一、 概 述

現代化工廠（特別是大型企業）供電負荷密度大，供電方式復雜，可靠性要求高，電能質量要求嚴格，還要求考慮更高的靈活性，以適應供電負荷不斷增加和供電網絡升級的需要。針對這種情況，將綜合自動化技術融入到工廠供電系統中已成為一種必然趨勢和發展方向。

“工廠供電綜合自動化實訓系統”正是依據高職高專《工廠電器與供電》、《電氣設備及運行維護》、《供配電技術》、《供用電網絡繼電保護》、《配電系統自動化》和《配電網自動化技術》等課程的實訓教學要求，結合工廠供電系統的實際應用和發展而設計的綜合型實訓系統。

二、 特 點

全面性：清楚地反映典型工廠供電系統的一次和二次部分，綜合采用多種工廠供電實際應用的電氣設備。能夠實現工廠供電系統的受電、輸送、分配、控制、保護等實踐技能訓練要求；

先進性：綜合微機繼電保護、電量計量、plc和工控組態等微機職能檢測控制的相關技術，采用分層分布式控制方式，組建成集控制、保護、測量和信號為一體的綜合自動化實驗平臺；

實用性：系統結構清晰，運行靈活，操作可靠。

三、 技術性能

1. 輸入電源：三相四線 AC380V±10% 50±2%Hz；

2. 整機容量：≤3kVA；

3. 實訓臺采用鐵質亞光密紋噴塑，鋁質面板；

4. RS-485和以太網兩種通訊接口；標準MODBUS通訊協議；

5. 微機保護裝置測量元件精度：刻度誤差：不大于1%；測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01Hz；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms。

6. 實訓系統由供配電系統主接線模擬屏、計量柜、控制柜、監控軟件等四部分構成。

7. 實訓系統能模擬中型工廠的供配電系統，采用控制屏結構，一次主接線印于鋁面板上。由35 kV，10kV，兩個不同的電壓等級構成 ，整個系統有兩路35kV進線，其中一路正常供電，另一路作為備用，通過備自投自動切換;35kV母線出線有兩路分支，一路送其他分廠，一路經總降變降壓為10kV母線的進線電源1供本地使用；為了保證供電可靠性，另加一路電源作為10kV母線的進線電源2。進線電源1和進線電源2互為暗備用，分別給10kVⅠ段母線和10kVⅡ段母線供電，兩者也可通過備自投自動切換。為了保證一次線路供電的可靠性，配置了微機備自投，微機線路和微機變壓器保護；為了保證高壓電動機的穩定運行，配置了高壓電動機保護；為了提高用電質量，配置了無功補償裝置；為了實現自動化控制，配置了PC機和PLC控制器，實現了整個系統的“四遙”功能。

8. 計量柜包括：三只指針式交流電壓表（精度1.0級，量程：0～500V）；三只指針式交流電流表（精度1.0級，量程：0～5A）；指針式三相有功功率表和三相無功功率表各一只；電子式有功無功組合電能表（1只）：測量電流：0.2級；母線電壓：0.2級；輸出精度：0.2級；頻率：0.01HZ；P、Q、COSΦ；0.5級；通訊分辨率：不大于1ms；三相智能采集模塊（3只）：測量精度：電流、電壓0.2％，其他電量0.5％；帶RS-485通信接口；數字式電秒表（1只）：測量范圍0.0001S-9999.9S，測量誤差≤±5×10-5×量程±1個尾數字，有連續和觸動兩種功能。適應空觸點或5V-250V正極性電信號。連續性手動復零，觸動性即可手動復零，也可隨測量信號自動復零。

