GCP-IA型供配电技术综合实验系统

                            GCP-IA型供配电技术综合实验系统

一、概  述

 GCP-IA供配电技术综合实验系统”是根据《供配电技术》、《工厂供电》、《配电自动化》、《电力系统继电保护》等相关课程实验教学的需要，结合工业现场的实际应用和发展而设计的综合型实验装置。能对电力系统变配电中的自动装置、变电站监控、继电保护等教学内容进行操作实验。本装置适用于电力、电气类各*相关课程的教学实验，也可作为学生毕业设计和教师科研项目的硬件开发平台，*技术人员上岗培训平台。

                                                         备注：设备配置中均不含计算机！单套设备放一个实验室，单机容量需6kVA！

二、装置特点

1、结构合理性

整个供配电技术实验系统由电气系统主接线模拟屏、电气系统控制屏、电气系统后台保护台、主机系统及操作软件四部分组成。典型的一次系统，二次设备、监视仪表配套齐全。

电气系统主接线模拟屏、控制屏均采用组合式全封闭钢结构屏架，表面敷以铝合金装饰，屏架为直线型，屏后留有门以便安装和日常维护。屏面采用进口工程塑料，按照德国西门子公司先进式生产的模拟方块（或称马赛克），模拟方块的面板可以自由拆卸，

整个结构设计既符合人的视觉习惯，又完好地模拟了供配电系统现场，其中主要部分是完全按照现场的模式来设计开发的，完全符合教科书的要求。

2、技术的先进性

把PLC功能和智能仪表扩展到继电保护中，采用工业组态软件编程，对供配电系统进行监控。在完成继电特性、继电保护、变压器保护实验时可实时采集实验数据、波形等，并保留在教师计算机内。并通过计算机处理和分析，实现变电站电压无功综合自动调节及无人值守的要求。每台实验装置配置一台计算机，与教师计算机组成局域网，通过PLC整个供配电系统实现远程终端控制（RTU）功能。上位机软件采用工业组态软件，提供软件的连接库文件，用户可以在此软件平台上完成各种控制的研究。

3、安全性

装置设有电流型漏电保护，电压型漏电保护、隔离变压器浮地保护、交直流电源的过流保护等多种安全措施，学生的人身安全得到了保障，设备的安全性有了保障，同时采用了高可靠性安全实验导线，避免了学生双手摸电的可能。实验装置还具有跳闸保护，便与处理紧急事故。

