变电实训实验室功能说明_变电检修实训室建设

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变电实训实验室功能说明

2016年1月

一、前言

变电实训实验室系统，适用于有电力专业的高校建设，它集高压变电、继电保护、配电技术、自动控制技术为一体，按照IEC61850的标准设计，满足《电力系统继电保护》、《电力系统自动控制》、《供用电管理》、《高电压技术》等课程的教学实验；可完成变电所电气设计、变电所继电保护配置、继电保护定值整定、一次设备安全运行、一次设备操作规范等毕业课程设计。变电实训实验室系统的建设旨在为学生提供一个较为真实的实践教学环境。通过实训使学生对变电站电气部分从工作原理、设备组成、安装接线到实际运行具有一个整体概念。将其所学过的各门专业知识融会贯通地应用到实践中来。努力培养学生的实际工程意识和分析问题与解决问题的能力，提高其专业素质和岗位竞争能力。

二、系统组成变电实训实验室系统主要由35KV开关部分、380/100V变压器、10KV开关部分、智能低压柜、微机保护、直流系统、后台机和大屏幕投影显示仪、实验用仪表和模型等部分组成。上述各部分有机结合，并具有很强的可扩张性，其中35KV开关部分既可配置真实的开关柜，也可用模拟屏来实现（本案采用模拟屏方式），微机保护装置也可根据建设规模和实验需要，灵活配置；实验仪表和模型可以投资的大小，灵活选配。

(一)35kV模拟操作柜部分

用模拟操作柜实现，包含屏柜一面、低压电器、KK附件等一套；能真实模拟本站35kV部分的操作情况，用低压接触器或小型断路器代替35kV开关，模拟屏除了满足国标要求的性能外还应具备以下要求：

1、模拟操作柜内模拟母线的颜色要符合电力系统的要求(35kV部分采用黄色),模拟操作柜内要求装设35kV部分相应的配套接触器及位置指示灯和KK操作把手。

2、接触器要与微机保护装置配合，能够完成各种保护功能的演示。同时要满足与保护装置操作回路的配合,能提供给操作回路分、合位置信号,并能与跳合闸出口回路配合。接触器配合时要考虑站内保护装置控制电源为直流220V.3、模拟操作屏上要安装相应的测量仪表,用于测量35kV进线和分段电流及母线电压和系统频率,其中一台变压器高压侧开关的测量由变压器保护测控柜完成4、35kV进线、分段、变压器高压侧等都要求安装1:1（或实际比例按照实验负荷要求）电流互感器，母线上安装两组380/100V的电压互感器,用于将一二次设备隔离；同时满足二次设备保护、测量回路的接入，电流互感器二次绕组侧保护、测量要求严格分开。

5、模拟控制柜上接触器控制接点、CT、PT二次绕组侧等都引到相应的端子排上,并加装标识牌分段区分.6、显示元件、模拟符号要符合电力行业标准;屏面布置应满足监视和操作调节方便、模拟接线清晰的要求。相同的安装单位，其屏面布置应一致。测量仪表尽量与模拟接线相对应，A、B、C 相按纵向排列，同类安装单位功能相同的仪表，要求布置在相对应的位置。KK操作方向全站必须一致, 红、绿灯分别布置在控制开关的右上侧及左上侧。机柜尺寸与颜色全站都统一, 色标号RAL7035, 机柜尺寸为2260×800×600。

(二)故障模拟柜

负载故障模拟柜，主回路由模拟负载和接触器开关等元件组成；故障模拟柜内安装实验负载（负载由电阻和电感构成），配合实验按钮来完成系统正常运行状态以及线路过负荷、电流速断、过电流等保护的模拟实验；采用实验负载和模拟开关模拟变压器内部故障引起的差动保护、非电量保护；电容器保护装置模拟采用模拟电容、阻抗和隔离变压器为其供电模拟正常运行、过电流、过压、欠压和不平衡电压的故障情况。故障模拟柜可模拟瞬时故障（故障-断路器断开-模拟故障消失-重合闸动作-断路器合上）和永久故障（故障-断路器断开-模拟故障点保持-重合闸动作-断路器合上-再感受到故障再跳开-人为手动消除故障点）的设计思路进行设计。柜上设置故障选线旋钮，选择模拟10kv速断、过流、过负荷等；电容器电压保护通过旋钮选择模拟过压、欠压、不平衡电压等故障；主变非电量可通过旋钮开关选择模拟重瓦斯、轻瓦斯等故障。

