WDJS-8000電力系統微機繼電保護及綜合自動化教學實驗設備課件

WDJS-8000電力系統微機繼電保護及綜合自動化教學實驗設備目錄一、概述二、意義三、發電系統模型（原動機及發電機）四、變壓器模型五、輸電線路模型六、面板及效果圖

一、概述

結合教學實際需求，建立發電、變電及輸電線路各部分系統模型，模擬整個電力系統的動態運行（采用模擬的一次設備再現電力系統實際運行的多種工況，二次部分融合微機繼電保護、自動化裝置及監控系統），從而研制出一套既不偏離實際，又方便教學的電力系統微機繼電保護及綜合自動化教學實驗設備。本項目由發電機（包括直流電動機、同步交流發電機及勵磁系統）屏臺、主變壓器屏臺及輸電線路屏臺組成，可靈活組合，既能構成雙側電源供電的大電力系統，也可構成雙側電源供電的區域型電網。

二、意義

該項目滿足了高校電力系統及其綜合自動化、繼電保護等相關電力、電氣專業實驗室需求，為學生更好的學習電力系統、微機繼電保護及綜合自動化知識奠定了基礎，使學生在課程學習過程中，直接接觸目前電力系統運行實物，在以后相應的工作崗位上可以直接上手操作；還可以把整個系統作為課程設計或畢業設計，使學生對電力系統綜合自動化的認識和理解得到更進一步提高，從而全面提高學生素質，拓寬就業范圍，培養電力系統應用技術人才。三、發電機模型1、發電機勵磁系統同步發電機勵磁系統的試驗模擬采用市電（220V交流，單相）經單相自耦調壓器調壓后經二極管整流橋全波整流的方式實現，向實驗用三相交流同步發電機提供脈動直流勵磁電流，三相交流同步發電機勵磁電流的調整采用手動調整單相調壓器輸出電壓的方式實現，在整流回路的直流側配置有直流電流表與直流電壓表，用于顯示同步發電機轉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，不需要脈沖觸發電路。勵磁控制回路沒有配置微機勵磁調節器，由于采用開環控制，因此不能實現同步發電機的調差運算（參與并聯機組間的無功分配）、電力系統穩定器（PSS）、PID調節及勵磁系統穩定器等功能，但可以通過手動調整模擬勵磁控制系統的過勵、欠勵、強勵等環節，在負荷變動情況下可以通過手動調壓演示調整勵磁穩定發電機出口端電壓的過程，這些演示通過在發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一鐵心電抗器加以限制。在同步發電機的勵磁回路中通過接觸器觸點開關串接一氧化鋅壓敏電阻，用于同步發電機滅磁實驗演示，由于采用手動調壓勵磁，不需要再配置專用的啟勵電路。同步發電機勵磁系統的模擬電路如圖示：圖中，滅磁開關的控制采用220V交流接觸器實現，滅磁電阻的投切采用接觸器的輔助觸點實現，主觸點用于開、斷主勵磁回路。滅磁回路的控制電路如圖：2、發電機調速系統

調速方式采用市電（三相380V，交流）經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電機出力進行調速的。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角來調節其輸出電壓的，通過操作平臺上的發電機的轉速儀表可以顯示速度調整情況。同步發電機勵磁電壓采用恒定直流勵磁方式，由市電經過調壓器后再經二極管整流橋整流后由平波電抗器平波而得到，同步發電機調速系統的模擬電路如圖示：自動準同期裝置的微機自動準同期控制器具有對兩側電壓的頻差、電壓差進行自動檢測控制的功能，但由于本模擬實驗系統中的同步發電機的勵磁與調速裝置采用手動進行調節，因此這兩項自動調節功能失去作用，微機自動準同期控制器只有合閘控制功能，相當于半自動準同期并列裝置。微機自動準同期控制器可采用恒定越前相角準同期并列和恒定越前時間準同期并列兩種并聯方式中的一種，控制器顯示面板上能夠顯示同步發電機的輸出電壓及頻率，同時具有同期參數選擇及設置功能，能夠進行一些主要參數的測定（如斷路器開關時間、合閘誤差角等）。自動準同期控制器面板上也設有手動合閘同期按鈕開關，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，用于遠方通信。

同步發電機的并列操作是在原動機啟動操作，發電機勵磁啟動操作，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，根據同期表中反映兩側電壓差的電壓表的正負偏轉以及反映兩側頻率差的頻率表的正負偏轉通過手動調整發電機的勵磁與轉速，在觀察到兩側相位角差接近于零的時提前一個時間間隔進行手動合閘。同步發電機并列操作的控制電路如下圖4、發電機繼電保護模擬

本模擬系統的發電機繼電保護裝置采用許繼電氣公司生產的微機型發電機繼電保護裝置實現。由于故障類型比運行現場加以簡化，所以模擬系統的發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、轉子接地保護、復合電壓啟動過流保護、過流保護、反時限過負荷保護。為了使學生對發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的保護動作情況顯示，發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整定、運行狀態顯示等功能。同步發電機繼電保護的模擬實驗系統的電路如圖所示：發電機特性實驗空載實驗調壓實驗帶負載實驗同期并網實驗過勵、欠勵實驗定子一點接地保護：通過在機端口增設元器件和開關模擬單相接地故障，實現定子一點接地保護。復合電壓啟動（方向）過流保護：通過增設的阻抗元器件模擬相間故障產生低電壓或復序電壓實現復合電壓啟動（方向）過流保護反時限過負荷保護：通過接入超過額定功率的負荷來完成此保護。主要配置的變壓器的保護類型有：比率制動式差動保護、復壓（方向）過電流保護、零序方向電流保護、過電流保護（過負荷、有載調壓、啟動通風）、非電量保護。為了加深學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整定、運行狀態顯示等功能。微機變壓器保護的模擬實驗系統的電路如圖所示

利用上述微機變壓器保護的模擬實驗系統可以進行變壓器在單側電源供電（無窮大電源斷開）及雙側電源供電（發電機發電，無窮大電源接通）情況下的接地短路與相間短路實驗，可以模擬發電機停機情況下由電網供電時的變壓器三角接側的過負荷實驗。在雙端電源供電情況下，可以通過手動調整同步發電機的機端勵磁電壓或手動調整與市電相接的三相調壓器的變比來進行變壓器的三相對稱過負荷實驗。變壓器微機保護實驗裝置可以配置為跳星形連接側開關DL2及跳雙側開關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容及實現方法比率制動時差動保護：當發生相間故障時，通過比較變壓器兩側的差流來完成保護功能。復合電壓過電流保護：通過增設的阻抗元器件模擬相間故障產生低電壓或復序電壓實現復合電壓啟動（方向）過流保護高壓側零序方向過流保護：通過在高壓側套管引線處增設元器件和開關模擬單相接地故障，實現此保護。中性點零序電流保護：通過在中性點增設阻抗元器件和開關模擬中性點接地，實現此保護。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為定值，根據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。220KV高壓輸電線路為中性點直接接地的電力系統，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，這些故障可能發生在線路中的任何位置，因此，每條輸電線路都應配置相應的微機線路保護裝置，考慮到電網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。由于目前電網為互聯的大電力系統，負載端不再僅僅是用電負荷，而且還有其它的發電機組及輸電線路向該區域供電，因此也可把輸電線路的負載端看成是無限大電網。綜合以上因素，輸電線路及其微機保護的模擬實驗系統的電路如圖所示：輸電線路保