三、实验项目

1、供配电常用继电器特性实验

1）典型电流继电器的特性实验

2）典型电压继电器的特性实验

3）典型中间继电器的特性实验

4）信号继电器的特性实验

5）差动继电器特性实验

2、供配电系统继电保护实验

1）供电线路带时限的过流保护实验

2）供电线路低电压启动过电流保护实验

3）供电线路电流速断保护实验

4）供电线路电流速断保护实验

5）配电变压器过电流保护实验

6）配电变压器的电流速断保护

7）配电变压器的过负荷保护实验

8）配电变压器纵联差动保护实验

3、供配电系统的二次回路与自动装置实验

1）断路器的控制和信号回路实验

2）6-35kV系统的绝缘监视装置电路实验

3）供配电系统一次重合闸实验

4）线路过电流保护与自动重合闸综合实验

5）线路过电流保护与自动重合闸后加速综合实验

6）双电源明备用的APD电路实验

7）双电源暗备用的APD电路实验

8）电力变压器的有载调压实验

9）手动功率因数补偿实验

10）自动功率因数补偿实验

4、供配电系统的微机监控实验

1）系统电量监测与负荷曲线测绘

2）断路器的运动控制与信号采集

3）变电站电压无功综合自动调节

5、PLC在供配点保护控制中的应用实验

1）线路带时限的过电流保护实验

2）线路低电压启动过电流保护实验

3）线路电流速断保护实验

4）变压器过电流保护实验

5）变压器的过负荷保护实验

6）线路过电流保护与自动重合闸实验

7）线路过电流保护与自动重合闸后加速实验

8）备用电源自动投入实验

6、模拟供配电所送电和停电操作实验

7、上位机监控系统实验

1）上位机遥测实验

2）上位机遥控实验

3）上位机遥信实验

4）上位机变压器遥调实验

5）故障录波实验

四、实验设备配置（单套配置）

五、技术条件

1、输入电压：三相四线制380V±10%  50Hz

2、工作环境：环境温度范围为-5- +40℃相对湿度<85% (25℃) 海拔<4000m

3、装置容量：<3KVA

4、台体尺寸：系统3000mm×600mm×2000mm后台1630mm×650mm×1630mm

六、技术说明

1、人身安全保护功能和设备安全保护

◆ 满足国家标准，在实验装置的电源输入端设有电流型漏电器，控制屏内、外或强电

输出有漏电现象，即刻告警并切断总电源，确保实验安全。

◆ 采用全封闭性安全实验导线避免学生双手摸电而造成的触电事故。

◆ 仪表设有过量程保护功能，交直流电源具有短路保护。

◆ 控制屏电源由接触器通过启、停按钮进行控制。

◆ 调压器输出接有高灵敏度的电子线路过流保护和保险丝双重保护功能，相间电源、线间电源过电流或直接短路均能自动保护。

2、系统组成：

整个供配电技术实验系统由电气系统主接线模拟屏、电气系统控制屏、电气系统后台保护台、主机系统及操作软件四部分组成。典型的一次系统，二次设备、监视仪表配套齐全。

1）电气系统主接线模拟屏与电气系统控制屏

◆ 结构介绍：

电气系统主接线模拟屏、控制屏均采用组合式全封闭钢结构屏架，表面敷以铝合金装饰，屏架为直线型，屏后留有门以便安装和日常维护。屏面采用进口工程塑料，按照德国西门子公司先进式生产的模拟方块（或称马赛克），模拟方块的面板可以自由拆卸，以方便用户对屏面布局的自行更改，马赛克方块的尺寸为25×25mm。屏面上采用刻槽各种模拟网络图和操作图，方便布局的更改、使布局更加明朗、清晰。此类模拟屏和控制屏在杭州供电局、杭州市自来水公司、巨化集团以及各发电厂、变电所均有采用。

整个结构设计既符合人的视觉习惯，又完好地模拟了供配电系统现场，其中主要部分是完全按照现场的模式来设计开发的，完全符合教科书的要求。如图1所示。

◆ 供配电技术实验系统原理介绍

图2为供配电技术综合实验系统主接线图，为一家中型工厂供电系统中高压配电所（HDS）及其附设的车间变电所（STS）的主接线图，通过10kV的高压配电所（HDS）将电能送到各个车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所（STS），*经车间变电所的配电变压器降为一般低压用电设备所须的电压。

高压配电所（HDS）两路进线均为总降变电所过来的电源，两路10kV电源进线，一路是架空线路WL1，另一路是电缆线路WL2，最常见的进线方案是，一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源使用，另一路电源来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源使用。它的出线分为五路，有两路分别由两段母线经隔离开关—断路器配电给车间变电所、两路到测量表记、还有一路由左段母线WB1经隔离开关—断路器供无功补偿用的高压并联电容器组。所有出现断路器的母线侧均加装了隔离开关，以保证断路器和出线的安全检修。

车间变电所（STS）有两路来自高压配电所10kV的电源经过降压之后到各自低压母线上，其中一路作为正常工作电源使用，另一路作为备用电源使用，此方案作为一级负荷供电使用，两段220V/380V低压母线经过低压母线分段开关联合在一起，这种接线的可靠性较高。并装设互为备用的备用电源自动投入装置（APD）。车间变电所有多路出线，一路到低压无功补偿柜，一路到低压照明，其他几路为低压动力出线。

控制屏采用的是按高低压成套配电装置之间的相互连接和排列位置而绘制的装置式主接线图，分为10kV级、220V/380V级两部分。

EPC-9033三相电量智能监测仪

EPC-9033三相电量智能监测仪是一智能型三相电参数数据综合采集三相电量智能监测仪；三表法准确测量并现场显示三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流（真有效值）、三相电压（真有效值）、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等电参数。并带2路开关量输入及1路继电器报警输出。

其输入为三相电压（单相0-250V）、三相电流（0-5A）；输出为RS-485接口的数字信号，支持的通讯规约为标准的MOGCUS-RTU。

EPC-9033三相电量智能监测仪是一款智能电参数变送器，它能替代过去的电流、电压、功率、 功率因数、电量等一系列变送器及测量这些变送器标准输出信号的模拟三相电量智能监测仪，可大大降低系统成本, 方便现场布线，提高系统的可靠性。 其485总线输出采用工业现场常用的标准MOGCUS通信协议，使其可与其他厂家的控制三相电量智能监测仪挂在同一485总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统。

采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离。

2）电气系统后台保护台

电气系统后台保护台主要提供一次侧电压互感器、电流互感器的二次侧端子、断路器、仪表等的控制接口、一些常规继电器以及备自投保护装置和PLC的安装。其中常规继电器是用来完成继电器特性实验和常规继电保护的实验。

电气系统后台保护台↑

◆ EGP-00：电源板

该模块提供主电源输出，由接触器通过启、停按钮进行控制，通过调压器输出0～380V连续可调交流电压，额定输出功率3kVA，并带有电流型漏电保护器和高灵敏度互感器组成的电子线路多重保护，一旦过流或发生短路自动切断电源，对调压器进行保护。带有一指针式交流电压表监视三相交流电压输出。并接有升流器，输出带有过流保护，*输出电流可达20A。

