论电气工程实验平台的设计与构建

江创雄

摘要：本文基于电气工程专业的特点，提出相关的平台构建理念，同时基于电气工程的专业理论提出具体的试验平台设计方案，有助于学生系统、全面的了解和掌握电气工程电力系统的变电知识。

关键词：电气工程；教学实验；平台构建

1、电气工程试验平台和电力系统之间的关系

电力系统是一个各种设备组合在一体的整体，包含发电厂、变电站、电力设备以及电力线路。其中不同的组成要素满足生产、转换、输送、分配以及使用电能的需要。供配电系统在电力系统中非常重要，与区域、用户变电站之间的关系非常密切，影响到电力系统的分配和使用。其主要功能就是将系统中的电能通过一定的处理方式，转化成为用电设备能够使用的电能。

供配电系统由两个部分组成，分别为一次部分与二次部分，其中一次部分主要承担电能的转换和传输功能，相关的设备叫做一次设备，主要有发电机、变压器、互感器、无偿补偿装置等等，设备之间相互连接形成的回路叫做一次回路。系统只有满足一次部分的要求才能够实现电能的转换与分配，但是不能够进行系统的监测，难以掌握整体运行情况，也不能实施有效的系统控制与保护；在系统中承担电流、电压以及功率参数的监控任务、一次设备的保护工作以及进行开关投切工作的部分就是二次部分，同样的，其相关的设备成为二次设备，形成的电路为二次回路，与一次回路进行配合就能够实现整个系统的完整性。

2、电气工程试验平台的建设架构

在构建电气工程试验平台的过程中考虑系统一次回路的真实性以及试验成本的问题是必要的，基于上述考虑，对工厂中常用的一次接线进行简化，二次的侧接线也不适用单母线分段的方式，将隔离与负荷开关等设备省略，形成新的试验平台的接线图（见图一）。电气工程试验平台接入的电压为380V，然后通过升压变压器进行升压后达到10KV，随后在通过电感、电阻等模拟的电路系统书店线路，于降压变压器处惊讶处理，以380V的电压为试验单元设备供电。

在本文中的电气工程试验平台中，配电所使用的变压器为三相双绕组干式变压器，使用Yyn0与Yyn11两种连接组的方式，其中第二种连接方式能够抑制零序谐波电流注入到电网当中，比较适合用于三相不平衡现象严重的负载供电过程中。高压与抵押开关柜基于高低压断路器实现主要功能，高压断路器的灭弧装置非常完善，能够有效的实现负荷电流的通断，甚至是短路电流的通断。在继电保护装置的作用下将短路故障隔离切除。当前在供配电系统中使用非常多的是真空断路器，SF6的断路器性能很好，但是收到成本因素的影响其应用受到一定的限制。低压断路器在电网中进行负荷电路的通电，同时能够实现在失压以及短路的情况下自动跳闸。其中CM1壳式断路器的性能也比较完备，同时体积较小、飞弧的距离较短，应用也非常广泛。互感器是非常重要的一次回路和二次回路之间的中间件，能够实现对电压。电流等参数的测量，掌握系统的工作情况。在引进互感器之后，能够有效的避免将一次回路中的高压引入到二次设备当中，同时也减少二次回路对一次回路产生的影响，将继电器和仪表的使用范围扩大。

3、电气工程试验平台设备的选择

在供配电系统中，一次回路需要的主要设备有：隔离开关和负荷开关、断路器、熔断器、互感器和变压器等等，种类非常多，应当综合性能与成本要素进行考虑，由于本文中建设的平台注重成本要素，所以只能够选择其中最关键部分的设备，实现最基本的功能。

3.1一次回路中的断路器

断路器在系统中主要是进行正常负荷的切除与投入工作，同时负责将故障回路切断，是重要的开关电器之一。在系统运行过程中，故障回路中的故障电流一般会较大，要有效的将故障回路切断需要具有高的灭弧能力的装置，所以一般会将断路器的朱出头防止在灭弧装置的灭弧室当中，不直接将出头的开合状态展示出来。此外，由于出头的分开、闭合的力度较大，速度较快，断路器中需要具有一套操作系统，同时需要与其对应的操作电源才能够实现运行。

3.2一次回路中的互感器

想要掌握供配电系统的工作状态，就需要对系统中的电压、电流以及电气量等进行测量，除此之外，要实现系统的机电保护以及自动装置的运行也需要使用仪表对电器参数进行测量，掌握相关的参数值。但是对于电流大、电压较高的系统，电流表计或者是电压表计都不能直接接入到系统中，还需要将其转换成为较小的电流与电压。互感器就能够实现这样的变化，帮助对系统中的电力运行参数进行测量。

3.3一次回路中的变压器

在进行相同功率的传输过程中，功率的损耗与电压大小的二次方成反比例关系，电压的损失与电压值的大小也成反比，也就是说，电压越大，出现的功率损耗和电压损耗会更小，因此为了尽可能的减少功率与电压发生的损耗，必须使用变压器升高系统电压。但是通常用设备的电压多为220V或者380，直接使用高压送到用电区域中是不可取的，需要再次使用电压器将电压转化成为设备或者用户需要的电压。因此，电力系统中的变压器分为升压变压器和降压变压器。发电机的装机容量和变压器总容量之间的比例大约在1：6左右，所以说，变压器在电筒系统输配电过程中具有非常重要的作用。

4、电气工程试验平台的控制方案

本文中的电气工程试验平台使用的是分散分布式结构，安装单位为变压器、断路器以及母线等，将二次测量以及控制保护的程序分散与各个变压器和开关柜当中，监控机能够通过电缆进行信息的管理与交换。高压线路保护装置与变压器保护装置与控制室中使用集中组屏的方式进行安装。这样的结构形式能够将二次部分相关配置简化、节省控制用电缆，同时具有很强的抗干扰性能，灵活可靠。

电气工程试验平台当中可以配备其他的设备对电流与电压实施保护，如微机综合保护设备。在系统电源一侧安装电能质量监测装置，用电设备配备马达保护。电气工程试验平台基于变电站的整体设计，对系统的保护、控制、五防与监测等功能进行统一考虑。系统的整体结构基于单元分散分布形式，各个单元的结构与外观尺寸基本保持一致，能够开设多项课程的试验教学。内容涵盖有：电能负荷分析计算、功率因数补偿、过流与过压保护试验、短路分析计算、电动机保护实验、自动化遥测功能的实验、故障报警的实验等。总体是一项性能优良，成本较低，且能够满足多项实验的设计。

结束语

电气工程专业的知识与内容都非常丰富，并且与电力系统的输配电之间存在密切的联系。在本文中，以电气工程的供变电作为主线，使用分散分布式的形式进行电气工程试验平台的构建，能够进行多项电气工程学科内容的试验，让学生对知识有一个具体的了解与掌握。

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