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摘要:本文主要依据郑州电力高等专科学校装表接电实训室建设的经验,总结了在高压装表接电仿真培训系统建设方面的一些基本设想和设计原则。特别是使用了数控电源模拟真实的电力负荷,为实验实训室进行装表接电工作提供了先进可行的方案。
关键词:高压装表接电仿真培训系统;计量装置;装表接电;计量柜;互感器
作者简介:高山(1966-),男,河南太康人,郑州电力高等专科学校电力系,高级实验师,主要研究方向:电能计量及营销现代化。(河南 郑州 450004)刘常青(1977-),男,新疆塔城人,郑州三晖电气有限公司,工程师,主要研究方向:电能计量及电力设备设计制造。(河南 郑州 450016)
根据河南省电力公司营业用电实训基地建设规划和郑州电力高等专科学校(以下简称“学校”)电类专业实践教学的需要,由学校和郑州三晖电气技术有限公司合作建设了装表接电实训室,开发了高低压装表接电仿真培训系统,在高压计量装置及其配套电源负载的模拟仿真方面探讨并采用了一些新的模式,每台高压计量柜的电源及模拟负载由计算机集中操控,实现了实训室环境下带电或不带电安装、轮换表计,为现场校验、新装计量装置验收提供了真实的模拟环境,并可模拟三相三线和三相四线计量装置的部分错误接线,实现带电进行高压计量装置的接线检查。下面把我们建设中的一些经验体会简要介绍如下。
一、高压计量装置模拟对象的选择与设计原则
由于高供高计电能计量装置的电压等级、用户供电方式和类别较多,根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》规定,运行中的计量装置按其所计量的电能多少和计量对象的重要性分为五类。10kV及以上均可采用高压计量装置,其中中性点绝缘系统主要用于10kV-35kV,常采用三相三线计量装置计量电能;中性点非绝缘系统主要用于110kV以上,常采用三相四线计量装置计量电能。高压计量装置配置也有多种形式,35kV及以上的互感器一般安放在室外,断路器、隔离刀闸、TV、TA都在户外或户内架空隔离放置,由二次回路电缆线引至控制室内计量屏的高压电能表实现高压电能计量,对于学校的培训系统而言,投资太大且不具备实际通电模拟的条件。10kV电能计量装置通常采用标准高压柜组合,紧邻电源进线柜,TV、TA、高压电能表集中安装于计量柜中,一般TV、TA内置于计量柜下部,电能表及失压计时仪安装于计量柜上部。因此,我们可以选取数量最多的10kV电压等级变配电所一体化计量柜进行模拟仿真。
仿真计量柜的基本设计原则:依据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的规定,安装在客户处的贸易结算用电能计量装置,10kV及以下电压供电客户应配置GB/T16934规定的电能计量柜或计量箱;35kV电压供电的客户宜配置全国统一标准的电能计量柜或计量箱。培训系统中的计量柜尽可能与现场实际设备保持一致,同时要遵从DL447-91电能计量柜标准中整体式电能计量柜的基本技术要求,满足DLT825-2002电能计量装置安装接线规则等有关法规的规定,并方便教学与实训。
由于实训室内的高压计量柜不具备在现场对应的电源和负载环境,在保证二次计量回路与实际工况完全一致的情况下,应采用虚负荷的形式提供一次低压、小电流仿真实际10kV高电压、大电流(300A)。
二、高压计量装置培训系统的主要组成及功能技术要求
该系统由6组高压仿真计量柜、1台三相大功率程控电源和1台台式计算机共同组成,每套高压仿真计量柜内置三只单相电压互感器和三只电流互感器,可以真实模拟10kV的三相三线计量方式,也可通过10kV电压电流互感器代替35kV电压电流互感器,模拟35kV及以上的三相四线计量方式,并达到教学目的。该系统利用三相数字大功率程控电压电流源,输出低电压、小电流经低变比电压、电流互感器模拟现场各种各样的负荷运行情况,整个系统运行工况采用计算机统一控制。
