10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)的研制

王永紅

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，內(nèi)蒙古 包頭014030)

0 引 言

經(jīng)過調(diào)研、考查，目前高職院校供配電實(shí)操設(shè)備的現(xiàn)狀是:①供配電實(shí)操設(shè)備無一次元件和企業(yè)真實(shí)的開關(guān)柜;②采用導(dǎo)線在實(shí)驗(yàn)臺前面的插孔進(jìn)行接插連線，開關(guān)柜布線、走線、捆扎等能力培養(yǎng)無法實(shí)現(xiàn);③購置的教學(xué)設(shè)備與企業(yè)設(shè)備完全不同，致使走向工作崗位學(xué)生，對職業(yè)實(shí)境的設(shè)備不認(rèn)識;④有的學(xué)校采用仿真軟件實(shí)現(xiàn)變電站的運(yùn)行控制，學(xué)生建立不起企業(yè)實(shí)境與真實(shí)設(shè)備的概念;⑤有的院校采用企業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)方式，由于變電所運(yùn)行中不能實(shí)操，開關(guān)柜門關(guān)閉，不能觀看到開關(guān)柜里面所有的器件，運(yùn)行中所有的故障現(xiàn)象也不是想看就能看到的。學(xué)生在高壓10 kV及以上的變電所，存在一定的危險(xiǎn)性，特別是高壓運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，不允許閑雜人員在高壓現(xiàn)場逗留、觀看或?qū)W習(xí)。

綜上分析，目前高職院校的供配電實(shí)操設(shè)備不利于職業(yè)能力的培養(yǎng);學(xué)校聯(lián)系10 kV 及以上的變電所認(rèn)識實(shí)習(xí)的教學(xué)模式根本無法實(shí)現(xiàn)。因此，與企業(yè)合作，開發(fā)、研制用于職業(yè)院校專業(yè)教學(xué)、與企業(yè)零對接的供配電系統(tǒng)尤為重要。我院與企業(yè)技術(shù)人員共同探討，將供配電系統(tǒng)的讀識圖、實(shí)操、接線與調(diào)試、故障排查、運(yùn)行與維護(hù)等能力培養(yǎng)作為研制這套供配電實(shí)操系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn)，以企業(yè)真實(shí)設(shè)備模型及工作任務(wù)作為載體，研制適合職業(yè)院校開展實(shí)施的一體化教學(xué)和企業(yè)職工在崗培訓(xùn)的供配電實(shí)操系統(tǒng)。

1 10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)組成

10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)是由XGN2-12(Z)高壓開關(guān)柜、1#中央信號屏、2#10 kVⅠ段進(jìn)線柜、3#10 kV 出線/母聯(lián)柜、4#重合閘/PT 柜、5#10 kVⅡ段進(jìn)線柜、6#低壓雙電源進(jìn)線柜、7#無功補(bǔ)償/饋電柜、過流給定模擬負(fù)載柜等組成的。研制的10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)正面與內(nèi)視圖片，如圖1、2 所示。

圖1 10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)正面圖

圖2 10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)內(nèi)視圖

2 10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)研制方案

2.1 雙電源進(jìn)線設(shè)計(jì)

10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)采用雙電源進(jìn)線，用三相交流220 V 模擬變電所10 kV 進(jìn)線電壓。雙電源進(jìn)線引自學(xué)校動力電源三相交流380 V，經(jīng)放置在1#中央信號屏的輸出兩繞組變壓器降壓，輸出兩路220 V 交流電源，一路作為10 kV 模擬電源Ⅰ段進(jìn)線，由2#10 kVⅠ段進(jìn)線柜引入;另一路作為10 kV 模擬電源Ⅱ段進(jìn)線，由5#10 kVⅡ段進(jìn)線柜引入。高壓母線采用仿真母線，要刷上黃、綠、紅漆色以識別A、B、C 相序，10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)主接線如圖3 所示。