(三)变压器

本站设变压器2台，采用配置380V100V三相油浸式变压器，容量是50kVA;为满足教学实用,变压器大小要求与实际35kV/10kV容量50kVA油浸式变压器大小相当。变压器安装施工时要求按照保护性网门、栏杆。变压器应装有铭牌。铭牌上应注明制造厂名、额定容量，一二次额定容量，一二次额定电压，电流，阻抗，电压%及接线组别等技术数据。附件备件齐全，并有出厂合格证及技术文件等资料。变压器安装时设置相应的蓄油坑，并铺设卵石。

变压器电缆出口设置母线排，并设置相应的母线罩；母线排直通两段高压开关柜。保护试验通过专用故障模拟柜实现

故障模拟柜装设实验负荷和实验用按钮, 实验负荷建议采用并联电阻来切换；实验负荷用来模拟实际运行时变压器外部故障的高压侧后备保护和变压器内部故障引起的差动保护和本体保护；其中要求在变压器电缆100V进、出口处引出三相电压到端子箱,并在端子箱上安装实验负载，用来模拟差动保护、高压侧后备。主变端子箱上需要在本体公共端与各个本体信号输出端加装实验按钮，用来模拟本体实验。a)保护功能

1)差动保护，定值范围：4A 2)本体保护：本体重瓦斯、压力释放保护跳闸；本体轻瓦斯、油温过高发信号 3)高后备保护，定值范围：4A b)测控功能

1)遥测功能：变压器温度测量

2)遥信功能：本体重瓦斯、压力释放、本体轻瓦斯、油温过高等信号 c)技术参数

1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz

(四)10kV部分

一次部分按正常10kV站的要求配置，同时需考虑实验的方便性。另外各个10kV开关柜内要求安装正常运行负荷和过载负荷，负荷建议采用电阻加电感的模式。除变压器低后备保护装置安装在主变保护屏上外,其他的装置都安装在相应的开关柜上。各个开关柜上的模拟负荷在做实验时要与其他相关的开关柜上的实验相互配合。模拟故障实验时需要保护装置真实模拟实际运行时的电流及故障时的电流变化过程，不能采用保护装置遥信输入的方式来实现故障时的模拟联动。开关柜要根据安装在自身上的正常运行负荷（电阻加电感）来模拟实际运行时通过各个开关的电压、电流；根据安装在自身上的过载负荷（电阻加电感）来模拟过载运行时通过各个开关的电流。操作回路配合时，需要采用保护装置内的防跳闭锁回路。开关柜面板上要求安装操作开关和就地远方切换开关,便于就地操作.同时开关柜面板上具有储能、分合闸等位置指示灯。开关柜本身带有机械防误锁。由于本次变压器采用380/100V的变压器,低压侧母线上电压为100V.考虑到经过PT后二次电压太小,本次要求母线电压100V直接输入各个二次装置,但PT柜上的刀闸联动和PT并列等功能必须与母线电压相互联动起来.开关柜为金属外壳，其外壳及隔板包括活门的防护等级为IP4X标准，地板和墙壁均不作为壳体的一部分，柜底用钢板封闭。柜内所有主母线及下引线采用铝排（或铜排），铝排接头部位倒圆角，圆角半径为铝排厚度的一半；铝排（或铜排）及倒角表部位面处理光滑，光洁度达到加工部位全部▽12.5；铝排颜色应接近铜排镀银或搪锡，铝排截面尺寸按铜排设计尺寸。高压开关柜外壳内外及隔板采用敷铝锌板，板厚大于2.5mm，考虑防腐防锈措施。母线、断路器及电缆出线等主要设备采用接地的金属隔板隔开的单独隔室。

开关柜外壳和金属隔板可靠接地，设专用铜材接地导体，接地导体满足额定短时和峰值耐受电流的要求。接地铜排贯穿所有开关柜。所有高压电气元件（如避雷器、断路器、接地刀闸、电流互感器、电压互感器等）的接地线独立引出至开关柜内的接地铜排。

开关车与柜体及接地母线能承受柜体的4S额定短路电流时电流而不超过规定温升。

高压开关柜具备防止误拉合断路器，防止带负荷分合隔离开关，防止带接地刀送电，防止带电合接地刀，防止误入带电间隔等五防措施。五防闭锁以机械闭锁为主，机械强度可靠，逻辑正确。总开关柜能够实现对摇把的闭锁，对手车位置进行强制闭锁。

开关柜内保护控制回路直流电源、开关柜加热储能交流电源均取自柜顶直流、交流电源小母线。交流电源小母线

为满足教学要求.本期1面10kV电容器出线柜要求不通电，全部采用玻璃外壳或将周围的柜体挡板都取消，可以清晰的从柜体四周看出开关柜内部构件和组成。方便学生从直观上了解各个元器件的外形和安装位置。

