
8)              母线故障
系统仿真0.4KV母线故障(母线接点刀闸故障、母线相间故障、单相接地、三相间短路)时保护动作、报警信息及仪表显示。
该仿真操作可进行的培训有:母线故障现象的认识、母线故障的检修
9)              重合闸未自投
系统仿真重合闸装置故障,模拟重合闸未自投时的故障现象。
该仿真操作可进行的培训有:重合闸装置的认识,重合闸未自投的认识及重合闸未自投的操作。
10)          单相接地故障仿真
根据10KV三相三线中性点不接地系统运行要求,当系统产生单相接地故障时,系统产生报警信号。本故障系通过计算机控制继电器动作,使母线与地之间形成短路,实现接地现象的仿真。同时计算机控制闪光灯和音箱产生声光效果。严重时,过流和速断动作跳闸。该种考试设1个故障点,由学员找出故障点,并复位,计算机判定正确。
学员排除故障后,可进行排除故障后的送电操作(该项目可属于组合试题,亦可不进行送电操作),故障排除后,恢复送电后系统正常。反之,送电后高低压开关柜依旧展示接地故障现象,查找故障过程可设定时间限制。
此功能可实现如下培训:系统在单相接地状态下的停送电操作,单相接地故障查找,客户安全用电检查培训。
11)          PT二次回路压降CT二次回路负荷测试仿真
为保证计量人员对二次压降和回路负荷测试工作的展示,本装置预留此功能,从PT、CT——端子箱——联合接线盒构成的完整的电压电流回路。此回路可模拟从变电站户外式PT、CT到端子箱到计量装置回路,系统可设置产生真实的二次电流电压,学员根据要求使用测试仪完成测试学习。
此功能可实现如下培训:PT二次回路压降测试;CT二次回路负荷测试。
12)          安全间距仿真模拟
根据安规要求,10KV设备不停电时的安全距离为0.7米,工作人员工作中的正常活动范围与带电设备安全距离为0.35米。为此,本配电系统设置了一个人体超过以上两个距离后的触电报警功能。光幕传感器探测到人体与高压电的间距比较小时,会产生动作信号,由计算机采集传感器的动作信号,判断人体与高压电的间距小于安全间距时,就由仿真系统控制声光电信号,产生触电仿真效果。
此功能可实现如下培训:人体与带电体的安全距离警示,安全距离的考核。
13)          电缆、母线接头处接触不良的故障仿真
设备在长期运行状态下,部分连接点会松动,如不进行检查则在负荷较大时,这些部位则会发热发红,影响设备的安全运行。本仿真系在某个电缆或母线接头处接一个电热源和红光源,使其在仿真系统的控制下产生发热发红的效果。学员进行设备安全运行检查时,应能查到此安全隐患,采用红外测温设备,可测出发热温度。系统产生此故障,学员对系统进行运行检查,检查并发现此故障,并按照规定开具检查单据等。
此功能可实现如下培训:母线接触不良造成的危害,客户设备安全运行检查内容以及处理步骤。
14)          直流系统故障仿真
系统模拟直流系统1点接地、2点接地、欠压及充电机常见故障(无输出、只输出电压、输出偏低、电压表无显示)及故障出现时光字牌信号显示。
该仿真操作可进行的培训有:直流系统控制回路的认识,直流屏信号显示的认识,直流系统故障的检修。
15)          低压电容补偿柜运行投切以及故障仿真
电容补偿柜安装相同容量的电容3只,学员可通过功率因数补偿控制设备进行手动投切操作。仿真系统可设定功率因数,学员根据已知条件计算补偿容量,根据计算结果进行手动投切操作,使系统达到规定功率因数。系统可设置补偿电容器的常见故障如:电容器故障;投切装置损坏。
该仿真操作可进行的培训有:电容补偿装置接线以及原理分析,电容补偿容量计算,新装客户应补偿容量计算,功率因数自动控制装置操作,过补偿系统异常演示,电容补偿故障展示;
3、   保护回路仿真
16)          高压配电柜的速断保护仿真
根据高压断路器的保护动作要求,系统产生一个高压短路速断动作信号,使开关柜的速断保护继电器动作,断路器断开,报警指示灯亮。在相应的一次回路位置(高压开关柜进线断路器以及出线断路器出口侧)设置仿真故障点,学员能正确判断并查找故障原因,找到故障点后将故障点进行复位和速断保护继电器掉牌动作复位后,软件系统提示故障排除,后续可按规定的程序进行恢复送电操作。
此功能可实现如下培训:速断保护状态下的故障判断,速断保护故障排除后的恢复送电,速断保护越级跳闸故障分析查找,客户电气事故调查。
17)          高压开关柜的过流延时保护仿真功能
根据高压断路器的保护动作要求,调整假负载的大小,使母线电流超过过流整定值,过流延时保护动作,报警指示亮,软件作相应提示。在过流延时期间,高低压柜指示仪表显示过电流状态,在延时期间如切断相应的负荷,系统恢复到正常电流状态(设定电流以内),软件提示系统过流状态消除,在延时期间未能及时切除相应负荷(一类、二类负荷),则过流继电器掉牌动作,断路器断开。学员能正确判断跳闸原因,并按规定的送电程序操作(该项目可属于组合试题,亦可不进行送电操作)。
此功能可实现如下培训:系统过流状态下的在规定时限将系统恢复到正常状态,过流保护越级动作故障查找,过流保护后的停送电程序,客户安全运行检查流程。
18)          低压柜过流速断保护仿真
通过仿真系统完成模拟短路电流,断路器跳闸。在相应的一次回路位置设置仿真故障点,学员能正确判断并查找故障原因,找到故障点后将故障点进行复位后,软件系统提示故障排除,后续可按规定的程序进行恢复送电操作。
该仿真操作可进行的培训有:低压断路器跳闸原理培训,断路器跳闸回路接线分析,短路保护故障点排除,恢复送电过程,客户安全检查流程。
19)          低压柜过流延时保护仿真
通过仿真系统完成低压一次回路产生的电流大于断路器整定电流,断路器跳闸。学员根据出线电流大小判断过负荷的原因,切断过大的负荷,系统恢复正常。在规定时间内未能切断过负荷电流,断路器动作跳闸。仿真系统提示过负荷跳闸,后续按规定程序进行送电操作。
该仿真操作可进行的培训有:低压断路器过负荷跳闸分析,低压断路器电流整定值设定,过负荷保护故障排除,过负荷保护后的恢复送电过程,客户安全检查的流程。
20)          漏电保护功能仿真
低压出线柜安装一台漏电流保护器,系统控制继电器动作,该继电器两端分别接在故障点和一个电阻上,该电阻为漏电电阻,电阻的另一端接地,若达到一定漏电电流时,则会引起漏电保护动作产生漏电效果。电脑控制出现漏电情况,声光报警。由学员判断故障点所在并复位。
该仿真操作可进行的培训有:漏电流保护器动作原理;漏电电流故障的分析判断查找。

 附件一、一次系统图



附件二    设备接线图
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