一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，包括计算机监控系统、变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统；计算机监控系统分别与变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通信，所述变电站模拟实验实训操作台与建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通讯；本发明能够实现将高压电气系统和低压配电系统联系成一个整体的建筑供配电教学工艺模拟实训系统,方便学生对自己所学的知识有一个整体的认识，同时可供学生一站式学习操作，提高他们的动手能力。
【专利说明】
一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统
技术领域
[0001]本发明涉及教学系统技术领域，具体涉及一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统。
【背景技术】
[0002]在建筑物供配电系统中，从变电站、建筑物高压电气系统到建筑物内部低压供配电系统是一个完整的工艺流程，然而在众多高校的建筑物供配电教学及实验过程中，三者并没有做到有机的紧密结合，从而无法使学生获得建筑物供配电系统的整体认识。此外，在大多数厂商提供的教学设备中，演示功能突出，但可操作性不强，无法培养实际的操作技能，不利于学生的培养。为了解决目前的这种现状，亟需建立一种相应的教学模拟实训系统。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，本发明将高压电气系统、低压配电系统以及建筑物内部低压电气安装工艺等组成教学模拟实训系统，方便学生对自己所学的建筑物供配电系统形成一个整体的认识，同时可供学生实现一站式认知操作，提高他们的动手能力。
[0004]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0005]—种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，包括计算机监控系统、变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统；
[0006]所述计算机监控系统分别与变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通信，所述变电站模拟实验实训操作台与建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通讯；
[0007]所述变电站模拟实验实训操作台实现变压器一次侧模拟高压进线、二次侧进行模拟实验，计算机监控系统监控变电站模拟实验实训操作台运行时的电压、电流、功率因数的变化及断路器位置的分合；
[0008]所述建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统中每个断路器指示灯均通过继电器与计算机监控系统相连，计算机监控系统控制断路器的分合状态及监控线路的通断。
[0009]进一步的，所述变电站模拟实验实训操作台各进出线及母联、主变高低压侧均配置模拟电流互感器并设置引线端，各侧PT处均设置模拟电压互感器并配置引线端，各故障点均实现相间短路、三相短路、单相接地故障模拟；
[0010]在进行操作时，先将变电站模拟实验实训操作台的降压电压器选择相应的接线方式，然后将操作台与微机保护柜进行连接，在操作台上通过控制断路器的闭合或连接故障点模拟线路的各种工况，完成相应的保护实验。
[0011]进一步的，所述变电站模拟实验实训操作台连接微机保护柜，模拟各种线路工况完成各种保护实验，微机保护柜与计算机监控系统的电力SCADA主站系统通讯，完成相关继电保护功能实验及调度监控功能实验，计算机监控系统的电力SCADA主站系统又与建筑物高压电气系统和建筑物高低压配电系统通讯，在操作台进行的保护实验所得数据控制着建筑物高压电气系统中的主接线图展示板和建筑物高低压配电系统中的典型平面布置图展示板中断路器的通断。
[0012]进一步的，在变电站模拟实验实训操作台上将一路高压进线短路，仅靠一路进线带负载工作，将操作台的变压器高压侧与变压器低压侧以及线路上的断路器位置分别与微机保护柜的变压器高压后备保护单元，变压器低压后备保护单元，线路主保护单元相连，微机保护柜将获得的线路故障时的电压值，电流值以及功率因数参数上传到计算机监控系统，计算机监控系统对建筑物高低压电气系统中主接线示意图展示板及建筑物低压配电系统中典型平面布置图展示板中线路的所有三级负荷处的断路器自动切断，一二级负荷仅靠电源二供电。
[0013]进一步的，所述建筑物高低压电气系统包括电气主接线图展示板，建筑物低压配电系统包括低压配电及典型平面布置图展示板；
