WDJS-8000電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備課件

WDJS-8000電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備目錄一、概述二、意義三、發(fā)電系統(tǒng)模型（原動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)）四、變壓器模型五、輸電線路模型六、面板及效果圖

一、概述

結(jié)合教學(xué)實(shí)際需求，建立發(fā)電、變電及輸電線路各部分系統(tǒng)模型，模擬整個(gè)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行（采用模擬的一次設(shè)備再現(xiàn)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的多種工況，二次部分融合微機(jī)繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置及監(jiān)控系統(tǒng)），從而研制出一套既不偏離實(shí)際，又方便教學(xué)的電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。本項(xiàng)目由發(fā)電機(jī)（包括直流電動(dòng)機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)）屏臺(tái)、主變壓器屏臺(tái)及輸電線路屏臺(tái)組成，可靈活組合，既能構(gòu)成雙側(cè)電源供電的大電力系統(tǒng)，也可構(gòu)成雙側(cè)電源供電的區(qū)域型電網(wǎng)。

二、意義

該項(xiàng)目滿足了高校電力系統(tǒng)及其綜合自動(dòng)化、繼電保護(hù)等相關(guān)電力、電氣專業(yè)實(shí)驗(yàn)室需求，為學(xué)生更好的學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)、微機(jī)繼電保護(hù)及綜合自動(dòng)化知識(shí)奠定了基礎(chǔ)，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中，直接接觸目前電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)物，在以后相應(yīng)的工作崗位上可以直接上手操作；還可以把整個(gè)系統(tǒng)作為課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的認(rèn)識(shí)和理解得到更進(jìn)一步提高，從而全面提高學(xué)生素質(zhì)，拓寬就業(yè)范圍，培養(yǎng)電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)人才。三、發(fā)電機(jī)模型1、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)M采用市電（220V交流，單相）經(jīng)單相自耦調(diào)壓器調(diào)壓后經(jīng)二極管整流橋全波整流的方式實(shí)現(xiàn)，向?qū)嶒?yàn)用三相交流同步發(fā)電機(jī)提供脈動(dòng)直流勵(lì)磁電流，三相交流同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的調(diào)整采用手動(dòng)調(diào)整單相調(diào)壓器輸出電壓的方式實(shí)現(xiàn)，在整流回路的直流側(cè)配置有直流電流表與直流電壓表，用于顯示同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓，由于整流電路采用二極管單相不可控整流橋，不需要脈沖觸發(fā)電路。勵(lì)磁控制回路沒有配置微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，由于采用開環(huán)控制，因此不能實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的調(diào)差運(yùn)算（參與并聯(lián)機(jī)組間的無功分配）、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、PID調(diào)節(jié)及勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器等功能，但可以通過手動(dòng)調(diào)整模擬勵(lì)磁控制系統(tǒng)的過勵(lì)、欠勵(lì)、強(qiáng)勵(lì)等環(huán)節(jié)，在負(fù)荷變動(dòng)情況下可以通過手動(dòng)調(diào)壓演示調(diào)整勵(lì)磁穩(wěn)定發(fā)電機(jī)出口端電壓的過程，這些演示通過在發(fā)電機(jī)定子繞組出線端配置的電壓、有功功率、無功功率等表計(jì)進(jìn)行顯示，為了減小整流橋提供的脈動(dòng)勵(lì)磁電流的脈動(dòng)程度，可在勵(lì)磁回路中串聯(lián)一鐵心電抗器加以限制。在同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁回路中通過接觸器觸點(diǎn)開關(guān)串接一氧化鋅壓敏電阻，用于同步發(fā)電機(jī)滅磁實(shí)驗(yàn)演示，由于采用手動(dòng)調(diào)壓勵(lì)磁，不需要再配置專用的啟勵(lì)電路。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的模擬電路如圖示：圖中，滅磁開關(guān)的控制采用220V交流接觸器實(shí)現(xiàn)，滅磁電阻的投切采用接觸器的輔助觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，主觸點(diǎn)用于開、斷主勵(lì)磁回路。滅磁回路的控制電路如圖：2、發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

