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電力系統(tǒng)微機保護及綜合自動化實驗裝置

概述

1、電力系統(tǒng)綜合自動化發(fā)電機組（簡稱“發(fā)電機組”）1件

2、電力系統(tǒng)綜合自動化控制柜（簡稱“控制柜”）1件

3、電力系統(tǒng)綜合自動化實驗臺（簡稱“實驗臺”）1件

4、≧15KVA自耦調壓器 1件

5、負載柜 1件

6、電力系統(tǒng)綜合自動化單機監(jiān)控臺（簡稱“單機監(jiān)控臺”）1件

7、實驗導線及配件 1件

參數(shù)要求

一、系統(tǒng)組成

1 發(fā)電機組

由安裝在同一個軸上的三相同步發(fā)電機，直流電動機，測速裝置和功角指示器組成。采用直流電動機模擬汽輪機，所有配件均固定在可移動的推車上，方便學生做實驗。相關器件參數(shù)如下：

三相同步發(fā)電機：SN=2.5KVA, VN=400V

直流電動機：PN=3kW, VN=440V，IN=8.6A，nN=1500rpm

測速裝置采用圖爾克1024光電編碼器。

功角指示器采用特制頻閃燈、標刻度圓盤和指針構成。

2 實驗臺

實驗臺由輸電線路單元，測量儀表單元，微機線路保護測控裝置和合閘時間設置、短路故障類型設置及短路時間設置等構成。

輸電線路單元：采用雙回輸電線路，每條輸電線路分兩段，并設置有中間開關站，可以構成四種不同聯(lián)絡阻抗

測量儀表單元：電壓表3只，電流表3只，三相有功功率表1只，三相無功功率表1只，功率因數(shù)表1只和同期表1只。

微機線路保護測控裝置：該微機線路保護測控裝置適用于110KV及以下系統(tǒng)饋電線路的保護、測量及控制。應該具備以下主要功能：

1）三段式相間過流保護：定時限/反時限特性，方向元件閉鎖，低電壓元件閉鎖

2）三段式零序過流保護：定時限/反時限特性，零序方向元件閉鎖，零序電壓元件閉鎖

3）獨立的加速保護：相電流加速，零序電流加速

4）低頻減載：滑差閉鎖，低電壓閉鎖

5）低壓減載

6）過負荷保護

7）三相一次重合閘：重合閘充電指示，非同期/檢同期/檢無壓方式，檢同期時母線電壓自動適應線路側電壓，勿需整定電壓相別

8）接地選線：接地告警3U0/3I0，集中/分散選線

9）采集和顯示電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、頻率；4路脈沖量；

10） 16路遙信量

11）遙控分合、閉鎖及遠方定值修改

12）保護投入/退出，遠方定值區(qū)切換

13）電流測量值優(yōu)于1%、電流波形測試功能。

14）故障電流波形觀測

15）500M帶寬4通道加外觸發(fā)通道的VPO（Visual Persistence Oscilloscope）信號處理技術，快速觀察真實波形。開標時需提供樣機演示，雙采樣模式，不小于4GSa/s實時采樣率和100GSa/s等效采樣率，兩通道同時開啟時為不小于2GSa/s每通道實時采樣率。每一通道提供獨立的25k以上記錄長度

第三代數(shù)字存儲示波器，能同時顯示幅度、時間和波形強度。不小于8英寸的高分辨率TFT LCD屏幕顯示，提供波形顯示輝階模式和色溫模式，分割視窗功能，能同時獨立觸發(fā)及顯示每通道的波形信號。有交替觸發(fā)功能，能同時顯示4路以上的信號。內(nèi)置50Ω/75Ω/1MΩ三種不同的輸入阻抗，可選配電源分析軟件以支持開關電源的測量與分析，可選配串行總線的觸發(fā)、解碼功能，軟件可支持I2C、SPI和UART可和電腦連接通訊，有相關軟件FREEWAVE下載并支持電腦連接操作?？擅赓M升級可擴充的應用軟件，允許用戶隨時在機器上安裝額外提供的應用軟件配備USB接口， LAN接口、RS232接口、VGA視頻輸出接口等多國語言選擇功能觸發(fā)功能，除了邊沿觸發(fā)外，還包括視頻、脈沖寬度、矮波、上升時間和下降時間(定義時間長度)、交替、時間延遲、事件延遲以及Hold-Off功能。雙顯示視窗放大功能，同時顯示主要波形和放大波形兩部分內(nèi)容。多項自動測量，總體分為三種重要的參數(shù)類別：幅度、時間/頻率和延遲。