[0014]电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板用于展示进线经降压变电所，配电柜到建筑物内部楼层的照明配电箱及电力配电箱，展示板中断路器采用小指示灯表示，线路采用彩色灯带表示，指示灯通过继电器与计算机监控系统相连，计算机监控系统控制断路器的分合状态及监控线路的通断。
[0015]进一步的，电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板中的建筑物高低压电气系统部分的两路进线引出经降压变压器后分别接建筑物内低压配电系统的GGD型固定式低压配电柜及MNS型抽屉式低压配电柜，而其中GGD柜型的低压配电柜中包括无功补偿柜及有源滤波柜，电力经MNS低压配电柜和GGD低压配电柜后给建筑物内的照明和动力设备供电。
[0016]进一步的，电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板中的建筑物低压配电及典型平面布置图部分，建筑物高低压电气系统输出的市电从变电室低压配电柜引出分别给楼层照明配电箱、消防配电箱供电。
[0017]进一步的，上述系统还包括建筑物电气安装工艺模拟展示系统，所述建筑物电气安装工艺模拟展示系统用于模拟展示建筑物内部配电设备、照明设备及消防设备的建筑物内部设施安装工艺。
[0018]建筑物电气安装工艺模拟展示系统中，具体用于模拟展示智能建筑电气安装工艺中线路的敷设方式，电气设备的安装位置，电缆沟，桥架，穿管的安装方式；
[0019]从变配电室内的各种高低压设备包括进线柜，出线柜，滤波柜，到插座的安装，灯具的摆放，安全疏散出口标志的位置及高度都一一做了模拟展示；
[0020]电缆沟，桥架，电井，插座都是可拆卸的。
[0021]可以使同学们清楚的看到电缆沟，桥架等内部走线，使同学们更好的了解具体电缆沟，桥架，电井，插座等的安装。建筑物内的供电线路也用彩带做了具体的模拟展示，可方便同学们有更清晰地认识。
[0022]本发明的有益效果:
[0023]本发明能够实现将高压电气系统和低压配电系统联系成一个整体的建筑供配电教学工艺模拟实训系统，方便学生对自己所学的知识有一个整体的认识，同时可供学生一站式学习操作，提尚他们的动手能力。
【附图说明】
[0024]图1本发明的整体结构框图；
[0025]图2建筑物电气安装工艺模拟展示图。
【具体实施方式】
:
[0026]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0027]如图1所示，本发明由变电站模拟实验实训操作台，建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统，建筑物电气安装工艺模拟展示系统，计算机监控系统组成，变电站模拟实验实训操作台和建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统，用具有高信息处理能力的微机处理机通过通信网络对以上各个系统进行集中控制。
[0028]建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统在计算机监控系统的控制下实现智能化楼宇配电系统电能管理与控制的相关实验。
[0029]变电站模拟实验实训操作台输入为电网电压，经降压变压器后电压降为建筑物高压电气系统中的进线电压，该变电站模拟实验实训操作台的馈出电压将作为建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电及典型平面布置图中的进线电压。
[0030]变电站模拟实验实训操作台主要有:电力监控主站系统、无人值守变电站模拟系统、智能化高、低压配电设备及动态高效无功补偿实验系统；
[0031]无人值守变电站模拟系统通过标准远动通讯规约与电力监控主站系统进行数据通讯，实现电力系统“四遥”功能的模拟实验，在实现遥测、遥信、遥控功能实验中需要各种智能化高、低压配电设备与电力监控主站系统配合完成，动态高效无功补偿实验系统与电力监控主站系统配合完成相关远程监控实验。
[0032]建筑物高低压电气系统中的两路进线引出经降压变压器后分别接建筑物内低压配电系统的GGD型固定式低压配电柜及MNS型抽屉式低压配电柜，而其中GGD柜型的低压配电柜中包括无功补偿柜及有源滤波柜，用以提高电能质量，电力信号经MNS低压配电柜和GGD低压配电柜后，给建筑物内的照明和动力设备供电，而MNS型抽屉式低压配电柜和柴油发电机组共同组成了双电源切换柜，给建筑物内应急照明供电。
[0033]建筑物内低压配电系统中所展示的为:建筑物高低压电气系统输出的市电经无功补偿柜、有源滤波柜及低压开关柜从变电室低压配电柜引出分别给照明配电箱、电力配电箱等供电，照明配电箱引出回路分别给房间灯具、插座供电；电力配电箱回路引至风机房给风机供电。
[0034]1、变电站模拟实验实训操作台