1.三相大功率程控电源(1台)
提供正常状态和错误状态下的模拟10kV三相电源电压及不同功率因数下的虚负载电流,由计算机控制电压、电流的升降和相位的任意设置,具有断路、短路和漏电保护及控制等功能,每台计量柜电源的投入与隔离通过计算机独立控制。
电源柜主要技术要求如下:
(1)三相电压输出0～100V;
(2)三相电流输出0～5A幅值;
(3)电压、电流和相位均可调,还可以模拟失压、失流、谐波污染、电压波动等现场状况;
(4)满足同时提供6组计量柜电源的功率输出;
(5)具有漏电、断路、短路等安全保护和报警功能;
(6)具有输出指示;
(7)控制方便、灵活。
2.高压计量仿真计量柜(6台)
计量柜采用10kV电压等级配电所电缆出线的一体化计量柜,外观、元件布置与现场标准计量柜相同,并符合当前主要的现行国家及行业标准和Ⅳ类计量装置配置附件,设计布局既要尽可能接近现场实际又要适于教学与实训。
按照常规10kV高压计量柜制作,包含所有相关绝缘部件,不含断路器和隔离刀闸;计量柜外观、元件布置与原型号相同,供培训装表接电的安装部分应方便拆装。柜体左上部接入10kV母排,底部为模拟三相电缆出线,内配10kV高压外壳的三只单相电压互感器和三只单相电流互感器,方便实现三相三线与三相四线计量方式的改变,电表可采用多功能表和失压计时仪的组合或高压有、无功表的联合接线组合,内配元件各计量元件均按Ⅲ类及以上计量装置技术要求配置,所有元件均应是符合有关国家标准的合格优质产品,并经久耐用,为方便培训内部检查和元件拆装,右侧面能够打开。
高压计量柜主要技术要求如下:
(1)计量二次配线要求按照三相四线高压计量配线,要求配套对应线号;
(2)后盖板可灵活拆卸,无需螺丝固定;
(3)右侧要求盖板封闭,盖板并可灵活拆卸,无需螺丝固定;
(4)每个计量柜有3个熔断器(RN2-10 0.5A);
(5)每个计量柜要安装3个10kV外壳100V/100V的电压互感器;
(6)每个计量柜要安装3个10kV外壳5/5A电流互感器;
(7)每个机柜按照3只电压互感器Y形接线,提供一套电压互感器连接导线;
(8)每个机柜按照2只电压互感器V形接线,提供一套电压互感器连接导线;
(9)每个机柜提供B相电流互感器不安装时的短路母排和连接螺母;
(10)高压走线方向为侧进下出;
(11)电表安装在计量柜上的活动测量板上,要求在测量板上安装2个万能挂表架;
(12)联合接线盒安装在活动测量板下;
(13)改造高压计量柜电源监视器,使高压计量柜的带电指示器能够工作在低电压状态;
(14)上面板安装三只电流表,按60倍变比示值;
(15)除每个柜子自带一个活动测量板外,另外再提供9个活动测量板;
(16)互感器一、二次能方便学生进行Y/v转换接线,互感器二次端子能灵活改接,便于模拟各种错误接线方式;
(17)充分考虑学生实训经常拆装部件的耐用性、多功能性、可扩展性、灵活性、可靠性。
3.台式计算机(1台)
通过485接口控制高压三相源输出及计量柜电源。
(1)控制软件中有一次系统图,便于理解;
(2)控制软件中能自动推导二次的理论电量和向量,并且给出正确接线的各种向量图;
(3)控制软件有题库功能;
(4)在控制软件中可以任意设置电压电流的幅度、相位、对称度、频率等。
三、电源的接入原理与方法
高压计量柜真实的10kV电路存在但不通电,高压计量柜从右上高压套管进线,右下暗孔模拟电缆出线。模拟三相电源电压3×100V、电流3×6A分别由电源柜提供,采用串联的方式叠加到一次回路中,接线原理如系统接线如图1所示。
通过电脑和每个机柜顶部安装的交流接触器的控制,可以任意给各个计量柜送电或断电,这样做的好处是既可以全部同时通电进行培训也可以一面一面地通电,解决了各组之间实训进程不同步的问题,具有较强的灵活性和实用性。