圖3 10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)主接線圖

2.2 高低壓開關(guān)柜的選型

XGN2-12(Z)高壓開關(guān)柜采用工廠普遍使用的、較為先進(jìn)的柜體，且按照實(shí)際尺寸制作，具有“五防”功能，能按照操作規(guī)程進(jìn)行停送電操作。高壓開關(guān)柜由GN30-12/600 旋轉(zhuǎn)式高壓隔離開關(guān)組成上下隔離開關(guān)，高壓真空斷路器由ZN63A-12 戶內(nèi)真空斷路器組成。2#、3#、4#、5#柜體材料采用普通實(shí)訓(xùn)柜材料進(jìn)行制作，柜型尺寸要按照實(shí)際尺寸制作，2#、3#、4#、5#柜的高壓斷路器和上下高壓隔離開關(guān)，均由接觸器代替，即用模擬開關(guān)來代替。高、低壓開關(guān)柜屏面上應(yīng)裝設(shè)帶燈按鈕，能操作，也能指示高低壓斷路器、隔離開關(guān)或低壓刀開關(guān)的合閘與跳閘位置，同時(shí)能夠事故報(bào)警。2#、3#、4#、5#開關(guān)柜具有停送電操作邏輯鑒別對錯(cuò)功能，有漏電保護(hù)措施，使學(xué)生實(shí)訓(xùn)較為安全。低壓開關(guān)柜采用抽屜式四路配電輸出，檢修時(shí)，抽屜的開啟具有一定操作順序。為了直觀體現(xiàn)整套系統(tǒng)由高壓到低壓的停送電操作順序，在第7#開關(guān)柜的柜面上相應(yīng)地用紅色的漆線，畫出了整套供配電實(shí)操系統(tǒng)圖，如圖1 圖片所示。通過操作相應(yīng)柜面的帶燈按鈕，來顯示操作順序，以滿足現(xiàn)場教學(xué)的直觀性。

2.3 1#中央信號屏設(shè)計(jì)

1#中央信號屏實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)運(yùn)行與故障報(bào)警的監(jiān)視及試驗(yàn)功能，由直流操作電源、事故信號回路、預(yù)告信號回路、手動/自動復(fù)歸、試驗(yàn)連接片、試驗(yàn)按鈕等組成的。

1#中央信號屏設(shè)計(jì)如圖3 所示，引自學(xué)校動力電源交流380 V，經(jīng)三相調(diào)壓器降壓，再經(jīng)三相整流濾波電路板，輸出兩路直流220 V 電源，一路供XGN2-12(Z)高壓開關(guān)柜作直流控制電源，另一路作為2#、3#、4#、5#開關(guān)柜的直流操作電源。1#中央信號屏面上裝設(shè)了直流電壓表進(jìn)行監(jiān)測。

系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了能模擬電網(wǎng)電壓升高、降低5%的變化情況，由1#屏的轉(zhuǎn)換開關(guān)－5%、UN、+5%三個(gè)檔位的操作及相應(yīng)的接觸器控制，分別接通電網(wǎng)額定電壓UN、升高5%和降低5%電路，通過1#屏電壓表顯示波動電壓值，若把轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到－5%位置，即給定一個(gè)低電壓輸入，則模擬實(shí)際電網(wǎng)電壓低于額定電壓情況，再將屏面上的電路連接片連到低壓閉鎖位置，則由2#柜可以完成低電壓閉鎖保護(hù)控制訓(xùn)練項(xiàng)目。

事故信號回路由燈光和音響信號組成的，當(dāng)2#柜、3#柜、5#柜發(fā)生相間短路故障時(shí)，繼電保護(hù)動作，使相應(yīng)柜的斷路器跳閘，從而接通事故沖擊繼電器、接通電鈴音響回路，發(fā)出報(bào)警信號，相應(yīng)的光字牌顯示不正常運(yùn)行狀態(tài)。依據(jù)教學(xué)需要，系統(tǒng)設(shè)置了故障音響的手動和自動復(fù)歸功能，通過屏面上的電路連接片的不同位置的連接，實(shí)現(xiàn)不同功能。若連接片連接到自動復(fù)歸位置，故障時(shí)，則通過時(shí)間繼電器的延時(shí)控制，自動解除故障音響;若連接片連接到手動復(fù)歸位置，故障時(shí)，則通過手動按鈕按下，手動解除故障音響。

