电力系统自动化与继电保护教学实验设备的制作方法

专利名称：电力系统自动化与继电保护教学实验设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验设备，具体涉及一种电力系统自动化及继电
保护教学实验设备。
背景技术：
为了与《电力系统自动装置》及《继电保护》教材相配套，全国高校的电 力系统自动化专业都需要开设电力系统自动装置及继电保护的相关实验，目 前，国内大部分高校的电力系统自动装置与继电保护实验设备普遍采用浙江天 煌科技有限公司或武汉华大电力自动技术有限责任公司的电力系统综合自动 化实验平台，利用这两个公司的实验平台基本上可以完成自动装置的一些必需 实验项目与线路继电保护的一些实验项目，但由于其实验设备中不含三相变压 器，不能进行发电机的继电保护实验与变压器的继电保护实验，其实验设备不 含微机在线监控系统，无后台监控功能，且其发电机中性点直接接地，而现场 运行的同歩发电机的中性点是不接地的，与现场实际不符。
为了克服目前电力系统自动装置与继电保护实验设备存在的缺陷，为了更 符合现场运行情况以及能作更多的实验，我们对浙江天煌科技有限公司或武汉 华大电力自动技术有限责任公司的电力系统综合自动化实验平台进行了改进， 研制了一种新的电力系统自动化及继电保护教学实验设备,该设备可以进行同 步发电机的微机继电保护、变压器的微机继电保护、双回输电线路的微机继电 保护的绝大多数实验，同时可以进行同步发电机的励磁、调速、准同期等自动 装置实验以及同步发电机的运行特性实验，借助于微机在线监控系统可以实现 实验设备状态的在线显示及远方控制，从而保证高等院校的电力系统自动化及 继电保护教学实验设备功能更完善、与现场运行情况更接近。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备，
解决了原实验设备中不含二相变压器，不能进行发电机的继电保护实验与变压
器的继电保护实验及实验设备不含微机在线监控系统，无后台监控功能问题。 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案
一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备，它由电力系统自动装置实 验设备(I )、继电保护实验设备(II)、微机在线监控系统(III)三部分组 成，所述的电力系统自动装置实验设备(I )包括发电机励磁调节器、发电机 调速装置、发电机同期装置、同步发电机、直流电动机，发电机励磁调节器的 输入连接市电，发电机励磁调节器的输出连接同步发电机的励磁绕组，同步发 电机的转子接直流电动机输出轴，发电机调速装置的输出接直流电动机的电枢 绕组，同步发电机输出线路上断路器两端的电测量信号端接发电机同期装置； 继电保护实验设备(II)由三相变压器、双回模拟输电线路、微机型发电机保 护装置、微机型变压器保护装置、微机型线路保护装置组成，同歩发电机其中 一相绕组的两端接微机型发电机保护装置输入，同步发电机的输出接三相变压 器，三相变压器的原边绕组和副边绕组的电流测量输出接微机型变压器保护装 置的输入，三相变压器的输出通过断路器连入双回模拟输电线路，双回模拟输 电线路的进线端电流测量输出与出线端电流测量输出接微机型线路保护装置 的输入；微机在线监控系统(III)由网络通信设备、装有监控后台软件的监控 系统计算机组成，监控系统计算机与网络通信设备通过标准的通信接口相连 接。
所述的发电机励磁调节器包括单相调压器、桥式整流电路，调压器的输入 接单相市电，调压器的输出接桥式整流桥的输入，桥式整流桥的输出接同步发 电机的励磁绕组，励磁绕组的两端并联有一个灭磁开关和灭磁电阻串联构成的
灭磁电路。