[0035]变电站模拟实验实训操作台中，各断路器处均配置模拟开关，可进行手动分合及遥控分合操作。各进出线及母联、主变高低压侧均配置模拟电流互感器并设置引线端。各侧PT处均设置模拟电压互感器并配置引线端。变压器采用阻抗元件模拟。各故障点均可实现相间短路、三相短路、单相接地故障模拟。实验电压100VAC，最大故障电流20A。
[0036]实验实训操作台配置主变差动保护、高低压后备保护测控、配变保护测控、电动机保护测控、电容器保护测控、线路保护测控、备自投装置及通讯管理机各一台，所测数据传输至电力SCADA主站系统，完成相关继电保护功能实验及调度监控功能实验，各保护测控装置及模拟电子装置均采用单相220VAC供电。
[0037]变电站模拟实验实训操作台作为一个模拟高压的试验平台，在变压器一次侧模拟高压进线，在变压器二次侧进行一系列的模拟实验，变电站模拟实验实训操作台与计算机监控系统以及其他的一些设备共同完成一系列的实验操作。电站模拟实验实训操作台主要包括三大部分:
[0038]1.1电力监控主站系统
[0039]电力监控主站系统主要由变电站实验实训操作台、微机(PC)、网络交换机、网络总控设备、串口服务器及专业电力监控软件系统等构成，该系统通过标准电力远动通讯协议与其他子系统连接构成一个完整的建筑物供配电综合监控系统。
[0040]该系统在教学中帮助学生系统地树立对电力自动化系统的直观认识，同时借助该系统开展电力调度监控及变电站SCADA系统的操作使用、界面设计、数据库维护、远程数据通讯等多方面的实验、实训。
[0041 ] 1.2无人值守变电站实验系统
[0042]变电站是供配电系统重要的组成部分，但高压设备体积大、笨重、价格高，从实验室条件及投资额度上考虑，本系统采用实物参数模拟技术与实物视图、实景视频等多种方式相结合，构造出实际变电站一次系统的实验环境，规范配置专门的变电站继电保护与安全自动控制装置构成典型的无人值守变电站模拟实验系统，并通过标准远动通讯规约与电力监控主站进行数据通讯，实现电力系统“四遥”功能的模拟实验。
[0043]1.3动态高效无功补偿实验系统
[0044]在电能的传输与使用过程中，有功总是与无功相伴随的，无功控制事关电网的稳定与能源效率，各用电单位必须严格遵守国家及电力部门颁布的无功管理标准。实验系统提供专门的阻感型负载模拟系统及高效动态补偿设备用以辅助教学，强化学生对相关无功管理规范的正确认识，提高学生对先进无功补偿技术与装备的基本原理、构成等方面的知识掌握与理解，可与电力监控主站系统配合完成相关远程监控实验，大力提升学生该方面的实际技术水平与科研创新能力。
[0045]学校采用的变电站模拟实验实训操作在变压器的二次侧进行包括变压器主保护实验、线路保护测控实验、变压器后备保护实验、电容器保护测控实验、电动机保护测控实验、备用电源自动投切实验等一系列的模拟实验。
[0046]2.该系统利用马赛克块拼成了建筑物高低压电气系统主接线示意图和建筑物低压配电及典型平面布置图。
[0047](I)建筑物高低压电气系统主接线示意图主要标识由变电站模拟实验系统低压侧引出的母线经降压变电所降压，给低压侧负载用户供电的示意过程。
[0048]该实验室是由变电站模拟实验实训操作台低压侧引出母线至建筑物高低压电气系统，该系统的母线配电线路从两个出线柜引出经降压变压器后分别接GGD型固定式低压配电柜及MNS型抽屉式低压配电柜，而其中GGD柜型的低压配电柜有无功补偿柜，有源滤波柜等用以提高电能质量，电力经MNS低压配电柜和GGD低压配电柜后，给建筑物内的照明和动力供电，而MNS配电柜和柴油发电机组共同组成了双电源切换柜，给建筑物内应急照明供电。
[0049](2)建筑物低压配电及典型平面布置图主要标识建筑物内部的低压供配电系统。采用具有高信息处理能力的微机处理机通过通信网络对整个建筑物的空调、照明、消防、等众多设备进行实施测量、监视和全面监控，实现最优化的管理，从而提高系统运行的安全可靠性，节省人力、物力和能源，降低设备运行费用，随时掌握设备状态及运行时间、能量的消耗及变化等。建筑物高低压电气系统输出的市电从变电室低压配电柜引出分别给楼层照明配电箱、消防配电箱等供电，图中详细介绍了每楼层的配电箱原理图，用电回路包括照明、插座、空调、备用回路等。在整个的楼层的电气布置图均带有详细的文字说明，方便了同学们对建筑供配电的学习。
[0050]所涉及的高压柜如:有源滤波柜，无功补偿柜，进线柜，负载柜等均布置实物，以供同学进行相关的实验操作。GGD型固定式低压开关柜及MNS型抽屉式低压开关柜在目前的变配电系统中被大量采用，实验室提供标准的智能型高、低压开关设备用以进行辅助教学，起到提高实物认知、工艺规范理解、使用维护训练的教学效果，各种智能型高、低压开关设备均可与变电站模拟实验实训操作台，计算机监控系统相配合完成遥测、遥信、遥控等功能实验。
[0051](3)在建筑物高低压电气系统主接线示意图中，所有的断路器均用矩形指示灯表示，可模拟计算机远程遥控断路器分合闸过程。另外，可以通过控制断路器矩形指示灯的亮灭，模拟供配电不同的工况.