預(yù)告信號回路是由工作/試驗(yàn)按鈕、給定信號按鈕、沖擊繼電器、手動復(fù)歸、自動復(fù)歸、中間繼電器、電笛、光字牌等組成的。將工作/試驗(yàn)轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到試驗(yàn)位置，通過給定信號按鈕按下，來模擬電壓互感器二次回路、控制回路斷線等不正常情況，從而接通沖擊繼電器，由電笛發(fā)出報(bào)警聲響，系統(tǒng)也設(shè)計(jì)了手動和自動復(fù)歸解除報(bào)警方式，設(shè)置、操作方式與上述的事故信號回路相同。

2.4 高壓進(jìn)線柜設(shè)計(jì)

高壓進(jìn)線柜由2#10 kVⅠ段進(jìn)線柜、5#10 kVⅡ段進(jìn)線柜組成的。為了體現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性與實(shí)用性，需要把企業(yè)多個(gè)變電所的多種控制技術(shù)，改造、研制在這一套教學(xué)系統(tǒng)中，以滿足教學(xué)任務(wù)的豐富性與多樣性要求。因此，2#10 kVⅠ段進(jìn)線柜采用電磁式繼電保護(hù)控制方式，由電磁式定時(shí)限、速斷、低電壓閉鎖等過流保護(hù)組成的。屏面上設(shè)計(jì)有定時(shí)限、速斷、低壓閉鎖等電路切換連接片，通過連接片的連接，實(shí)現(xiàn)一柜多種控制功能的目的。

5#10 kVⅡ段進(jìn)線柜采用微機(jī)綜合保護(hù)控制方式，由1#中央信號屏供給直流220V 操作電源，可以實(shí)現(xiàn)不同的保護(hù)功能，如相間兩段式過流、速斷、零序等多種滿足教學(xué)的綜合保護(hù)。微機(jī)綜合保護(hù)裝置型號為WXH-822，能夠設(shè)置、整定參數(shù)，具有良好的自診斷功能，并留有計(jì)算機(jī)控制接口，便于通信、錄波與打印。屏面上還裝設(shè)了重合閘和遙控連接片，可以實(shí)現(xiàn)控制的不同方式;通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇就地/遠(yuǎn)方控制要求。

在2#柜、5#柜屏面的中部位置分別裝設(shè)有上隔離開關(guān)帶燈按鈕、高壓斷路器帶燈按鈕、下隔離開關(guān)帶燈按鈕，2#柜、5#柜的高壓斷路器和上下隔離開關(guān)分別用模擬器件，即接觸器來替代，能夠?qū)崿F(xiàn)2#柜、5#柜的停、送電操作，并設(shè)計(jì)有操作順序正確、錯(cuò)誤閉鎖控制，若操作順序錯(cuò)誤，1#中央信號屏報(bào)警，方便教學(xué)使用。兩個(gè)柜面上分別裝設(shè)了電流表，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)線電流的監(jiān)測。

2.5 3#出線/兼母聯(lián)柜設(shè)計(jì)

3#柜既作為出線柜，也作為母聯(lián)柜，其目的是節(jié)約研制成本。3#柜是由定時(shí)限、定時(shí)限與速斷、母聯(lián)斷路器的暗備用自投等電路器件組成的。屏面上設(shè)置了Ⅰ段進(jìn)線/Ⅱ段進(jìn)線工作切換選擇開關(guān)，母聯(lián)斷路器的暗備用自投轉(zhuǎn)換開關(guān)。通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)Ⅰ段、Ⅱ段進(jìn)線工作電源的選擇及備用自投電路的功能選擇。屏面上裝設(shè)了進(jìn)線電壓、電流的監(jiān)測;母聯(lián)柜高壓斷路器、隔離開關(guān)的帶燈按鈕，以實(shí)現(xiàn)母聯(lián)柜的實(shí)操訓(xùn)練。