所述的发电机调速装置包括三相变压器、三相可控硅全控桥整流器、平波 电抗器、直流电动机，三相变压器的输入接三相市电，三相变压器的输出连入 三相可控硅全控桥整流器，三相可控硅全控桥整流器的输出通过平波电抗器接 直流电动机的电枢绕组。
所述的发电机同期装置包括自动准同期装置、接在断路器两侧线路上的两 个电压互感器和同期表，接在断路器两侧线路上的两个电压互感器的输出接自 动准同期装置输入，所述的同期表接断路器两侧线路上的两个电压互感器的输 出，自动准同期装置接断路器控制回路。
其继电保护实验设备(II)的三相变压器采用三角/星接变压器，其星接 侧中性点接地。
所述的双回模拟输电线路包括一条每相串接有一个负载电抗的线路和一 条每相串接有三个负载电抗的线路构成，每条线路的进线端与出线端都接有一 个断路器，所述的每相串接有三个负载电抗的线路的一条相线上通过一个交流 接触器的常开触头与一个单相接地限流电阻串联接地，所述的每相串接有三个 负载电抗的线路的两条相线之间由另一个交流接触器的常丌触头和相间短路 限流电阻连接，所述的每相串接有三个负载电抗的线路的每两相之间通过第三 个交流接触器的常开触头和相间短路限流电阻连接。
其继电保护实验设备(II)的短路模拟实验采用交流接触器主触头与短路 限流大功率小电阻串联的方式实现。
其微机在线监控系统(III)的监控后台软件采用许继电气的CBZ-8000变 电站自动化系统软件，该监控系统可以运行在支持WindowsNT/2000操作系统 的任意硬件平台上。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点通过对原有设备的改进，增 加了三相变压器且变压器的中性点接地可以更真实地模拟电厂发电机—变压 器组的运行状况；增加了微机型发电机保护装置、微机型变压器保护装置、双
回模拟输电线路、微机型线路保护装置，丰富了实验内容，增加微机在线监控
系统方便了后台的监测与控制。

图1为本实用新型的各部分的连接关系示意图2为发电机励磁调节器的电路图3为发电机调速装置的电路图4为发电机同期装置的连接示意图5为微机型发电机保护装置及发电机运行特性实验的模拟实验连接示意
图6为微机型变压器保护装置的模拟实验连接示意图7为微机型线路保护装置及两侧电源供电时的双回输电线路的模拟实验
连接示意图。
具体实施方式

本实用新型的电力系统自动化与继电保护教学实验设备的各部分的连接 关系如图1示，电力系统自动装置实验设备I ，它包括发电机励磁调节器、发 电机调速装置、发电机同期装置、同步发电机、直流电动机，发电机励磁调节 器的输入连接市电，发电机励磁调节器的输出连接同步发电机的励磁绕组，同 歩发电机由直流电动机带动，直流电动机电枢绕组接在发电机调速装置的输 出，同步发电机输出线路上断路器的两端的测量输出连入发电机同期装置；该 自动装置实验设备可以单独通过三相调压器连接市电，也可以直接与继电保护 实验设备II相连；继电保护实验设备II包括二相变压器、双回模拟输电线路、 微机型发电机保护装置、微机型变压器保护装置、微机型线路保护装置，所述
的微机型发电机保护装置信号输入端分别连入同步发电机输入相线和输出相 线测量输出上，三相变压器接同步发电机的输出，微机型变压器保护装置的信 号输入端分别连入三相变压器的原边绕组的相线和副边绕组的相线上，三相变 压器的输出通过断路器连入双回模拟输电线路，双回模拟输电线路的进线端与 出线端测量输出连入微机型线路保护装置的信号输入端；它可以模拟同步发电 机、变压器、双回输电线路在各种短路故障情况下继电保护的动作情况；微机
在线监控系统m包括网络通信设备、装有监控后台软件的监控系统计算机组
成，监控系统计算机与网络通信设备通过标准的通信接口相连接；它可以对整 个电力系统自动化与继电保护教学实验设备的各部分的运行状态进行监测，同 时对各设备发出远方控制指令。