X-Y模式，可以在屏幕上同時顯示所輸入的時域信號以及X-Y波形。游標可以測試時域波形或任意定義在X-Y信號的相關測試位置。測試探棒除了配備無源探棒外，也可選配差分探棒或電流探棒來進行其他的測試應用。

垂直分辨率：8位

垂直檔位：2mV~5V/div

*高輸入電壓：至少300V (DC+AC峰值)，CAT I

波形數(shù)學運算：加、減、乘、除、FFT，F(xiàn)FTrms

水平時基：1ns/div~100s/div(1-2-5步進) ; ROLL : 100ms/div~100s/div

信號獲取方式：采樣、平均、峰值偵測、高分辨率，

(LCD顯示器和測試棒除外）

溫度檢測控制部分：

1. 視場角/*小成像距離:20°x15°/0.1m（多鏡頭可選）
2. 溫度靈敏度:0.08°C @ 30°C
3. 探測器類型:非制冷焦平面
4. 分辨率:160*120
5. 工作波段:8-14um
6. 聚焦方式:手動對焦
7. 空間分辨率:2.2mrad
8. 圖像模式:紅外（鐵紅，反鐵紅，彩虹，醫(yī)療，白熱，黑熱）
9. 液晶顯示屏:3.5'TFT屛
10. 視頻輸出:PAL（50Hz）或NTSC（60Hz）復合視頻（直接通過機器插入視頻線輸出，無需底座）
11. 溫度范圍:—20°C~1500°C
12. 測溫精度:±2°C或讀數(shù)的2%
13. 測溫模式:1個可移動點及*高溫/*低溫捕獲
14. 控制設置:語言/時間/偽彩/單位
15. 參數(shù)修正:輻射率，環(huán)境溫度，距離，相對濕度
16. 類型:可移動2GB SD卡（可存儲16000幅標準紅外熱圖圖像），*高支持16GB
17. 文件格式:.UIR
18. 具有激光指示功能。
19. 具有溫度上下限報警設置功能
20. 電池類型/工作時間：可充電鋰電池/2.5小時
21. 節(jié)電模式：休眠模式
特別技術規(guī)格要求：IP54抗沖擊性（工作時） 25G/抗震動性（工作時） 2G/軟件分析報告：可快速自動生成報告，可方便轉換為WORD文檔。合閘時間設置、短路故障類型設置及短路時間設置：可設置并網(wǎng)斷路器合閘時間、三相輸電線路短路類型和短路時間，還可觀測暫態(tài)電流、電壓波形。

3 控制屏：控制屏由儀表單元，微機調速器裝置，微機準同期裝置，微機勵磁裝置和常規(guī)勵磁裝置組成。儀表單元：直流電壓表、直流電流表各2只，分別指示原動機電樞電壓和電流、發(fā)電機勵磁電壓和電流。交流電壓表1只，指示控制柜工作電源電壓。