2.6 4#重合閘/PT 柜設(shè)計(jì)

4#柜是由YO/YO/開口三角絕緣監(jiān)視、一次重合閘繼電器及相關(guān)電路組成的。在屏面上設(shè)置了重合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)，將開關(guān)選擇為重合閘位置，當(dāng)高壓線路發(fā)生相間短路瞬時(shí)故障時(shí)，即由過流給定模擬負(fù)載柜人為設(shè)置給定短路模擬信號，則3#柜的高壓斷路器QF32(接觸器觸點(diǎn)，為模擬的)跳閘，信號繼電器發(fā)跳閘信號，1#屏發(fā)事故報(bào)警信號;同時(shí)4#柜的一次重合閘繼電器動作，自動重合3#柜的高壓斷路器QF32，使得1#屏的光字牌顯示“重合閘”信號，完成一次重合閘控制。

在屏面上還設(shè)置了YO/YO/開口三角轉(zhuǎn)換開關(guān)，將開關(guān)選擇為YO/YO/開口三角位置，當(dāng)高壓線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，即由過流給定模擬負(fù)載柜人為設(shè)置模擬接地故障信號，使4#柜接地信號繼電器動作，同時(shí)接通1#屏事故報(bào)警回路，發(fā)出接地報(bào)警信號，但QF32 不跳閘。為了判斷接地故障相，屏面上還裝設(shè)了三塊監(jiān)測每一相的相電壓表及一塊線電壓表，通過電壓表的示值來判斷接地故障相。

2.7 6#低壓雙電源進(jìn)線柜設(shè)計(jì)

低壓系統(tǒng)主接線如圖4 所示。6#低壓雙電源進(jìn)線柜由A 路進(jìn)線的KLDW1-2000 智能型萬能式斷路器QF61，刀開關(guān)QS61、QS62(接觸器替代，為模擬觸點(diǎn))，B 路進(jìn)線的低壓斷路器QF62(接觸器替代，為模擬觸點(diǎn))，電流互感器TA61 和TA62、備用自投裝置等組成的。6#低壓雙電源進(jìn)線柜可以實(shí)現(xiàn)雙電源互為備用自投功能。低壓進(jìn)線電壓220 V 模擬實(shí)際的380 V。柜面上設(shè)計(jì)了A 路和B 路合閘、分閘控制按鈕及指示燈顯示;A 路、B 路電壓表監(jiān)測;三相電流表監(jiān)測;兩路電源投切方式設(shè)有自動/手動轉(zhuǎn)換方式。若A 路工作，B路備用，當(dāng)A 路故障斷電，由互為備自投電路控制B 路投入運(yùn)行，滿足現(xiàn)場教學(xué)的可操作性與可控制性要求。

圖4 低壓系統(tǒng)主接線圖

2.8 7#無功補(bǔ)償/饋電柜設(shè)計(jì)

7#柜采用抽屜式四路輸出低壓配電柜，設(shè)計(jì)有兩路照明、兩路動力配電輸出，可以自動和手動無功補(bǔ)償切換，如圖4 所示。7#柜設(shè)計(jì)有6L2-A 功率因數(shù)表、電壓表、RVC-6 自動補(bǔ)償裝置控制器、補(bǔ)償電容板(用模擬電容來替代)、手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)、有功電度表、無功電度表等組成的。補(bǔ)償電容板的設(shè)計(jì)是根據(jù)配電模擬感性負(fù)載的大小計(jì)算出來，每個(gè)補(bǔ)償回路的補(bǔ)償電容計(jì)算值為150Var，共有4 個(gè)補(bǔ)償回路組，可以實(shí)現(xiàn)手動一組一組投切補(bǔ)償，同時(shí)監(jiān)控功率因數(shù)表的示值，直到功率因數(shù)指標(biāo)達(dá)到0.9 以上;也可以選擇自動補(bǔ)償方式，配合自動補(bǔ)償控制器觀測，自動完成補(bǔ)償回路組的投切任務(wù)。7#柜還裝設(shè)有功電度表、無功電度表，以訓(xùn)練學(xué)生電度表的裝接能力。