直流电源及母线：提供二次回路所需的220V直流电压，带有过流保护和发光二极管指示。提供控制小母线输出。

直流电压表（1只）：测量范围为0-300V，量程分为2V、20V、300V，仪表精度0.5级，带有量程切换，并具有超量程保护功能。

直流电流表（1只）：测量范围为0-2A，量程分为20mA 、200mA、2A，仪表精度0.5级，带有量程切换，并具有超量程保护功能。

电秒表（1只）：采用单片机制作，带有启动和停止接线柱，显示单位分别为s和ms，量程可实现自动切换。

◆ EGP-01二次回路

该模块提供一次系统的电压互感器、电流互感器的二次侧接线端子，输出可接继电器和微机保护装置。同时提供一次系统故障设置部分，带有切换开关，可分别进行变压器故障设置（内部短路、正常工作、外部短路）和线路故障设置（正常工作、近端短路、远端短路），同时通过按钮可设置多种故障现象（三相短路故障、两相短路故障、单相接地故障等）。

◆ EGP-02 PLC主机和模块

PLC采用的是西门子S7-200Smart/CPU SR60系列PLC主机（订货号：6ES7-288

-1SR60-0AA0）：提供36路输入和24路继电器输出；模块为EM DR08（订货号：6ES7-288-2DR08-0AA0），提供8路数字量输出。通过一船形开关，控制PLC工作电源的通断，并通过熔断器，来保护PLC的安全。

◆ EGP-03断路器回路及信号指示

提供和展开断路器的控制回路接口，让学生更好的了解断路器的工作原理，用于完成线路保护的相关实验。

信号指示：由光示牌、红绿指示灯、蜂鸣器组成。

◆ EGP-04控制开关

该模块是由两只*转换开关组成，主要用于综合实验中更好的模拟现场控制，提高实验的真实性。

◆ EPL-13交流仪表

提供两只交流电压表和交流电流表

交流电压表（2只）：测量范围0-500V，量程分为2V、20V、200V、500V，仪表精度0.5

级，并具有超量程保护功能。

交流电流表（2只）：测量范围0-20A，量程分为200mA、2A、20A，仪表精度0.5级，带有量程切换，并具有超量程保护功能。

◆ EPL-04继电器（一）

该模块是两只DL-21C的电磁式电流继电器，用于电机、变压器及输电线路的过负荷与短路保护线路中，作为启动元件。

◆ 继电器（二）

该模块是一只DY-28C低电压继电器和一只DS-21C时间继电器组成。均采用河南许昌继电器厂的产品。DY-28C低电压继电器主要用于继电保护线路中，作为过电压保护或低电压闭锁的动作元件。继电器名牌刻度值为线圈并联时的额定值。DS-21C时间继电器，作为辅助元件用于各种保护和自动线路中，使被控元件的动作得到可调的延时。

◆ 继电器（四）

该模块是一只DZ-31B中间继电器和一只DZS-12B的延时中间继电器。DZ-31B中间继电器用于直流操作的各种保护和自动控制线路中，作为辅助继电器，以增加触点的数量和容量。DZS-12B继电器作为延时返回继电器，用于直流操作的各种保护和自动控制线路中，作为辅助继电器，以增加触点的数量和容量。

◆ 继电器（五）

该模块是两只电流型DX-8型信号继电器，均采用河南许昌继电器厂的产品。用于直流操作的保护和自动控制线路中，作为动作指示器。

◆ EPL-08B继电器（八）

该模块是一只三相一次自动重合闸继电器，用于输电线路上实现三相一次重合闸的控制回路中，采用河南许昌继电器厂的产品。

◆ 继电器（六）

该模块是一只DCD-5型差动继电器，用于两绕组或三绕组电力变压器的单相保护线路中，作为主保护。可以完整、明显的测出工作电流、制动电流及它们的相位差制动特性曲线。采用河南许昌继电器厂的产品。

3）主机系统及操作软件

图4 上位机软件操作界面

电脑控制系统由主控微机、智能遥信模拟显示灯、PLC、智能仪表等组成。主控微机采用工控微 

机或商用计算机。用户软件全部汉化，开机后自动进入用户主菜单，向用户提示各种操作及操作说明，另提供调试工具软件以便用户自行修改和扩展。

◆ 软件说明：

模拟屏及操作屏操作软件使用我公司自行设计的采用工业组态软件开发的上位机系统应用软件。可在各种版本的Windows下运行。模拟屏全图在微机上显示，采用滚动模式，用户界面好，屏幕显示清晰、美观。用户无须专门培训，也不必掌握计算机*知识就能上机操作。如图4所示。

◆ 状态显示：

模拟屏上所有模拟元件的状态和主机CRT上完全一致。改变CRT上的状态，模拟屏上相应元立即同步变化。模拟屏上所有元器件都可采用不下位操作，并可对模拟屏的显示值进行人工设置和修改。

◆ 状态保存：

系统状态随时保存在主机硬盘中若有失电或其他原因推出运行后，重开机时系统保持推出前的状态。