9. 控制柜包括：微機線路保護裝置（1只）：具有三段式過流保護，低壓閉鎖電流保護，單相接地保護，反時限過流保護，過電流前加速，過電流后加速，重合閘等功能；微機電動機保護裝置（1只）：具有電流速斷，過電流，電流反時限，零序過流保護，負序電流保護和低電壓保護等功能；微機變壓器保護裝置（1只）：具有電流速斷，過電流，電流反時限，零序過流保護，負序電流保護和低電壓保護等功能；微機無功補償裝置（1只）：能自動追蹤電網功率因數并控制電容器組的投切，具有手動和自動投切功能。根據變壓器的無功功率進行分相補償，電容器組循環工作，使每組電容器均勻投運，從而減少電能損耗和電壓損失，提高設備的使用效率；微機備自投裝置（1只）：有進線備投和母聯備投方式可選 ，當主進線電源模擬故障失電后，備自投裝置能自動地將備用進線電源投到工作母線上，以此保證連接在工作母線上的負荷仍能正常工作，提高供電的可靠性和穩定性。同時具有自適應功能，當檢測到主進線電源恢復時，自動斷開備用進線斷路器，延時閉合主進線，實現主進線電壓恢復時自動切換后投入過程；同時要求所有的微機保護裝置均采用TI公司的高性能DSP作為控制核心芯片，采集外部系統的電流、電壓以及輸入輸出開關量，并送液晶顯示。具有故障錄波功能，可顯示故障波形。

尖峰諧波綜合保護器(2只)：采用四星形接法，可將相間過電壓大大降低，保護的可靠性大為提高。用氧化鋅非線性電阻和高能碳化硅組合結構，實現優勢互補，提高了產品的使用壽命。電壓沖擊系數為1，在各種電壓波形下放電電壓值相等，不受各種操作過電壓波形影響。過電壓保護值準確，保護性能優良。保護的閥值電壓低，保護效果好，如400V系統，保護電壓最低可以達到430v以下，只要超過430V的各種干擾過電壓，都可以很好的濾除；（尖峰諧波綜合保護器需提供國家發明專利證書和型式檢驗報告，現場提供樣機。）

10. 上位機得監控軟件，監控主機與現場智能設備采用RS485總線，Modbus-RTU協議構建底層監控網絡。主要實現以下功能：1、對供配電一次系統進行組態，實時顯示主接線的變化；2、實時采集、顯示、存儲各類電量參數；3、對采集的各種電量量可生成實時和歷史曲線和報表，以利于實驗者比較、分析實驗數據；4、監視各斷路器位置、保護動作出口狀態；能夠控制輸電線路斷路器的跳/合閘；5、根據采集的母線電量實現對電壓、無功的自動調整。

11. PLC采用施耐德PLC主機。
12.教學軟件

1、用電安全與觸電急救仿真教學軟件

軟件采用二維與三維結合的虛擬畫面，教導學生用電的安全和急救方法，軟件內設有單相觸電、兩相觸電、跨步觸電、低壓觸電急救、高壓觸電急救、人工呼吸救護法、牽手呼吸救護法、胸外心臟按壓就護法等原理講解與教學，單相觸電分維修帶電斷線、維修插座觸電、室外觸電等原理演示。低壓觸電和高壓觸電教學主要為學生講解演示如何解救處于低壓觸電或者高壓觸電時的人，人工呼吸救護法、牽手呼吸救護法、胸外心臟按壓就護法采用采用3D虛擬仿真技術展示，經過渲染和潤色，使模型看起來與真實部件一般無二，畫面逼真。通過實訓能夠對學生進行實訓室安全用電教育，提高學生的安全意識，使學生學會一些自救的方法，讓學生在遇到危險時能采取一定的安全措施，保護自己，以及熟悉各種電氣事故產生的原因和處理電氣事故的實用操作措施，減少電氣事故的發生。

2、維修電工電子電機與職業資格培訓考評仿真軟件

本軟件為apk的格式，可在PC端使用，也可在移動端使用，本軟件即可手動設置故障也能自動設置故障，本軟件通過電路圖中綠色的框選擇手動設置故障點（最多可以設置39個故障點），也可以通過系統自動進行隨機1個故障點設置，隨機兩個故障點設置，隨機三個故障點設置，隨機四個故障點設置，隨機五個故障點設置，本軟件內有工具箱，元件庫，放大鏡，電路圖等功能，可通過工具箱可選擇萬用表進行檢測，通過元件庫選擇合適的元件，通過放大鏡可以清楚的了解各個元器件及電路。本軟件通過電動機星三角啟動控制電路故障的設置，并經過種種排查，讓學生了解電動機星三角啟動控制電路的工作原理及電路結構。