一、开关柜技术参数:

1、断路器型式：真空断路器额定电流： 630A 热稳定电流（4S）：

25kA 动稳定电流：

125kA 额定电流开断次数：≥20000次分、合闸时间：

不大于65ms 操作方式：弹簧储能式交直流操动机构，电动机额定电压及分合闸线圈额定控制电压为：DC220V。

操动机构附人工储能杆。

2、电流互感器型号： LZZBJ12-10 额定电压：10kV 额定变比：200/5 准确级： 0.5/10P303、电压互感器型号：JDZX9-10 额定电压：10kV 准确等级： 0.5/3P4、接地刀开关型号：JN15-12 热稳定：31.5/4S 动稳定：80kA5、熔断器：型号：RN2-10 额定电压：10kV 额定电流：0.5A 为满足与二次负载配合完成保护装置模拟实验的功能，本次需要额外的加装合适电流互感器来将一次侧的电流变换为0~5A的范围内,方便保护装置做实验.二、开关柜二次回路

1、开关柜中均有专用保护小室；二次绝缘组件均为阻燃型；二次回路电线，电缆能承受1分钟工频耐压3kV；二次回路导线采用铜导线，其截面：电流回路不小于2.5mm，电压回路不小于1.5mm；电能计量回路导线截面：电流回路不小于4mm，电压回路

22不小于2.5mm。

2、二次原件与高压带电部分具有足够的安全距离，或可靠的防护措施，以保证在高压带电部分不停电情况下进行工作时，人员不触及运行的高压导电体。测控装置和继电保护装置有可靠的防震措施。接线板及固定螺栓均为铜质材料制成，铜片厚度不小于2mm，并且标志正确、完整、清楚和牢固。

3、二次回路满足的有关要求。端子排排列顺序满足国家标准，由厂家按设计图要求生产。端子排选用凤凰端子，满足抗干扰及阻燃型的要求。柜顶小母线采用Ф8的绝缘紫铜棒，其数量不少于12根。柜内选用UL标准VO级阻燃型的UK系列品牌端子，其中交流回路电压在柜内经空开进装置, 保护屏其它端子采用UK系列品牌端子，以便对保护装置进行隔离和试验。柜内有总量10%的空端子供用户使用，最少不少于20个。

4、柜内各隔室均安装驱潮加热器，每个加热器≤60W，总体加热功率由厂家提供。电加热的电源为AC220V。加热器安装应远离一次带电设备，选用长寿命型，满足全天候运行的条件。每隔室有一半的加热器长期投运，且在每间隔安装一电源控制开关（带辅助接点），其余加热功率由温湿度控制器控制，电源控制开关也要求带辅助接点。继电器室、电缆室设置观察窗并加照明装置，照明电源电压为交流220V，并设专用电源开关，设置观察窗并加照明灯，有开关控制，能便于运行人员观察其状况，照明灯位置应方便在运行中更换灯泡。柜上信号指示灯选用节能、长寿命LED型。柜门装设就地/远方就地转换开关，实现就地分、合闸功能。连接片（压板）使用限位型，优选绝缘型。

5、所使用的二次插件须有定位装置，反向时带电部分不得接触,并有方向标志。手车在工作位置时，二次插件插头不得拔出。断路器辅助接点至少6对（6开6闭），并全部引至端子排。电流互感器电流回路中的地线引到保护室内端子排上接地，外壳接地在柜内就近接地。端子排的交、直流间，分、合闸与正极之间，正、负极之间留有空挡。继电器、仪表及操作按钮的安装位置便于观察及操作。每个元件的装配和接线均考虑在不中断相邻设备正常运行的条件下无阻碍地接触各元件并能完成拆卸、更换工作。盘内所有设备的布置应考虑在不需要专用工具的情况下方便地接触其接线端子，接线端子号清晰可见。直流回路使用专用直流空开。弹簧储能回路中，用于闭锁合闸操作及储能信号的接点不使用重动接点。采用信号灯位监视断路器的分闸状态、合闸状态和已储能状态。断路器控制回路具备防跳闭锁功能。

2三、开关柜保护装置要求1、10kV进线开关柜（主变低压侧）2面

a)保护功能(主变后备保护)

1)速断保护，定值范围：10A 2)过流保护，定值范围：4A 3)过负荷告警，定值范围：2A 4)过负荷启动风冷（触发报文），定值范围：2A 5)PT断线告警： b)测控功能