微機調速裝置具有如下功能：

1)主要技術特點
①全智能化、數(shù)字化設計，所有功能均由軟件實現(xiàn)，沒有電位器、撥位開關等機械磨損元件；②數(shù)字調差環(huán)節(jié)。本裝置用數(shù)字電路及軟件構成調差環(huán)節(jié)，直接用數(shù)字給定調差率。其結構簡單、調整方便、準確、直觀，并使整機實現(xiàn)全數(shù)字化。它解決了傳統(tǒng)的勵磁調節(jié)器借助于模擬調差電阻形成壓降，獲得調差率，同時也克服了利用無功變送器來測量無功電流求調差率，其體積大，響應速度慢，成本高的缺點，它沒有用交流采樣通過富立葉級數(shù)求無功電流及調差率的復雜。比較適用于直流整流采樣的系統(tǒng)；
③采用變結構與變參數(shù)的自適應控制及改進型PID控制算法。根據(jù)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)在線變結構與變參數(shù)，可使得在起勵時加快起勵過程，減少超調，并加快并網(wǎng)過程。在正常運行時與小撓動時提高電壓與無功調節(jié)精度及提高靜穩(wěn)定極限，提高有功、無功輸送能力：在大撓動時可使微分量作用在各采樣周期能按偏差量均勻起作用，并減少積分作用，這在加快調節(jié)速度、提高調節(jié)品質的同時、提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性及防止電力系統(tǒng)低頻振蕩；
④采用多串口。電站機組臺數(shù)較多且容量較大時用現(xiàn)場總線結構，上下位機集散控制。本裝置具有多個串行口可在中控室通過上位機系統(tǒng)進行遠方監(jiān)控，同時一臺上位機可通過現(xiàn)場總線連接多臺調節(jié)器，并便于接入電廠綜合自動化系統(tǒng)；
⑤人機對話友好。采用液晶屏中文字幕或觸摸屏，遠方用工控機監(jiān)控；
⑥運行方式多樣，操作簡單。正常運行時具有恒壓，恒勵，恒COS的調節(jié)方式。
2)主要功能
①恒電壓運行；
②恒勵流運行及恒COS運行。（這兩種方式只能在并網(wǎng)后使用）；
③遠控功能?？蛇h控增勵，減勵及滅磁；
④串口通訊?？膳c中控室上位機進行通訊（需選配）；
⑤過勵限制，欠勵限制；
⑥*大勵磁限制，V/F限制；
⑦過電壓保護。當機端電壓大于130%時，自動滅磁。當斷路器跳閘時自動將機端電壓給定在95％額定電壓，防止過電壓；
⑧強行減磁。當機組甩負荷，機端電壓升高時，調節(jié)器增大控制角，進行強行減勵，迅速降低機端電壓；
⑨軟滅磁。在正常停機時，按觸摸屏上的滅磁按紐使可控硅的觸發(fā)角增大到逆變狀態(tài)使輸出勵磁變得足夠小來進行逆變滅磁。然后再跳滅磁開關。這樣就避免了滅磁的時候出現(xiàn)火花，達到保護滅磁開關和相關滅磁器件的作用。
3)主要技術指標
①A/D轉換：8路12位；
②采樣頻率：1次/周波；脈沖輸出：一次/周波；
③移相觸發(fā)范圍：三相單相半控橋為0～160度；單相、三相全控橋為0～135度；
④自動調壓范圍：20％～130％；手動調壓范圍；20％～120％；
⑤零起升壓：超調量小于10%～15%，調節(jié)時間3～5秒，振蕩次數(shù)＜3～5次；
⑥10%階躍響應：超調量小于5%，振蕩次數(shù)1次，調節(jié)時間小于3秒；
⑦調壓精度：1%；
⑧調差率整定范圍±10%內(nèi)均勻無級差調整；
⑨電壓響應時間：上升＜0.08秒，下降＜0.15秒；
⑩頻率特性：在頻率變化±1%，電壓變化值小于±0.05%；
⑾采樣系統(tǒng)線性度：偏差≯0.1%。