图2所示了发电机励磁调节器的电路图，它包括单相调压器、桥式整流电 路，调压器的输入接单相市电，调压器的输出接桥式整流桥的输入，桥式整流 桥的输出接同步发电机的励磁绕组，励磁绕组的两端并联有一个灭磁开关FMK 和灭磁电阻R串联构成的灭磁电路；它的工作原理是单相市电(交流220V) 经变压器隔离后通过单相调压器向桥式整流电路供电，单相桥式整流电路的输 出的脉动直流电压向同步发电机的励磁绕组提供脉动直流电流，通过手动调整 调压器的电压即可改变同步发电机的励磁电流，从而改变同步发电机的机端输 出电压，同步发电机的励磁线圈通过灭磁开关连接灭磁电阻(氧化锌压敏电 阻)，励磁回路中接有测量单相桥式整流电路输出电压和励磁电流的电压表、 电流表，同步发电机的机端电压经过电流互感器TA1-3及电压互感器TV1-3后 接交流电流、交流电压、无功功率、有功功率、频率表计，DL1代表发电机出 口断路器。
图3为同步发电机的调速装置电路图，包括三相变压器TC1、三相可控硅 全控桥整流器、平波电抗器L、直流电动机M、三相变压器TC1的输入接三相
市电，三相变压器TC1的输出连入三相可控硅全控桥整流器，三相可控硅全控
桥整流器的输出通过平波电抗器L接直流电动机M的电枢绕组，直流电动机的 输出带动同步发电机；它的工作原理是三相市电(380V交流)经过三相变压 器TC1后向三相全控整流桥供电，三相全控整流桥的晶闸管的触发是通过一个 手动控制模块，通过改变触发角"来调节其输出电压的，三相全控整流桥的输 出电压经过一个平波电抗器L后向直流电动机M的电枢绕组提供近似直流的电 枢电流，手动调节控制模块发山的触发角即可改变直流电动机(原动机)的电 枢电流，从而改变直流电动机的转速及输出有功功率。
图4为发电机同期装置的连接示意图，包括自动准同期装置、同期表、电 流互感器TA1-3、电压互感器TV1-3和电压互感器TV2-3，自动准同期装置的 输入和同期表的输入分别通过电压互感器连入同步发电机输出线路上的断路 器DL1两侧的线路上，电流互感器TA1-3的一次线圈连接在断路器DL1靠近发 电机输出端一侧的线路上，电流互感器TAl-3二次线圈、电压互感器TVl-3二 次线圈和电压互感器TV2-3二次线圈接有测量电流、电j上、频率、无功功率、 有功功率的仪表；它的工作原理是同步发电机的输出电压通过发电机出口断 路器DL1后经三相调压器TYQ接三相市电Vs，发电机未并网之前断路器DL1 处于断开状态，断路器两侧线路上的电压信号、频率信号输入到自动准同期装 置，然后通过手动调节发电机的励磁改变机端电压、手动调节发电机的转速来 改变发电机输出信号频率，使断路器两侧电压与频率在规定的误差范围内，在 相位角接近丁零时刻自动准同期装置使开关DL1合闸，在手动方式下，也可以 通过观察同期表在合适时刻手动进行合闸。
图5为微机型发电机保护装置及发电机运行特性实验的连接示意图，包 括同步^电机、电流互感器CT1、电流互感器CT2、微机型发电机保护装置、 断路器DL1，电流互感器CT1、电流互感器CT2分别设在同歩电动机其中一相
绕组的两端，它们二次绕组的输出接微机型发电机保护装置的相应的信号输入 端，同步发电机的一条输出相线通过交流接触器CJ1的常开触头接地，同步发 电机的两条输出相线之间串接有交流接触器CJ2的常开触头和一个相间短路限
流电阻XL2，断路器出口侧的的相线上接有通过断路器Kl的动开触头接有由电 阻XL3 电阻XL8构成的星型负载电阻，每相的负载由两个负载电阻串联构成， 各相负载中的其中一个负载电阻上分别并联有交流接触器CJ3的常开触头，交 流接触器CJ4的常开触头，交流接触器CJ5的常开触头；它的工作原理是电 流互感器CT1与CT2输出的电流信号被送入同步发电机微机保护装置，用于同 步发电机的差动保护及过流保护，交流接触器的触点CJ1与CJ2用于模拟发电 机出口的单相接地与相间短路故障，XL2为相间短路限流电阻，Kl为进行发电 机负载特性实验的开关，XL3 XL7为同步发电机的负载电抗器，CJ3 CJ5为 投切发电机负载的交流接触器常开触点，该部分可以实现同步发电机的空载特 性、负载特性、三相负载不平衡、同步发电机过载等运行特性实验以及同步发 电机的单相接地、相间短路、发电机的失磁、发电机的逆功率运行等保护模拟 实验。