四、小结
目前我们装表接电实训室已建成投入使用,通过试用与测试效果看,高压计量柜结构及接线与现场运行中的高压计量柜基本相同,比较接近现场实际,高压计量柜采用了低变比互感器,在保证安全的基础上又达到培训效果,互感器的接线方式可以灵活地在三相三线和三相四线之间转换,高压表计安装规范、方便,由微机控制的电源投切方式灵活、实用,还能模拟部分错误接线,基本达到了我们预期的设想。
经过现场和学校有关专家鉴定,此高压培训系统比较接近现场实际,安全、实用、功能多、灵活性强、易扩展,能够满足装表接电各个环节技术与管理训练的要求。既适合在校学生的实习、实训教学,也为职业技术教育中基于工作过程导向的课程开发及教学提供了必要的物质基础,利于强化学生的实际工作能力与职业素养的培养,实现教育与职业技术的无缝连接,提高毕业生的就业竞争力和工作适应能力;同时,又适合现场人员的技术培训和技能鉴定工作,具有一定的推广价值。
(责任编辑:刘辉)
关键词:高压装表接电仿真培训系统;计量装置;装表接电;计量柜;互感器
作者简介:高山(1966-),男,河南太康人,郑州电力高等专科学校电力系,高级实验师,主要研究方向:电能计量及营销现代化。(河南 郑州 450004)刘常青(1977-),男,新疆塔城人,郑州三晖电气有限公司,工程师,主要研究方向:电能计量及电力设备设计制造。(河南 郑州 450016)
根据河南省电力公司营业用电实训基地建设规划和郑州电力高等专科学校(以下简称“学校”)电类专业实践教学的需要,由学校和郑州三晖电气技术有限公司合作建设了装表接电实训室,开发了高低压装表接电仿真培训系统,在高压计量装置及其配套电源负载的模拟仿真方面探讨并采用了一些新的模式,每台高压计量柜的电源及模拟负载由计算机集中操控,实现了实训室环境下带电或不带电安装、轮换表计,为现场校验、新装计量装置验收提供了真实的模拟环境,并可模拟三相三线和三相四线计量装置的部分错误接线,实现带电进行高压计量装置的接线检查。下面把我们建设中的一些经验体会简要介绍如下。
一、高压计量装置模拟对象的选择与设计原则
由于高供高计电能计量装置的电压等级、用户供电方式和类别较多,根据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》规定,运行中的计量装置按其所计量的电能多少和计量对象的重要性分为五类。10kV及以上均可采用高压计量装置,其中中性点绝缘系统主要用于10kV-35kV,常采用三相三线计量装置计量电能;中性点非绝缘系统主要用于110kV以上,常采用三相四线计量装置计量电能。高压计量装置配置也有多种形式,35kV及以上的互感器一般安放在室外,断路器、隔离刀闸、TV、TA都在户外或户内架空隔离放置,由二次回路电缆线引至控制室内计量屏的高压电能表实现高压电能计量,对于学校的培训系统而言,投资太大且不具备实际通电模拟的条件。10kV电能计量装置通常采用标准高压柜组合,紧邻电源进线柜,TV、TA、高压电能表集中安装于计量柜中,一般TV、TA内置于计量柜下部,电能表及失压计时仪安装于计量柜上部。因此,我们可以选取数量最多的10kV电压等级变配电所一体化计量柜进行模拟仿真。
仿真计量柜的基本设计原则:依据DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》的规定,安装在客户处的贸易结算用电能计量装置,10kV及以下电压供电客户应配置GB/T16934规定的电能计量柜或计量箱;35kV电压供电的客户宜配置全国统一标准的电能计量柜或计量箱。培训系统中的计量柜尽可能与现场实际设备保持一致,同时要遵从DL447-91电能计量柜标准中整体式电能计量柜的基本技术要求,满足DLT825-2002电能计量装置安装接线规则等有关法规的规定,并方便教学与实训。