微機準同期裝置具有如下功能：

1）高精度的時標計算頻差、相位差，以毫秒級的精度實現(xiàn)合閘提前時間壓功能，半自動時閉鎖自動調頻調壓功能；

2）可以方便地設定頻差、壓差和自動調節(jié)功能；

3）液晶顯示，中文菜單操作；

4）在線整定和修改頻差、壓差允許值和導前時間；

5）具有波形觀測孔，可觀察合閘脈沖相對于三角波的位置、發(fā)電機電壓波形、系統(tǒng)電壓波形和矩形波波形等。6）全智能快速自動調頻、調壓，可實現(xiàn)快速無沖擊合閘；7）具有待并兩側ＰＴ電壓和頻率的數(shù)字顯示功能，具有直觀的模擬整步指示燈，可以取代同期屏；
微機準同期調節(jié)器其技術要求：
工作電源：采用系統(tǒng)PT電壓，85VAC～130VAC
輸出觸點容量：25A，28VDC／240VAC
整機功耗：〈 8W
硬件防干擾電路(看門狗)響應時間：40ms
合閘相位誤差：〈 2°
頻率判斷誤差：〈 0.02Hz
電壓判斷誤差：〈 1%
頻差整定范圍：0.2Hz～0.5Hz
壓差整定范圍： 3%、5%、8%
合閘提前時間整定范圍：0.10s～0.30s

常規(guī)勵磁裝置具有如下功能：

1）采用PI調節(jié),具有恒UF功能，恒壓精度為0.5%Ued

2）面板上設置有觀測波形的測試孔。

3）具有*小，*大勵磁電流值的限制。

4）能適應多種反饋及保護信號的輸入。

4 無窮大系統(tǒng)

采用自耦調壓器模擬無窮大系統(tǒng)，具體參數(shù)如下：

SN=15KVA,UN=380V,副邊0-430V可調。

5 負載

阻性負載包括不小于2kW電阻負載，通過開關投切可調節(jié)阻性負載的大小，而且有散熱裝置，能夠保證負載持續(xù)工作兩小時。

感性負載通過開關投切可調節(jié)感性負載的大小，總負載不小于1.6KVar。

6 仿真硬件平臺

仿真硬件平臺包括信號轉換裝置，多通道數(shù)據(jù)采集卡及相應的切換開關，計算機及上位機軟件，軟件平臺開放，學生能夠進行編程實驗。具體配置如下：

1）信號轉換裝置硬件資源如下：

u 13路模擬量輸入

u 1路模擬量輸出

u 17路開關量輸入

u 24路開關量輸出

2）多通道數(shù)據(jù)采集卡采用NI 6229采集卡，采樣速率250ks/s,16路差分輸入，16位數(shù)據(jù)采樣，4路模擬量輸出，48路開關量。