图6为微机型变压器保护装置的连接示意图，包括三相变压器、电流互感 器CT3、电流互感器CT4、电流互感器CT5、断路器DL2、交流接触器CJ6、交 流接触器CJ7、微机型变压器保护装置，电流互感器CT3、电流互感器CT4分 别设在三相变压器的输入侧和输出侧，它们的二次绕组的输出分别连入微机型 变压器保护装置的相应的信号输入端，电流互感器CT5的一次绕组设在三相变 压器的中性点接地的线路上，它的二次绕组的输出也接入微机型变压器保护装 置的相应的信号输入端，三相变压器的一条相线上的一点通过交流接触器CJ6 的常开触头与单相接地限流电阻XLIO串联接地，两条相线之问接有交流接触 器CJ7的常开触头和相间短路限流电阻XLll，三相变压器的输出通过断路器
DL2接三相市电，它的工作原理是电流互感器CT3、 CT4与CT5输出的电流信 号被送入变压器微机保护装置，用于变压器的差动保护、过流保护及零序过流 保护，交流接触器的触点CJ6与CJ7用于模拟变压器负荷侧的单相接地与相间 短路故障，XL10为变压器单相接地短路限流电阻，XL11为变压器相间短路限 流电阻，该电路可以进行变压器的相间短路、接地短路故障、高低压侧负序过 流、TV断线及变压器的过负荷实验的模拟，TV3-3为测量母线三相电压的电压 互感器。
图7为微机型线路保护装置及两侧电源供电时的双回输电线路的模拟实验 连接示意图，包括断路器DL3 断路器DL7、微机线路保护装置、三相调压器 TYQ,双回输电线路的进出线两端都设有微机线路保护装置，它的进线端与断 路器DL2的出口侧相接，它的出线端通过断路器的常开触头和三相调压器TYQ 接入市电，其中的一条线路的三相相线上的进线端、出线端分别接有断路器DL5 的常开触头、断路器DL6的常开触头，这两个断路器常开触头之间分别串接有 负载电抗XL26 负载电抗XL28，另一条线路的三相相线上的进线端和出线端 分别接有断路器DL3的常开触头、断路器DL4的常开触头，这两个断路器常开 触头之间分别接由线路负载电抗XL17、负载电抗XL20、负载电抗XL23串联构 成的支路，由线路负载电抗XL18、负载电抗XL21、负载电抗XL24串联构成的 支路，由线路负载电抗XL19、负载电抗XL22、负载电抗XL25串联构成的支路， 第二条线路的一条相线上通过一个交流接触器CJ11的常开触头与一个单相接 地限流电阻R2串联接地，所述的每相串接有三个负载电抗的线路的两条相线 之间由另一个交流接触器的常开触头和相间短路限流电阻连接，所述的每相串 接有三个负载电抗的线路的每两相之间通过第三个交流接触器的常开触头和 相间短路限流电阻连接。
权利要求1、一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备，其特征在于它由电力系统自动装置实验设备(I)继电保护实验设备(II)、微机在线监控系统(III)三部分组成，所述的电力系统自动装置实验设备(I)包括发电机励磁调节器、发电机调速装置、发电机同期装置、同步发电机、直流电动机，发电机励磁调节器的输入连接市电，发电机励磁调节器的输出连接同步发电机的励磁绕组，同步发电机的转子与直流电动机同轴相联，发电机调速装置的输出接直流电动机的电枢绕组，同步发电机输出线路上断路器两端的电测量信号端接发电机同期装置；继电保护实验设备(II)由三相变压器、双回模拟输电线路、微机型发电机保护装置、微机型变压器保护装置、微机型线路保护装置组成，同步发电机其中一相绕组的两端接微机型发电机保护装置输入，同步发电机的输出接三相变压器，三相变压器的原边绕组和副边绕组的电流测量输出接微机型变压器保护装置的输入，三相变压器的输出通过断路器连入双回模拟输电线路，双回模拟输电线路的进线端电流测量输出与出线端电流测量输出接微机型线路保护装置的输入；微机在线监控系统(III)由网络通信设备、装有监控后台软件的监控系统计算机组成，监控系统计算机与网络通信设备通过标准的通信接口相连接。