調(diào)速方式采用市電（三相380V，交流）經(jīng)三相可控硅全控橋整流，再通過平波電抗器平波，通過改變其電樞電壓的方式來改變發(fā)電機(jī)出力進(jìn)行調(diào)速的。采用三相電源及平波電抗器的作用在于減小直流脈動(dòng)分量，從而減小直流電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)、噪音、損耗，同時(shí)改變直流電動(dòng)機(jī)的換向性能。直流電動(dòng)機(jī)的電樞直流電壓的改變是通過一個(gè)手動(dòng)控制模塊，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)其輸出電壓的，通過操作平臺(tái)上的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速儀表可以顯示速度調(diào)整情況。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓采用恒定直流勵(lì)磁方式，由市電經(jīng)過調(diào)壓器后再經(jīng)二極管整流橋整流后由平波電抗器平波而得到，同步發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路如圖示：自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期控制器具有對(duì)兩側(cè)電壓的頻差、電壓差進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)控制的功能，但由于本模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁與調(diào)速裝置采用手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此這兩項(xiàng)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能失去作用，微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期控制器只有合閘控制功能，相當(dāng)于半自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置。微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期控制器可采用恒定越前相角準(zhǔn)同期并列和恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列兩種并聯(lián)方式中的一種，控制器顯示面板上能夠顯示同步發(fā)電機(jī)的輸出電壓及頻率，同時(shí)具有同期參數(shù)選擇及設(shè)置功能，能夠進(jìn)行一些主要參數(shù)的測(cè)定（如斷路器開關(guān)時(shí)間、合閘誤差角等）。自動(dòng)準(zhǔn)同期控制器面板上也設(shè)有手動(dòng)合閘同期按鈕開關(guān)，以備控制器故障時(shí)進(jìn)行手動(dòng)同期合閘，控制器具有通信接口，用于遠(yuǎn)方通信。

同步發(fā)電機(jī)的并列操作是在原動(dòng)機(jī)啟動(dòng)操作，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁啟動(dòng)操作，無窮大電源投入操作以及輸電線路開關(guān)投入操作等完成之后進(jìn)行的，手動(dòng)并列時(shí)也可以通過控制面板上的同期表來進(jìn)行，根據(jù)同期表中反映兩側(cè)電壓差的電壓表的正負(fù)偏轉(zhuǎn)以及反映兩側(cè)頻率差的頻率表的正負(fù)偏轉(zhuǎn)通過手動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁與轉(zhuǎn)速，在觀察到兩側(cè)相位角差接近于零的時(shí)提前一個(gè)時(shí)間間隔進(jìn)行手動(dòng)合閘。同步發(fā)電機(jī)并列操作的控制電路如下圖4、發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)模擬

本模擬系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置采用許繼電氣公司生產(chǎn)的微機(jī)型發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。由于故障類型比運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)加以簡(jiǎn)化，所以模擬系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置的保護(hù)配置也進(jìn)行了簡(jiǎn)化，主要配置的保護(hù)類型有：比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)、定子接地保護(hù)、失磁保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)過流保護(hù)、過流保護(hù)、反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)。為了使學(xué)生對(duì)發(fā)電機(jī)微機(jī)保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作特性有更加直觀的理解，各種保護(hù)采用軟件投退的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，保護(hù)動(dòng)作后會(huì)有相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作情況顯示，發(fā)電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置具有友好的人機(jī)接口界面，可以在操作界面上進(jìn)行參數(shù)整定、運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。同步發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路如圖所示：發(fā)電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)空載實(shí)驗(yàn)調(diào)壓實(shí)驗(yàn)帶負(fù)載實(shí)驗(yàn)同期并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)過勵(lì)、欠勵(lì)實(shí)驗(yàn)定子一點(diǎn)接地保護(hù)：通過在機(jī)端口增設(shè)元器件和開關(guān)模擬單相接地故障，實(shí)現(xiàn)定子一點(diǎn)接地保護(hù)。復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（方向）過流保護(hù)：通過增設(shè)的阻抗元器件模擬相間故障產(chǎn)生低電壓或復(fù)序電壓實(shí)現(xiàn)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（方向）過流保護(hù)反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)：通過接入超過額定功率的負(fù)荷來完成此保護(hù)。主要配置的變壓器的保護(hù)類型有：比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)、復(fù)壓（方向）過電流保護(hù)、零序方向電流保護(hù)、過電流保護(hù)（過負(fù)荷、有載調(diào)壓、啟動(dòng)通風(fēng)）、非電量保護(hù)。為了加深學(xué)生對(duì)變壓器微機(jī)保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作特性的理解，保護(hù)采用軟件控制投退的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)變壓器微機(jī)保護(hù)裝置具有友好的人機(jī)接口界面，可以在操作界面上進(jìn)行參數(shù)整定、運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。微機(jī)變壓器保護(hù)的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路如圖所示