1)遥测功能： Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc、Uca、P、Q、f的测量

2)遥信功能：断路器位置、接地刀位置、弹簧未储能、手车工作位置、手车实

验位置、储能电源故障、加热电源故障等信号

3)遥控功能：完成本开关柜的控分控合功能 c)技术参数

1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz2、10kV联络开关柜 1面

a)保护功能

1)母线充电保护，定值范围：4A b)测控功能

1)遥测功能： Ia、Ib、Ic 2)遥信功能：断路器位置、接地刀位置、弹簧未储能、手车工作位置、手车实

验位置、隔离柜位置信号、储能电源故障、加热电源故障等信号

3)遥控功能：本断路器出口 c)备自投

完成母线的分段自投功能,检测两进线(变压器低压侧)开关的位置,同时判断母线电压,当一段母线无压,相应进线无流时,备自投装置启动, 当检测到另外一段母线有压时,备自投装置跳开无压母线的进线开关,延时合上母联开关.变压器低压侧进线开关手跳遥跳闭锁自投功能.d)技术参数 1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz3、10kV出线开关柜 2面

a)保护功能

1)速断保护，定值范围：10A 2)过流保护，定值范围：4A 3)过负荷告警，定值范围：2A b)测控功能

1)遥测功能： Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc、Uca、P、Q、f的测量

2)遥信功能：断路器位置、接地刀位置、弹簧未储能、手车工作位置、手车

实验位置、储能电源故障、加热电源故障等信号

3)遥控功能：完成本开关柜的控分控合功能 c)技术参数

1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz4、10kV联络隔离柜 1面

由分段柜采集隔离刀闸位置信号，需要将该信号引到分段保护测控及自投装置上采集.5、10kV开关柜PT柜2面(内含10kV PT两台)

由于各二次装置已经直接选取母线电压作为二次母线电压,实际运行中PT柜并不投运,但PT柜的手车工作位置要与交流母线电压实现联动,同时保证PT并列装置的正常运行.a)测控功能

1)遥测功能： Uab、Ubc、Uca测量

2）遥信功能：手车工作位置、PT断线信号、PT并列信号和PT并列装置直流失电

信号由相应母线段上的出线保护测控装置采集.b)技术参数 1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz6、10kV开关柜电容器柜2面

a)保护功能

1)速断保护，定值范围：6A 2)过流保护，定值范围：4A 3)过负荷告警，定值范围：2A 4)过电压保护，定值范围：120V 5)低电压保护，定值范围：60V 6)不平衡电压保护，定值范围：20V b)测控功能

1)遥测功能： Ia、Ib、Ic、Uab、Ubc、Uca、Q的测量

2)遥信功能：断路器位置、接地刀位置、弹簧未储能、手车工作位置、手车

实验位置、储能电源故障、加热电源故障等信号

3)遥控功能：完成本开关柜的控分控合功能 c)技术参数

1)直流工作电压：220V 2)交流输入电压： 100V(取自交流母线)3)交流输入电流：5A 4)频率50Hz 其中一面开关柜用户学生教学用，不上电并拆除相应的挡板。

(五)所用配电柜

设备构成：屏柜一面

1、便于学生对主要低压电器元件的认识和操作。

2、低压柜装有智能设备，能够与保护通讯管理机进行通讯，可以实时采集电压、电流量，可以采集开关位置等遥信量，可以对低压开关设备进行相关操作。3、低压柜具备过载、短路保护功能，在线监测功能。

4、低压柜具有智能测控单元、配电馈出单元。

5、所用配电屏接线方式为单母线接线。

6母线上配有电源进线二回（互为备用，能实现自投），其它馈线回路14路，出线回路采用进口自动空气开关保护（ABB、西门子），进线回路设三相电流互感器、三只电流表、电压表

7、本期安装的配电柜完成给以下部分的供电：

 直流屏电源供电  后台机用电供电  开关柜内交流用电供电  模拟控制柜用电供电  空调用电供电  实验室照明用电供电电

(六)微机保护

DF3300E变电站自动化系统可实现全站设备（变压器、线路、电容器组等）的保护、监测、控制、调节等功能，保证变电站安全运行；并按运行要求对变电站全部运行参数进行显示、检测、定时制表打印；主要适用于110kV及以下电压等级的变电站，满足变电站自动化及无人值班的工程需求。