3）上位機軟件

上位機應用控制軟件基于美國NI公司LabVIEW軟件設計，軟件平臺開放，允許教師或學生自行設計算法，并驗證。具體功能要求如下：
（1）監(jiān)控功能

能實現(xiàn)線路開關運行狀態(tài)的監(jiān)控；

能監(jiān)控自動裝置和保護裝置（準同期，勵磁，調試和線路保護）運行狀態(tài)；

能監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)；

（2）仿真功能

可仿真勵磁功能，調節(jié)發(fā)電機組的電壓和無功；

可仿真同期功能，實現(xiàn)發(fā)電機組的并網(wǎng)。

可實時采集到電流、電壓動態(tài)波形

可仿真線路保護功能，實現(xiàn)對線路的保護

（3）智能無線網(wǎng)絡化控制內(nèi)置兩個WiFi信號源
工作頻率：2.4GHz—2.5GHz；
收/發(fā)光波長：1550nm/1550nm；
光輸出功率：4dbm+-2dbm；
光輸入功率：-4dbm(Minimum)
吞吐量：上行下行≥18Mbps；
支持光電/電光轉換無線信號，WiFi信號本地產(chǎn)生和處理，本地可對所有WiFi信號集中和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)可管、可控、可測；
WiFi協(xié)議：IEEE802.11b/g；
工作電壓：AC 220VAC；
射頻交換：支持；
遠距離傳輸：支持，模擬光纖傳輸*遠必須達到5000米；覆蓋范圍：室內(nèi)覆蓋半徑50米，室外覆蓋半徑100米；
信號分路：支持信號分路，即可將射頻信號分為多路；
功能：遠端信號發(fā)射與接收；
電/光轉換：支持；
接口類型：光纖接口，射頻接口；
本套實驗裝置既包含了各種常規(guī)的檢測裝置，又包含了SIEMENS PA接口的總線檢測裝置；
現(xiàn)場總線過程控制系統(tǒng)從上位機控制系統(tǒng)到現(xiàn)場儀表之間清晰的分為三層，其中人機界面和主控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，構成了整個控制系統(tǒng)的管理級；主控制器、遠程分布式I/O模塊、變頻器、DP/PA耦合器之間通過PROFIBUS-DP協(xié)議進行通信，構成了控制系統(tǒng)的控制級；控制級通過DP/PA鏈路延伸出下一級PROFIBUS-PA網(wǎng)絡，壓力傳感器、電磁流量計、溫度變送器和閥門定位器直接掛接在同一條PROFIBUS-PA總線上，這樣就實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表通過DP/PA鏈路和主控制器之間的數(shù)據(jù)交換
被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)；
真實性、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場；

(4)計算機：：顯示器尺寸：19英寸；：Intel雙核；CPU 頻率：2.0GHz；內(nèi)存容量：4GB DDR3；硬盤容量：320GB 7200轉；光驅類型：DVD-ROM；產(chǎn)品類型：商用臺式機；顯卡類型：集成顯卡；音頻系統(tǒng)：集成有線網(wǎng)卡

7. 微機成套保護裝置技術要求
1)主要性能特點：
1．集成電路全部采用工業(yè)品或軍品，使得裝置有很高的穩(wěn)定性和可靠性；
2．采用32位DSP作為保護CPU，配置大容量的RAM和Flash Memory；數(shù)據(jù)運算、邏輯處理和信息存儲能力強，可靠性高，運行速度快；
3．采用16位A/D作為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集每周24點，保護測量精度高；
4．采用圖形液晶，全中文顯示菜單式人機交互；可實時顯示各種運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，信息詳細直觀，操作、調試方便；
5．可獨立整定8套保護定值，定值區(qū)切換安全方便；
6．大容量的信息記錄：可保存不小于100個*近發(fā)生的歷史報告,可帶動作參數(shù)，掉電保持，便于事故分析；
7．通信規(guī)約采用IEC-60870-5-103規(guī)約或MODBUS規(guī)約可選，設有雙RS-485通信接口；組網(wǎng)經(jīng)濟、方便,可直接與微機監(jiān)控或保護管理機聯(lián)網(wǎng)通訊；
8．具有錄波功能，裝置記錄保護跳閘前4周波，跳閘后6周波（每周波24點）的采樣數(shù)據(jù)，保護跳閘后上送變電站自動化主站，也可以通過故障分析軟件進行故障分析；數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng):4線電阻屏、2點觸屏檢測;模塊的*大連接數(shù)：10（*大測量通道數(shù)：100）;運算通道數(shù)：100;通信通道數(shù)：300;內(nèi)部存儲器：500MB（介質：閃存）;外部存儲介質：SD存儲卡（*大32G）;USB接口：兼容USB 2.0標準;通信功能：以太網(wǎng)，兼容IEEE802.3標準
連接圖：級聯(lián)，分區(qū)長度：*大100米;FTP客戶端功能、FTP服務器功能、Web服務器功能、SNTP客戶端功能、SNTP服務器功能、DHCP客戶端功能;其他功能：
安全功能：鎖鍵功能、登錄功能;時鐘功能：日歷功能、精度：±5ppm（0-50℃）
9．可測量參數(shù)：電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角、頻率、電壓峰值、電流峰值、峰值因數(shù)、積分（Wh，Ah，Varh，Vah）等；能夠滿足同時測量電壓RMS/MEAN值，峰值因素*大300；能夠同時測量3個電壓或者電流的頻率；能進行效率測試和用戶自定義功能。
10．保護出口方式可以按照保護配置，出口設置方便靈活。
提供原生產(chǎn)廠家授權書、廠家售后承諾及產(chǎn)品樣本。