3、虛擬頻譜儀、邏輯分析儀、示波器、三用表仿真軟件：

本軟件為apk的格式，可在PC端使用，也可在移動端使用，本軟件的功能有：電阻的測量、交流電壓的測量（測量變壓器，若變壓器測量燒壞多用表時，冒黑煙提示并可以重置多用表）、晶體管的極性判斷、直流電壓測量（通電流表檔時燈光亮）、直流電流的測量、以及電容好壞的判斷。本軟件可任意拖動紅色與黑色筆頭，2個筆頭拖拽至被測物體上定位時顯示紅圈，如未定位準確無紅圈顯示，并在進行錯誤操作的時（如所選量程錯誤、所測數據錯誤等等），儀表指針將無反應、提示錯誤重新測量等，本多用表可選擇交流電壓檔，直流電壓檔，電阻檔，電流檔，電阻調0，并且可放大顯示數據，可清楚觀看所測數據大小。學生可以通過本軟件學習多用表的正確使用方法。

4、單片機、plc可編程設計與控制虛擬仿真軟件：

本軟件基于unity3d開發，內置實驗步驟、實驗指導書、電路圖、組件列表、連接線路、接通電源、電路圖、場景重置、返回等按鈕，在連線及代碼正確后，可以通過啟動/停止、正向運動、反向運動按鈕操作三維機床模型運動，在連接線路狀態下，三維機床模型可進行放大/縮小、平移。

1.繼電器控制：閱讀實驗指導書，并進入實驗，通過識讀電路圖，選擇組件列表中的繼電器、熱繼電器、開關等元器件以拖拽的形式布局至電器柜中，限位器置于三維機床模型上，可選擇蓋蓋子，部分元器件名稱可重命名，然后點擊連接線路按鈕，將端子對端子進行連線，將機床電路連接成功后，選擇接通電源，進行操作，若組件或線路連接錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

2.PLC控制：實驗同繼電器控制，增加PLC控制功能，在連線完成后，通過PLC編碼按鈕，進入程序編寫界面，編寫正向與反向2條程序，共有12個梯形圖符號，編寫完成后，選擇提交進行程序驗證。驗證成功后，接通電源進行操作，組件、線路連接、代碼錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

3.單片機控制：實驗同繼電器控制，增加單片機控制功能，在連線完成后，通過C編碼按鈕進入編程界面，輸入正確的C語言代碼，提交驗證成功后，接通電源進行操作，組件、線路連接、代碼錯誤將彈出提示錯誤框，可隨時進行場景重置。

四、 實訓項目

1. 工廠供電電氣接線圖的認知

(1) 工廠供電一次電氣接線模擬圖的認知

(2) 工廠供電二次控制回路接線及信號回路實訓

(3) 電壓和電流互感器的接線方法

(4) 工廠供電倒閘操作

2. 工廠自動裝置實訓

(1) 備投投入條件測試

(2) 進線備投（明備用）及自適應

(3) 母聯備投（暗備用）及自適應

(4) 無功補償裝置認知

(5) 手動/自動功率因數補償

(6) 線路無功控制

(7) VQC電壓無功控制

3. 工廠高壓線路的微機繼電保護

(1) 模擬系統正常、最大、最小運行方式

(2) 模擬系統短路

(3) 電秒表的正確操作

(4) 微機線路保護裝置參數整定操作

(5) 線路無時限電流速斷保護

(6) 線路帶時限電流速斷保護

(7) 線路定時限過電流保護

(8) 線路反時限過電流保護

(9) 線路電流電壓連鎖保護

(10) 線路的接地保護

4. 高壓電動機的繼電保護

(1) 變頻器參數整定操作

(2) 變頻器開環調速

(3) 三相異步電動機的啟動方式

(4) 微機電動機保護裝置參數整定操作

(5) 電動機的速斷保護

(6) 電動機的反時限過流保護

(7) 電動機的低電壓保護

(8) 電動機的接地保護

5. 變壓器微機繼電保護

(1) 變壓器電流速斷保護

(2) 變壓器過電流保護

(3) 變壓器瓦斯保護

(4) 變壓器過負荷保護

6. 整體監控及綜合自動化

(1) SCADA監控

(2) 線路故障定位、報警及切除

(3) 電能曲線分析及報表

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