WDJS-8000電力系統(tǒng)微機繼電保護及綜合自動化教學(xué)實驗設(shè)備課件

WDJS-8000電力系統(tǒng)微機繼電保護及綜合自動化教學(xué)實驗設(shè)備目錄一、概述二、意義三、發(fā)電系統(tǒng)模型（原動機及發(fā)電機）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，模擬整個電力系統(tǒng)的動態(tài)運行（采用模擬的一次設(shè)備再現(xiàn)電力系統(tǒng)實際運行的多種工況，二次部分融合微機繼電保護、自動化裝置及監(jiān)控系統(tǒng)），從而研制出一套既不偏離實際，又方便教學(xué)的電力系統(tǒng)微機繼電保護及綜合自動化教學(xué)實驗設(shè)備。本項目由發(fā)電機（包括直流電動機、同步交流發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)）屏臺、主變壓器屏臺及輸電線路屏臺組成，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

該項目滿足了高校電力系統(tǒng)及其綜合自動化、繼電保護等相關(guān)電力、電氣專業(yè)實驗室需求，為學(xué)生更好的學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)、微機繼電保護及綜合自動化知識奠定了基礎(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)運行實物，在以后相應(yīng)的工作崗位上可以直接上手操作；還可以把整個系統(tǒng)作為課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生對電力系統(tǒng)綜合自動化的認(rèn)識和理解得到更進一步提高，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)電機模型1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的試驗?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現(xiàn)，向?qū)嶒炗萌嘟涣魍桨l(fā)電機提供脈動直流勵磁電流，三相交流同步發(fā)電機勵磁電流的調(diào)整采用手動調(diào)整單相調(diào)壓器輸出電壓的方式實現(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)電機轉(zhuǎn)子回路的勵磁電流與勵磁電壓，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。勵磁控制回路沒有配置微機勵磁調(diào)節(jié)器，由于采用開環(huán)控制，因此不能實現(xiàn)同步發(fā)電機的調(diào)差運算（參與并聯(lián)機組間的無功分配）、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）、PID調(diào)節(jié)及勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器等功能，但可以通過手動調(diào)整模擬勵磁控制系統(tǒng)的過勵、欠勵、強勵等環(huán)節(jié)，在負(fù)荷變動情況下可以通過手動調(diào)壓演示調(diào)整勵磁穩(wěn)定發(fā)電機出口端電壓的過程，這些演示通過在發(fā)電機定子繞組出線端配置的電壓、有功功率、無功功率等表計進行顯示，為了減小整流橋提供的脈動勵磁電流的脈動程度，可在勵磁回路中串聯(lián)一鐵心電抗器加以限制。在同步發(fā)電機的勵磁回路中通過接觸器觸點開關(guān)串接一氧化鋅壓敏電阻，用于同步發(fā)電機滅磁實驗演示，由于采用手動調(diào)壓勵磁，不需要再配置專用的啟勵電路。同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的模擬電路如圖示：圖中，滅磁開關(guān)的控制采用220V交流接觸器實現(xiàn)，滅磁電阻的投切采用接觸器的輔助觸點實現(xiàn)，主觸點用于開、斷主勵磁回路。滅磁回路的控制電路如圖：2、發(fā)電機調(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)電機出力進行調(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分量，從而減小直流電動機的震動、噪音、損耗，同時改變直流電動機的換向性能。直流電動機的電樞直流電壓的改變是通過一個手動控制模塊，通過改變晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)其輸出電壓的，通過操作平臺上的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速儀表可以顯示速度調(diào)整情況。同步發(fā)電機勵磁電壓采用恒定直流勵磁方式，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)電機調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路如圖示：自動準(zhǔn)同期裝置的微機自動準(zhǔn)同期控制器具有對兩側(cè)電壓的頻差、電壓差進行自動檢測控制的功能，但由于本模擬實驗系統(tǒng)中的同步發(fā)電機的勵磁與調(diào)速裝置采用手動進行調(diào)節(jié)，因此這兩項自動調(diào)節(jié)功能失去作用，微機自動準(zhǔn)同期控制器只有合閘控制功能，相當(dāng)于半自動準(zhǔn)同期并列裝置。微機自動準(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)電機的輸出電壓及頻率，同時具有同期參數(shù)選擇及設(shè)置功能，能夠進行一些主要參數(shù)的測定（如斷路器開關(guān)時間、合閘誤差角等）。自動準(zhǔn)同期控制器面板上也設(shè)有手動合閘同期按鈕開關(guān)，以備控制器故障時進行手動同期合閘，控制器具有通信接口，用于遠(yuǎn)方通信。