系统可实现以下功能：

1、远动功能：遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能

2、自动控制功能：如电压无功综合控制（VQC）、低周减载、负荷联切/故障隔离/恢复供电/网络重组等

3、测量表计功能：如智能电度表

4、继电保护功能：变压器、线路、电容器组等的保护

5、与继电保护相关的功能：如故障录波、测距、小电流接地选线等

6、接口功能：电源、电能表计、全球定位GPS等设备的接口本站的具体保护功能已经含在变压器和开关柜部分当中。

(七)直流电源

由1面微机高频开关整流馈电屏和1面电池屏组成，为保护装置和开关提供工作和操作电源。直流系统由1面微机高频开关整流馈电屏和1面电池屏组成。直流母线为单母线接线。正常运行时，充电装置经合闸直流母线对蓄电池充电，同时经硅降压装置向控制直流母线提供经常负荷电流，蓄电池的浮充或均充电压即为合闸直流母线正常的输出电压，从合闸直流母线经硅降压装置取得控制直流母线正常的输出电压。屏内配置2台高频自冷整流模块、1台微机监控装置、1套硅堆降压装置、1台综合测量模块等设备组成。

一、充电装置技术性能特点

1、系统的特点

充电装置由2台电力智能高频开关充电模块组成N＋1冗余并联组合供电方式，充分保证各种状态下的输出电流、电压。电源模块可带电更换，任一模块退出运行均不会影响系统的正常工作。

系统中的各监控单元受主监控的管理和控制，通过RS485通讯线将各监控单元采集的信息送给主监控统一管理。主监控显示直流系统各种信息，用户也可通过触摸或按键操作来查询系统信息及实现“四遥”功能，系统信息还可以通过主监控的上位机通讯接口接入到远端监控系统。

2、综合测量要求

综合测量模块负责采集直流系统中必要的数据量，并通过RS485接口将数据上传到监控主机。主要功能如下。

 交流测量：检测1路三相交流电压。

 直流测量：检测3路直流电压，2路电流，1路电池温度，测量1段母线绝缘。

 开关量输入：检测24路开关量输入。 开关量输出：提供8路开关量输出。

3、充电装置技术参数：

 交流输入电压： 380V±15% 双路进线自动切换  交流输入频率： 50Hz±10%  直流输出额定电压： 220V  直流输出额定电流： 20A  单台模块输出额定电流：10A  输出电压范围： 190～286V（连续可调） 稳压范围： 190～286V  稳压精度： ≤±0.5%  稳流精度： ≤±1%  纹波系数： ≤0.2%  均流不平衡度： ≤±3%  功率因数： ≥0.93  效率： ≥95%  无故障运行时间： 100000h  高频开关频率： >100KHZ  噪声： ≤50dB（自冷距屏lm处） 绝缘电阻： >10MΩ

 绝缘强度： ≥2000V AC/50Hz  通讯方式：具有RS232或RS485通信口

4、蓄电池

蓄电池选用阀控密封铅酸蓄电池、65Ah、数量18只、12V/只。

5、开路保护型电压自动调节装置.开路保护型电压自动调节装置用于手动或自动调节直流屏的控制母线电压.本装置配有自动控制电路,大电流直流继电器和分组降压硅链,调节迅速,工作稳定.具有防止降压装置开路造成控制母线失压的保护功能,并能提供开路报警输出.主要参数:  降压范围:0-35V  降压分组:5组  额定电流:20A  稳压精度:≤2%

6、直流屏技术要求

 直流柜采用柜式结构，后开门，柜底装设可拆卸底板，并预留电缆穿孔。 直流柜柜体尺寸：800×600×2260(mm), 防护等级不低于IP20，柜内设备自然冷却。

 直流柜颜色由用户确定。

 直流柜柜体有足够的强度和刚度，能承受所安装元件及短路时所产生的动、热稳定。

 同时不因设备的吊装、运输等情况而影响设备的性能。

 装于直流柜内的继电器能防止设备正常操作的振动而引起的误动作。 直流柜背面设置防止直接接触带电元件的面板。

 屏内使用的电器元件，如开关、按钮等操作灵活，测量仪表满足精度要求，各类声  光指示信号能正确反映各元件的工作状况。测量仪表装设在柜体上方可开启的柜上。

 主母线和分支母线及接头，能满足长期通过电流的要求，母线采用阻燃、绝缘、高导电性铜母线。

 汇流排和主电路导线的相序和颜色符合有关规定。

 空气开关和熔断器的容量满足长期工作电流的要求，且满足各级选择性的要求。

 柜体上有截面不小于25mm2的接地端子。柜底装有截面不小于100mm2的接地铜排。

 屏内安装的元器件具有产品合格证。屏柜的元件选型和布置等符合设计图纸要求。