2、 根据权利要求l所述的电力系统自动化与继电保护教学实验设备，其特 征在于所述的发电机励磁调节器包括单相调压器、桥式整流电路，调压器的 输入接单相市电，调压器的输出接桥式整流桥的输入，桥式整流桥的输出接同 步发电机的励磁绕组，励磁绕组的两端并联有一个灭磁开关和灭磁电阻串联构 成的灭磁电路。
3、 根据权利要求1或2所述的电力系统自动化与继电保护教学实验设备，其特征在于所述的发电机调速装置包括三相变压器、三相可控硅全控桥整流 器、平波电抗器、直流电动机，三相变压器的输入接三相市电，三相变压器的 输出连入三相可控硅全控桥整流器，三相可控硅全控桥整流器的输出通过平波 电抗器接直流电动机的电枢绕组。
4、 如权利要求3所述的电力系统自动化与继电保护教学实验设备，其特征 在于所述的发电机同期装置包括自动准同期装置、接在断路器两侧线路上的 两个电压互感器和同期表，接在断路器两侧线路上的两个电压互感器的输出接 自动准同期装置输入，所述的同期表接断路器两侧线路上的两个电压互感器的 输出，自动准同期装置接断路器控制回路。
5、 根据权利要求1所述的一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备， 其特征在于，其继电保护实验设备(II)的三相变压器采用三角星接变压器， 其星接侧中性点接地。
6、 根据权利要求1或5所述的电力系统自动化与继电保护教学实验设备， 其特征在于所述的双回模拟输电线路包括一条每相串接有一个负载电抗的线 路和一条每相串接有三个负载电抗的线路构成，每条线路的进线端与出线端都 接有一个断路器，所述的每相串接有三个负载电抗的线路的一条相线上通过一 个交流接触器的常开触头与一个单相接地限流电阻串联接地，所述的每相串接 有三个负载电抗的线路的两条相线之间由另一个交流接触器的常开触头和相间 短路限流电阻连接，所述的每相串接有三个负载电抗的线路的每两相之间通过 第三个交流接触器的常开触头和相间短路限流电阻连接。
7、 根据权利要求6所述的一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备， 其特征在于其继电保护实验设备(II)的短路模拟实验采用交流接触器主触 头与短路限流大功率小电阻串联的方式实现。
8、根据权利要求1所述的一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备， 其特征在于其微机在线监控系统(III)的监控后台软件采用许继电气的CBZ-8000变电站自动化系统软件，该监控系统可以运行在支持WindowsNT/2000 操作系统的任意硬件平台上。
专利摘要本实用新型涉及一种电力系统自动化与继电保护教学实验设备，该实验设备包括电力系统自动装置实验设备(I)、继电保护实验设备(II)、微机在线监控系统(III)，继电保护实验设备包括三相变压器、双回模拟输电线路、微机型发电机保护装置、微机型变压器保护装置、微机型线路保护装置，微机型发电机保护装置输入接同步发电机输入、输出相线上，同步发电机的输出接三相变压器，微机型变压器保护装置输入接三相变压器的原边绕组、副边绕组的输出，三相变压器的输出通过断路器接双回模拟输电线路，双回模拟输电线路的进、出线端接微机型线路保护装置；解决了原实验设备中缺少发电机继电保护实验与变压器继电保护实验及原实验设备无后台监控的问题。
文档编号G09B25/02GK201203987SQ200820069499
公开日2009年3月4日 申请日期2008年3月5日 优先权日2008年3月5日
发明者李瑞生, 锐 王 申请人:李瑞生;王 锐