工廠供電綜合自動化實訓系統(tǒng)

工廠供電綜合自動化實訓系統(tǒng)概述

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

“THGDX-02工廠供電綜合自動化實訓系統(tǒng)”正是依據(jù)高職高專《工廠電器與供電》、《電氣設(shè)備及運行維護》、《供配電技術(shù)》、《供用電網(wǎng)絡(luò)繼電保護》、《配電系統(tǒng)自動化》和《配電網(wǎng)自動化技術(shù)》等課程的實訓教學要求，結(jié)合工廠供電系統(tǒng)的實際應(yīng)用和發(fā)展而設(shè)計的綜合型實訓系統(tǒng)。

工廠供電綜合自動化實訓系統(tǒng)特點

全面性：清楚地反映典型工廠供電系統(tǒng)的一次和二次部分，綜合采用多種工廠供電實際應(yīng)用的電氣設(shè)備。能夠?qū)崿F(xiàn)工廠供電系統(tǒng)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(tài)等微機職能檢測控制的相關(guān)技術(shù)，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(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，運行靈活，操作可靠。

工廠供電綜合自動化實訓系統(tǒng)技術(shù)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(zhì)亞光密紋噴塑，鋁質(zhì)面板；

4. RS-485和以太網(wǎng)兩種通訊接口；標準MODBUS通訊協(xié)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(tǒng)由供配電系統(tǒng)主接線模擬屏、計量柜、控制柜、監(jiān)控軟件等四部分構(gòu)成。

7. 實訓系統(tǒng)能模擬中型工廠的供配電系統(tǒng)，采用控制屏結(jié)構(gòu)，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(gòu)成 ，整個系統(tǒng)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(jīng)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(wěn)定運行，配置了高壓電動機保護；為了提高用電質(zhì)量，配置了無功補償裝置；為了實現(xiàn)自動化控制，配置了PC機和PLC控制器，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)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(shù)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(shù)字，有連續(xù)和觸動兩種功能。適應(yīng)空觸點或5V-250V正極性電信號。連續(xù)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(wǎng)功率因數(shù)并控制電容器組的投切，具有手動和自動投切功能。根據(jù)變壓器的無功功率進行分相補償，電容器組循環(huán)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(shè)備的使用效率；微機備自投裝置（1只）：有進線備投和母聯(lián)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(wěn)定性。同時具有自適應(yīng)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(xiàn)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(tǒng)的電流、電壓以及輸入輸出開關(guān)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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高了產(chǎn)品的使用壽命。電壓沖擊系數(shù)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(yōu)良。保護的閥值電壓低，保護效果好，如400V系統(tǒng)，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(fā)明證書和型式檢驗報告，現(xiàn)場提供樣機。）

10. 上位機得監(jiān)控軟件，監(jiān)控主機與現(xiàn)場智能設(shè)備采用RS485總線，Modbus-RTU協(xié)議構(gòu)建底層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。主要實現(xiàn)以下功能：1、對供配電一次系統(tǒng)進行組態(tài)，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(shù)；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(shù)據(jù)；4、監(jiān)視各斷路器位置、保護動作出口狀態(tài)；能夠控制輸電線路斷路器的跳/合閘；5、根據(jù)采集的母線電量實現(xiàn)對電壓、無功的自動調(diào)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(yīng)
• 母聯(lián)備投（暗備用）及自適應(yīng)
• 無功補償裝置認知
• 手動/自動功率因數(shù)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(tǒng)正常、大、小運行方式
• 模擬系統(tǒng)短路
• 電秒表的正確操作
• 微機線路保護裝置參數(shù)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(shù)整定操作
• 變頻器開環(huán)調(diào)速
• 三相異步電動機的啟動方式
• 微機電動機保護裝置參數(shù)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(jiān)控及綜合自動化

• SCADA監(jiān)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(jiān)控軟件

1、概述

電力綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)支持基于多種通訊方式的分布式體系結(jié)構(gòu)，采用對象化的設(shè)備描述方法，系統(tǒng)的描述由傳統(tǒng)的面向遠動的數(shù)據(jù)列表方式變?yōu)閷哟畏绞?，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(tǒng)的構(gòu)成。

2、監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能模塊

• 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫定義模塊
• 報表編輯器模塊
• 規(guī)約管理器模塊
• 歷史存檔模塊

3、監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)的讀寫*從內(nèi)存獲得，系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫是層次半關(guān)系型結(jié)構(gòu)，滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的要求，數(shù)據(jù)及進程可動態(tài)遷移，保證系統(tǒng)負載的動態(tài)平衡，提高了系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化了系統(tǒng)性能。

2） 采用*的網(wǎng)絡(luò)事件驅(qū)動技術(shù)，在多種協(xié)議之上建立有用于網(wǎng)絡(luò)消息傳送的SoftBus信道，系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點均可通過它傳送和接收消息，從而擴充了Windows 事件驅(qū)動的技術(shù)，使系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)分布的形式下更好的遵守面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，結(jié)構(gòu)更加清晰。

