10kV典型客户变电站智能仿真实训系统的实现

／国网江苏省电力公司营销技能培训中心 史利强 徐瑶 苏州万龙电气集团股份有限公司 陈昌红 王超 ／

10kV典型客户变电站智能仿真实训系统的实现

／国网江苏省电力公司营销技能培训中心 史利强 徐瑶 苏州万龙电气集团股份有限公司 陈昌红 王超 ／

介绍了10kV典型客户变电站智能仿真实训系统的具体实现方案和培训内容。

数字物理混合仿真；10kV典型室内客户变电站仿真实训系统

0 引言

随着电力工业的迅速发展，以及计算机技术和网络技术的应用，变电站综合自动化系统朝多功能、数字化和规范化方向发展，由于其功能强大，结构复杂，难以学习和快速掌握。研发一种基于实时仿真技术的数字物理混合仿真的变电站综合自动化培训系统显得尤为重要，能够模拟真正变电站的各种运行工况，实现对大中专院校电气工程专业的学生和变电站运行人员的实验培训。下面结合具体的工程案例对10kV典型客户变电站智能仿真实训系统作详细的介绍。

1 总体技术要求

构建10kV典型室内客户变电站仿真实训系统，集成全面开放的统一管理服务平台，建设以10kV典型室内客户变电站为主题的展示，实现10kV典型室内客户变电站应用的管理等功能并用以展示。

对已有10kV变电站的高压系统以及相应0.4kV低压系统变配电柜中的二次电气终端设备进行仿真性功能技术升级改造，改造后的仿真型智能二次设备要达到可以接收和处理仿真运行系统下发的各种指令，实现培训系统所需的模拟和仿真操作功能。

2 仿真实训系统的总体架构

仿真实训系统采用三层设备两层网结构，分为站控层、通信管理层和间隔层，如下图所示。

2.1 站控层

站控层即仿真培训后台，包括一套仿真运行数据服务器和两套操作工作站，数据服务器主要功能是通过以太网与通信管理层的通信服务器进行数据通信、进行数据整理存储，并接收操作工作站的数据下发到通信服务器；操作工作站主要实现仿真运行的人机界面和功能应用，为学员提供学习、考核的接口界面。另外配置A4激光打印机一台作为故障报警信息以及报表的纸质输出设备，两套音箱设备作为故障报警信息的声音输出以及用来仿真变压器运行时的声音。

图 10kV典型室内客户变电站智能仿真运行系统网络拓扑图

2.2 通信管理层

通信管理层设备主要是一套通信服务器，它的功能是实现站控层数据服务器与间隔层的仿真设备的通讯，实现各电气回路运行数据上传、仿真数据下发和控制命令下发。

2.3 间隔层

间隔层由变电站的各种仿真二次设备组成，包括高压仿真型微机综合保护装置、高压仿真型计量表、低压仿真型智能框架断路器的控制器、低压仿真型智能塑壳断路器、仿真型数字化仪表、仿真型电压表、仿真型带电显示器。

3 具体改造方案

3.1 高压仿真型微机综合保护装置更换升级

对于高压系统中的进线断路器柜、主变柜和分段柜中使用的高压微机综合保护装置更换为高压仿真型微机综合保护装置，使之能够接收仿真运行软件的指令，根据指令模拟展示各种电气运行参数、保护特性和控制功能，并能实现故障模拟。进线回路改造的仿真型线路综保具有速断、过流、失压保护功能，变压器回路改造的仿真型变压器综保具有速断、过流、失压、温度保护功能。

3.2 高压仿真型计量表更换升级

对于高压系统中的计量柜中使用的计量表更换为高压仿真型计量表，使之能够接收仿真运行软件的数据，根据数据模拟使用的用电量。

3.3 智能无功补偿综合控制装置升级

升级已有自动电压无功补偿装置，使之能够接收仿真运行软件的指令，根据指令仿真各种无功补偿状态，使学员能动态直观地了解无功补偿的原理和意义以及实施无功补偿过程中对电气运行状态的影响。