[0052]3、建筑物电气安装工艺模拟展示系统
[0053]如图2所示，建筑物电气安装工艺模拟展示系统主要模拟展示建筑物内部配电设备、照明设备、消防设备、变电所、电气间、穿管走线等安装工艺。建筑物电气安装工艺模拟系统则对建筑物低压配电系统中每栋楼内的配电回路，用电设备做了一个具体的展示。主要描述了从高压变电所引出的线经电缆沟进入建筑物内的变电所后经无功补偿柜，有源滤波柜，低压开关柜等低压配电柜，线路从变电室的电气间引出到配电间分别给照明配电箱、电力配电箱等，照明配电箱引出回路分别给房间灯具，插座。电力配电箱回路引至风机房给风机供电。从配电箱引出线经桥架到房间进行穿管敷设。在此安装工艺模拟展示图中，对于智能建筑电气设备的敷设方式、布线方式、设备安装、电缆沟、桥架、穿管的安装方式都进行了模拟展示。变配电室内的各种设备到插座的安装，灯具的摆放，安全疏散出口标志的位置高度都一一做了模拟展示，电缆沟、桥架、电井都是可拆卸的，管线也用彩带做了具体的模拟展示，让同学们更好地了解具体电缆沟，桥架，电井，插座等的安装，使同学们形成更清晰地认识，为同学们今后从事建筑施工与设计打下了良好的基础。
[0054]建筑物电气安装工艺模拟展示系统中，可以看到完整的线路走线的剖面图，线路从电气间经桥架，电井到插座，灯具的具体安装过程，让同学们有一个更深刻的认识。
[0055]4、智能化楼宇配电系统
[0056]从安全、实用、节能等方面考虑，楼宇建筑动力、应急、照明、插座、消防等设施的供配电必须遵循严格的标准和规范，实验系统采用平面视图、实物模型、与部分实物相结合的方式完整展示智能化楼宇配电系统相关规范和标准，与变电站模拟实验实训操作台，计算机监控系统相配合完成智能化楼宇配电系统电能管理与控制的相关实验。
[0057]例如同学们可在变电站模拟实验实训操作台上模拟一路高压失电，将一路进线的断路器关断，母联开关闭合，电源一切断，仅靠电源二供电，线路中的所有三级负荷处的断路器自动切断，一二级负荷仅靠电源二供电。同时建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统的面板中建筑物的所有三级负荷处的断路器也均闭合，两个模块中实现了联动控制。
[0058]应用型人才培养是普通高等教育所面临的重大任务之一，实验教学在人才培养方面发挥着重要作用。建筑供配电〃是建筑类院校电气信息专业的重要专业课程和特色课程，建筑类高校的电气工程及其自动化和建筑电气与自动化专业把从事建筑自动化及相关领域的设计，施工，管理和研究的高级工程技术应用人才作为主要培养目标，把建筑电气与智能化作为主要凝练方向，以特色实验室，实验教学体系及教材建设为突破口，本申请现在所建的实验室为课程所涉及的实验教学、课程设计、毕业设计以及科技活动4个阶段的教学提供保障，满足多元化人才培养模式需求。
[0059]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1.一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，包括计算机监控系统、变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统； 所述计算机监控系统分别与变电站模拟实验实训操作台、建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通信，所述变电站模拟实验实训操作台与建筑物内高低压电气系统及建筑物低压配电系统通讯； 所述变电站模拟实验实训操作台实现变压器一次侧模拟高压进线、二次侧进行模拟实验，计算机监控系统监控变电站模拟实验实训操作台运行时的电压、电流、功率因数的变化及断路器位置的分合； 所述建筑物高低压电气系统及建筑物低压配电系统中每个断路器指示灯均通过继电器与计算机监控系统相连，计算机监控系统控制断路器的分合状态及监控线路的通断。2.如权利要求1所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，所述变电站模拟实验实训操作台各进出线及母联、主变高低压侧均配置模拟电流互感器并设置引线端，各侧PT处均设置模拟电压互感器并配置引线端，各故障点均实现相间短路、三相短路、单相接地故障模拟。