3） 系統(tǒng)可根據(jù)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(gòu)筑一個完善的分布式應(yīng)用拓撲網(wǎng)絡(luò)體系。

4） 采用組件對象模型的系統(tǒng)架構(gòu)，其規(guī)范為IEC 61970 IEC 61968， 其中IEC 61970為SCADA/EMS 組件架構(gòu)標準基礎(chǔ)是美國電科院的CCAPI IEC 61968 ，為 DMS/LMS 配網(wǎng)電能計量負荷管理的組件架構(gòu)標準，它們均是CORBA 在電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的實現(xiàn)。上述優(yōu)點是提供統(tǒng)一的應(yīng)用接入標準，提供統(tǒng)一信息交換通道，即過去的SOFTBUS 技術(shù)，提供統(tǒng)一命令操作接口，優(yōu)化分布式系統(tǒng)的效率。

5） 在與廠站或遠方其他客戶服務(wù)族互聯(lián)時，支持多種標準網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)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(fā)是利用建立在ActiveX 基礎(chǔ)上的32 位的軟件編譯平臺，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，軟件功能模塊可重新組態(tài)，保證了系統(tǒng)的可擴展性及可維護性。

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

8） 系統(tǒng)具有遠程維護系統(tǒng)調(diào)試軟件更新故障排除等功能。

9）  基于SVG 圖形標準的統(tǒng)一界面，SVG 圖形標準被AUTOCAD IE 等支持各種ActiveX控件，能夠?qū)⑺度氲狡渌膽?yīng)用中，可以通過Web 向Internet 發(fā)布界面，與應(yīng)用系統(tǒng)無關(guān)，僅僅是工程畫面操作界面的制作便于統(tǒng)一管理。

10）  在采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)時不單純完成雙機熱備用的目的還增加了平衡網(wǎng)絡(luò)負載的功能，在進行擾動數(shù)據(jù)傳輸時此功能能更好地保證系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫，計算結(jié)果可帶時標存入數(shù)據(jù)庫，使用戶能方便靈活地增加新功能，高級計算處理環(huán)境提供的語言主要包括加、減、乘、除、冪運算、三角函數(shù)、LOG 函數(shù)、邏輯運算、位操作、系統(tǒng)時鐘條件判斷、循環(huán)語句、自定義過程調(diào)用、返回語句、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)庫操作、用戶定義變量等。

12）  數(shù)據(jù)庫能在線生成、修改和擴充，所有數(shù)據(jù)按名稱訪問，數(shù)據(jù)讀寫與數(shù)據(jù)處理對象綁定，與數(shù)據(jù)駐存地無關(guān)。

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

14）  具有網(wǎng)絡(luò)拓撲分析和動態(tài)著色功能，動態(tài)著色是根據(jù)電網(wǎng)拓撲監(jiān)視出的設(shè)備狀態(tài)信息，以不同的顏色直觀地顯示出電力系統(tǒng)各個設(shè)備的電氣狀態(tài)。

4、主要功能

4.1、數(shù)據(jù)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(guān)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(xiàn)，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(shè)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(tǒng)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(shù)據(jù)保留入歷史庫以供趨勢分析統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)功能

能生成預(yù)演執(zhí)行管理及打印操作票

4.8、保護設(shè)備管理功能

保護設(shè)備庫管理、定值召喚及設(shè)置保護信息的處理等。

4.9、故障錄波分析功能

對系統(tǒng)采集的擾動數(shù)據(jù)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(qū)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(fā)生小電流單相接地時系統(tǒng)自動報警并顯示出接地的線路及相別

4.12、系統(tǒng)自診斷與自恢復功能      

系統(tǒng)會不斷的進行自我診斷，如發(fā)生錯誤，會自行修復

4.13、遠動功能      

可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳及遠方控制

4.14 、遠程監(jiān)視和維護功能

利用Modem 實現(xiàn)遠程監(jiān)視及維護

4.15、 OPC服務(wù)器功能

可以作為OPC服務(wù)器使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無界限共享

 5、主要技術(shù)指標

5.1、系統(tǒng)大容量

• 遙測量2048 個
• 遙信量4096 個
• 遙控量256 個
• 遙調(diào)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(shù)據(jù)的畫面整幅調(diào)出響應(yīng)時間

• 畫面調(diào)入 2s 
• 數(shù)據(jù)刷新 1s(可設(shè)定)  

5.4數(shù)據(jù)處理速度

• 從數(shù)據(jù)采集到主站顯示 3s 
• 遙調(diào)命令傳輸時間 2s(可設(shè)定) 
• 遙控命令選擇執(zhí)行或撤銷傳輸時間1s(可設(shè)定) 

5.5數(shù)據(jù)通信

5.5.1 站內(nèi)通信

• 以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、ModBus-RTU

5.5.2遠方轉(zhuǎn)發(fā)      

• 主備信道自動切換
• 速率300～64000 bps 

5.6 歷史數(shù)據(jù)存檔

• 測量數(shù)據(jù)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(shù)而制作，具有很強的情景性、過程性與互動性。

•  

   

  三、系統(tǒng)技術(shù)路線要求

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

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