3.4 低压仿真型智能框架断路器更换升级

对于低压系统中的受电柜和分段柜中使用的框架断路器升级为低压仿真型智能框架断路器，使之能够接收仿真运行软件的指令，根据指令模拟展示各种电气运行参数、保护特性和控制功能，并能实现故障模拟。

3.5 低压仿真型智能塑壳断路器更换升级

对于低压系统中的馈线柜中使用的塑壳断路器更换为低压仿真型智能塑壳断路器，使之能够接收仿真运行软件的指令，根据指令模拟展示各种电气运行参数、保护特性和控制功能，并能实现故障模拟。

3.6 仪表盘数值化更换升级

为了配合仿真运行系统，并直观显示模拟的电气回路运行状态和电流、电压等电气参数，将已有仪表盘全部更换为相应的仿真型数字化仪表、仿真型电压表或仿真型带电显示器，具有可以接收仿真运行软件的指令，将给定的电气参数醒目地显示出来，以便学员观察和体会。

3.7 主变柜断路器改造

改造主变柜中的断路器，使其能够实现主变柜的断路器分合，断路器基本保护的功能。且能够与仿真型微机综保配合应用，实现变压器柜的数据仿真。

3.8 母设柜电压表改造

为了配合仿真运行系统，并直观显示母设柜的电压数据，指针式电压表无法实现仿真电压显示，因此将指针式电压表改造为数字化仪表。数字化电压仪表可以接收仿真运行软件的指令，将给定的电气参数醒目地显示出来，以便学员观察和体会。

3.9 低压馈线抽屉改造

更换抽屉面板和测控版，并增加仿真型线路保护装置，使之能够接收仿真运行软件的指令，根据指令仿真各种电气运行参数、保护特性和控制功能，实现故障模拟和参数显示。

4 故障点设置

故障点设置如下表所示。

表 故障点设置

5 系统实现的培训项目

1）高压10kV系统模拟两路进线同时给各自的母线段供电工况模式测试；

2）高压10kV系统模拟某路进线突然断电，由另一路进线独立给两段10kV母线段供电工况模式测试；

3）高压10kV系统模拟进出线速断、过流、失压保护测试；

4）高压10kV系统模拟变压器出线速断、过流、失压保护以及温度保护测试；

5）高压10kV系统模拟分段开关与分段隔离具有带电强制闭锁功能测试；

6）高压10kV系统模拟两进线开关与分段开关的电气、机械连锁功能测试；

7）高压10kV系统模拟进线开关与计量柜连锁功能，防止带负荷抽出计量柜试验；

8）模拟变压器正常运行试验，并模拟变压器运行声音；

9）模拟变压器故障（如高温、超高温）试验；

10）低压0.4kV系统模拟两个变压器同时给各自的进线母线段供电工况模式测试；

11）低压0.4kV系统模拟某个变压器突然坏了，由另一个变压器独立给两段0.4kV母线段供电工况模式测试；

12）低压0.4kV系统正常运行（负载在0.5、0.8、1.0倍情况下）测试；

13）低压0.4kV系统进线进行三段保护试验；

14）低压0.4kV系统出线进行两段保护试验；

15）低压0.4kV系统两进线开关与分段开关的联锁试验；

16）仿真软件系统对高低压系统运行状态监视试验；

17）仿真软件系统对高低压系统运行数据监视试验；

18）仿真软件系统对高低压系统远程/就地分合闸操作试验；19）仿真软件系统对高压系统开关柜的五防试验；

20）仿真软件系统对高低压系统的设备的挂牌/摘牌试验；

21）仿真软件系统对高低压系统的用电管理仿真试验。

6 结束语

10kV典型室内客户变电站仿真培训系统的升级改造，最终达到基于工况模拟的10kV典型客户变电站智能仿真实训系统。该系统以微机保护、测控装置、计算机及网络设备等为硬件核心，以电力、供配电系统综合自动化的组态软件为软件核心，集中高压供电与低压发配电的主要功能，应用自动控制技术、计算机数字信号处理技术和数字化信息通信技术将教学系统相互关联的各部分连接为一个有机的教学整体。

[1]朱大新. 数字化变电站综合自动化系统的发展[J]. 电气应用, 2001（4）:20-22.

[2]张晓春.变电站综合自动化[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.