3.如权利要求1所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，所述变电站模拟实验实训操作台连接微机保护柜，微机保护柜与计算机监控系统的电力SCADA主站系统通讯，计算机监控系统的电力SCADA主站系统又与建筑物高压电气系统和建筑物高低压配电系统通讯，在操作台进行的保护实验所得数据控制着建筑物高压电气系统中的主接线图展示板和建筑物高低压配电系统中的典型平面布置图展示板中断路器的通断。4.如权利要求1所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，在变电站模拟实验实训操作台上将一路高压进线短路，仅靠一路进线带负载工作，将操作台的变压器高压侧与变压器低压侧以及线路上的断路器位置分别与微机保护柜的变压器高压后备保护单元，变压器低压后备保护单元，线路主保护单元相连，微机保护柜将获得的线路故障时的电压值，电流值以及功率因数参数上传到计算机监控系统，计算机监控系统对建筑物高低压电气系统中主接线示意图展示板及建筑物低压配电系统中典型平面布置图展示板中线路的所有三级负荷处的断路器自动切断，一二级负荷仅靠电源二供电。5.如权利要求1所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，所述建筑物高低压电气系统包括电气主接线图展示板，建筑物低压配电系统包括低压配电及典型平面布置图展示板； 电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板用于展示进线经降压变电所，配电柜到建筑物内部楼层的照明配电箱及电力配电箱，展示板中断路器采用小指示灯表示，线路采用彩色灯带表示，指示灯通过继电器与计算机监控系统相连，计算机监控系统控制断路器的分合状态及监控线路的通断。6.如权利要求5所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板中的建筑物高低压电气系统部分的两路进线引出经降压变压器后分别接建筑物内低压配电系统的GGD型固定式低压配电柜及MNS型抽屉式低压配电柜，而其中GGD柜型的低压配电柜中包括无功补偿柜及有源滤波柜，电力经MNS低压配电柜和GGD低压配电柜后给建筑物内的照明和动力设备供电。7.如权利要求5所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，电气主接线图展示板及低压配电及典型平面布置图展示板中的建筑物低压配电及典型平面布置图部分，建筑物高低压电气系统输出的市电从变电室低压配电柜引出分别给楼层照明配电箱、消防配电箱供电。8.如权利要求1所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，上述一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统还包括建筑物电气安装工艺模拟展示系统，所述建筑物电气安装工艺模拟展示系统用于模拟展示建筑物内部配电设备、照明设备及消防设备的建筑物内部设施安装工艺。9.如权利要求8所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，建筑物电气安装工艺模拟展示系统中，具体用于模拟展示智能建筑电气安装工艺中线路的敷设方式，电气设备的安装位置，电缆沟，桥架，电井，插座，穿管的安装方式； 从变配电室内的各种高低压设备包括进线柜，出线柜，滤波柜，到插座的安装，灯具的摆放，安全疏散出口标志的位置及高度都一一做了模拟展示。10.如权利要求9所述的一种建筑供配电教学工艺模拟实训系统，其特征是，电缆沟，桥架，电井，插座都是可拆卸的。
【文档编号】G09B9/00GK106057005SQ201610368499
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】张桂青, 阎俏, 王芳, 谢秀颖, 薛玮, 尹春杰
【申请人】山东建筑大学, 山东星锐电力科技有限公司