2.9 過流給定模擬負(fù)載柜設(shè)計(jì)

這套系統(tǒng)所有故障是通過過流給定模擬負(fù)載柜人為給定的。過流給定模擬負(fù)載柜是由九組模擬負(fù)載組成的，每組模擬負(fù)載由可調(diào)電阻器和電抗器串聯(lián)組成的。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器及電抗器，就可以調(diào)節(jié)故障電流及改變負(fù)載性質(zhì)，通過撥動過流給定柜六組控制開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)相間短路動作電流、過負(fù)荷電流及單相接地故障電流、正常多路配電電流的給定控制。模擬負(fù)載能夠模擬感性電動機(jī)負(fù)載和容性負(fù)載，通過三組控制開關(guān)的選擇及監(jiān)測裝置，能反應(yīng)出功率因數(shù)的變化及欠補(bǔ)償、過補(bǔ)償、正常指標(biāo)補(bǔ)償?shù)男ЧＭㄟ^過流給定模擬負(fù)載柜上裝設(shè)的長2 m 的三相插頭，插入2#、3#、4#、5#、7#柜面下方設(shè)置的插座，撥動過流給定模擬負(fù)載柜的相應(yīng)控制開關(guān)閉合，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)開關(guān)柜各種故障電流、正常低壓配電電流的給定值，實(shí)現(xiàn)高壓斷路器跳閘或報(bào)警，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)耐肚小?/p>

3 系統(tǒng)可以提供的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

系統(tǒng)可以提供的綜合訓(xùn)練項(xiàng)目有:10 kV 進(jìn)出線柜接線與調(diào)試、10 kV 母聯(lián)柜接線與調(diào)試、10 kV 電壓互感器柜接線與調(diào)試、中央信號屏接線與調(diào)試、微機(jī)綜合保護(hù)柜接線與調(diào)試、低壓開關(guān)柜接線與調(diào)試、高壓器件運(yùn)行與維護(hù)、低壓配電柜接線與檢修。

系統(tǒng)可以提供的理實(shí)一體化現(xiàn)場教學(xué)項(xiàng)目有:高低壓器件認(rèn)識、高壓開關(guān)柜停送電操作、定時(shí)限與速斷過流保護(hù)控制、單相接地故障絕緣監(jiān)視控制、自動重合閘控制、重合閘前加速與后加速保護(hù)控制、高壓線路備用電源自動投入控制、微機(jī)綜合保護(hù)與參數(shù)整定、手動與自動無功補(bǔ)償控制、手動與自動復(fù)歸中央音響信號控制。

4 結(jié) 語

研制10 kV 供配電實(shí)操系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了高低壓柜體完全與現(xiàn)場變電所一致，且開關(guān)柜二次布線與實(shí)際一樣，還可以隨時(shí)停電，查看線路和現(xiàn)場操作，具有漏電保護(hù)，系統(tǒng)最高電壓為380 V，較為安全，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校設(shè)備與企業(yè)崗位的零對接，使學(xué)生在真實(shí)的職業(yè)情境中完成各種職業(yè)能力的訓(xùn)練，是集安全、可操作、可控制、可顯示、可接線與配線為一體的多功能實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)。本項(xiàng)目于2008 年開始，邊研制，邊使用，邊改進(jìn)，該設(shè)備訓(xùn)練使用學(xué)生人數(shù)為2600 人以上，涉及開設(shè)的專業(yè)有電氣自動化技術(shù)、電力系統(tǒng)自動化技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等，同時(shí)，還為企業(yè)在崗職工和周邊高職院校骨干教師進(jìn)行培訓(xùn)。目前，此系統(tǒng)能完成理實(shí)一體化教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，承載著多門專業(yè)課程的知識和技能教學(xué)點(diǎn)，實(shí)訓(xùn)效果顯著，對周邊其它職業(yè)類院校具有一定示范、輻射作用，取得的成效顯著。

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