同步發(fā)電機的并列操作是在原動機啟動操作，發(fā)電機勵磁啟動操作，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行的，手動并列時也可以通過控制面板上的同期表來進行，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)通過手動調(diào)整發(fā)電機的勵磁與轉(zhuǎn)速，在觀察到兩側(cè)相位角差接近于零的時提前一個時間間隔進行手動合閘。同步發(fā)電機并列操作的控制電路如下圖4、發(fā)電機繼電保護模擬

本模擬系統(tǒng)的發(fā)電機繼電保護裝置采用許繼電氣公司生產(chǎn)的微機型發(fā)電機繼電保護裝置實現(xiàn)。由于故障類型比運行現(xiàn)場加以簡化，所以模擬系統(tǒng)的發(fā)電機微機保護裝置的保護配置也進行了簡化，主要配置的保護類型有：比率制動式差動保護、定子接地保護、失磁保護、轉(zhuǎn)子接地保護、復(fù)合電壓啟動過流保護、過流保護、反時限過負(fù)荷保護。為了使學(xué)生對發(fā)電機微機保護的保護動作特性有更加直觀的理解，各種保護采用軟件投退的方法進行實驗，保護動作后會有相應(yīng)的保護動作情況顯示，發(fā)電機微機保護裝置具有友好的人機接口界面，可以在操作界面上進行參數(shù)整定、運行狀態(tài)顯示等功能。同步發(fā)電機繼電保護的模擬實驗系統(tǒng)的電路如圖所示：發(fā)電機特性實驗空載實驗調(diào)壓實驗帶負(fù)載實驗同期并網(wǎng)實驗過勵、欠勵實驗定子一點接地保護：通過在機端口增設(shè)元器件和開關(guān)模擬單相接地故障，實現(xiàn)定子一點接地保護。復(fù)合電壓啟動（方向）過流保護：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)序電壓實現(xiàn)復(fù)合電壓啟動（方向）過流保護反時限過負(fù)荷保護：通過接入超過額定功率的負(fù)荷來完成此保護。主要配置的變壓器的保護類型有：比率制動式差動保護、復(fù)壓（方向）過電流保護、零序方向電流保護、過電流保護（過負(fù)荷、有載調(diào)壓、啟動通風(fēng)）、非電量保護。為了加深學(xué)生對變壓器微機保護的保護動作特性的理解，保護采用軟件控制投退的方法進行實驗，同時變壓器微機保護裝置具有友好的人機接口界面，可以在操作界面上進行參數(shù)整定、運行狀態(tài)顯示等功能。微機變壓器保護的模擬實驗系統(tǒng)的電路如圖所示

利用上述微機變壓器保護的模擬實驗系統(tǒng)可以進行變壓器在單側(cè)電源供電（無窮大電源斷開）及雙側(cè)電源供電（發(fā)電機發(fā)電，無窮大電源接通）情況下的接地短路與相間短路實驗，可以模擬發(fā)電機停機情況下由電網(wǎng)供電時的變壓器三角接側(cè)的過負(fù)荷實驗。在雙端電源供電情況下，可以通過手動調(diào)整同步發(fā)電機的機端勵磁電壓或手動調(diào)整與市電相接的三相調(diào)壓器的變比來進行變壓器的三相對稱過負(fù)荷實驗。變壓器微機保護實驗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。變壓器微機保護的模擬實驗的控制電路如圖示變壓器部分保護實驗內(nèi)容及實現(xiàn)方法比率制動時差動保護：當(dāng)發(fā)生相間故障時，通過比較變壓器兩側(cè)的差流來完成保護功能。復(fù)合電壓過電流保護：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)序電壓實現(xiàn)復(fù)合電壓啟動（方向）過流保護高壓側(cè)零序方向過流保護：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，實現(xiàn)此保護。中性點零序電流保護：通過在中性點增設(shè)阻抗元器件和開關(guān)模擬中性點接地，實現(xiàn)此保護。五、輸電線路模型輸電線路及其繼電保護的模擬以高壓220KV雙回輸電線路為模擬對象，由于對于不同電壓等級的輸電線路的分布參數(shù)為定值，根據(jù)輸電線路的長度可以計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)的微機線路保護裝置，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，輸電線路及其微機保護的模擬實驗系統(tǒng)的電路如圖所示：輸電線路保