利用上述微機(jī)變壓器保護(hù)的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行變壓器在單側(cè)電源供電（無窮大電源斷開）及雙側(cè)電源供電（發(fā)電機(jī)發(fā)電，無窮大電源接通）情況下的接地短路與相間短路實(shí)驗(yàn)，可以模擬發(fā)電機(jī)停機(jī)情況下由電網(wǎng)供電時(shí)的變壓器三角接側(cè)的過負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。在雙端電源供電情況下，可以通過手動(dòng)調(diào)整同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端勵(lì)磁電壓或手動(dòng)調(diào)整與市電相接的三相調(diào)壓器的變比來進(jìn)行變壓器的三相對(duì)稱過負(fù)荷實(shí)驗(yàn)。變壓器微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置可以配置為跳星形連接側(cè)開關(guān)DL2及跳雙側(cè)開關(guān)DL1及DL2。變壓器微機(jī)保護(hù)的模擬實(shí)驗(yàn)的控制電路如圖示變壓器部分保護(hù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法比率制動(dòng)時(shí)差動(dòng)保護(hù)：當(dāng)發(fā)生相間故障時(shí)，通過比較變壓器兩側(cè)的差流來完成保護(hù)功能。復(fù)合電壓過電流保護(hù)：通過增設(shè)的阻抗元器件模擬相間故障產(chǎn)生低電壓或復(fù)序電壓實(shí)現(xiàn)復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)（方向）過流保護(hù)高壓側(cè)零序方向過流保護(hù)：通過在高壓側(cè)套管引線處增設(shè)元器件和開關(guān)模擬單相接地故障，實(shí)現(xiàn)此保護(hù)。中性點(diǎn)零序電流保護(hù)：通過在中性點(diǎn)增設(shè)阻抗元器件和開關(guān)模擬中性點(diǎn)接地，實(shí)現(xiàn)此保護(hù)。五、輸電線路模型輸電線路及其繼電保護(hù)的模擬以高壓220KV雙回輸電線路為模擬對(duì)象，由于對(duì)于不同電壓等級(jí)的輸電線路的分布參數(shù)為定值，根據(jù)輸電線路的長(zhǎng)度可以計(jì)算出該高壓雙回線路的電阻、電感及分布電容參數(shù)。220KV高壓輸電線路為中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)，在線路中常見的短路故障類型為單相接地短路、兩相相間短路、兩相相間接地短路、三相相間短路，這些故障可能發(fā)生在線路中的任何位置，因此，每條輸電線路都應(yīng)配置相應(yīng)的微機(jī)線路保護(hù)裝置，考慮到電網(wǎng)的短路故障很多為非永久性故障，故障跳閘后需采用重合閘裝置。由于目前電網(wǎng)為互聯(lián)的大電力系統(tǒng)，負(fù)載端不再僅僅是用電負(fù)荷，而且還有其它的發(fā)電機(jī)組及輸電線路向該區(qū)域供電，因此也可把輸電線路的負(fù)載端看成是無限大電網(wǎng)。綜合以上因素，輸電線路及其微機(jī)保護(hù)的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的電路如圖所示：輸電線路保