由于实训室内的高压计量柜不具备在现场对应的电源和负载环境,在保证二次计量回路与实际工况完全一致的情况下,应采用虚负荷的形式提供一次低压、小电流仿真实际10kV高电压、大电流(300A)。
二、高压计量装置培训系统的主要组成及功能技术要求
该系统由6组高压仿真计量柜、1台三相大功率程控电源和1台台式计算机共同组成,每套高压仿真计量柜内置三只单相电压互感器和三只电流互感器,可以真实模拟10kV的三相三线计量方式,也可通过10kV电压电流互感器代替35kV电压电流互感器,模拟35kV及以上的三相四线计量方式,并达到教学目的。该系统利用三相数字大功率程控电压电流源,输出低电压、小电流经低变比电压、电流互感器模拟现场各种各样的负荷运行情况,整个系统运行工况采用计算机统一控制。
1.三相大功率程控电源(1台)
提供正常状态和错误状态下的模拟10kV三相电源电压及不同功率因数下的虚负载电流,由计算机控制电压、电流的升降和相位的任意设置,具有断路、短路和漏电保护及控制等功能,每台计量柜电源的投入与隔离通过计算机独立控制。
电源柜主要技术要求如下:
(1)三相电压输出0～100V;
(2)三相电流输出0～5A幅值;
(3)电压、电流和相位均可调,还可以模拟失压、失流、谐波污染、电压波动等现场状况;
(4)满足同时提供6组计量柜电源的功率输出;
(5)具有漏电、断路、短路等安全保护和报警功能;
(6)具有输出指示;
(7)控制方便、灵活。
2.高压计量仿真计量柜(6台)
计量柜采用10kV电压等级配电所电缆出线的一体化计量柜,外观、元件布置与现场标准计量柜相同,并符合当前主要的现行国家及行业标准和Ⅳ类计量装置配置附件,设计布局既要尽可能接近现场实际又要适于教学与实训。
按照常规10kV高压计量柜制作,包含所有相关绝缘部件,不含断路器和隔离刀闸;计量柜外观、元件布置与原型号相同,供培训装表接电的安装部分应方便拆装。柜体左上部接入10kV母排,底部为模拟三相电缆出线,内配10kV高压外壳的三只单相电压互感器和三只单相电流互感器,方便实现三相三线与三相四线计量方式的改变,电表可采用多功能表和失压计时仪的组合或高压有、无功表的联合接线组合,内配元件各计量元件均按Ⅲ类及以上计量装置技术要求配置,所有元件均应是符合有关国家标准的合格优质产品,并经久耐用,为方便培训内部检查和元件拆装,右侧面能够打开。
高压计量柜主要技术要求如下:
(1)计量二次配线要求按照三相四线高压计量配线,要求配套对应线号;
(2)后盖板可灵活拆卸,无需螺丝固定;
(3)右侧要求盖板封闭,盖板并可灵活拆卸,无需螺丝固定;
(4)每个计量柜有3个熔断器(RN2-10 0.5A);
(5)每个计量柜要安装3个10kV外壳100V/100V的电压互感器;
(6)每个计量柜要安装3个10kV外壳5/5A电流互感器;
(7)每个机柜按照3只电压互感器Y形接线,提供一套电压互感器连接导线;
(8)每个机柜按照2只电压互感器V形接线,提供一套电压互感器连接导线;
(9)每个机柜提供B相电流互感器不安装时的短路母排和连接螺母;
(10)高压走线方向为侧进下出;
(11)电表安装在计量柜上的活动测量板上,要求在测量板上安装2个万能挂表架;
(12)联合接线盒安装在活动测量板下;
(13)改造高压计量柜电源监视器,使高压计量柜的带电指示器能够工作在低电压状态;
(14)上面板安装三只电流表,按60倍变比示值;
(15)除每个柜子自带一个活动测量板外,另外再提供9个活动测量板;
(16)互感器一、二次能方便学生进行Y/v转换接线,互感器二次端子能灵活改接,便于模拟各种错误接线方式;
(17)充分考虑学生实训经常拆装部件的耐用性、多功能性、可扩展性、灵活性、可靠性。
3.台式计算机(1台)
通过485接口控制高压三相源输出及计量柜电源。
(1)控制软件中有一次系统图,便于理解;
(2)控制软件中能自动推导二次的理论电量和向量,并且给出正确接线的各种向量图;
(3)控制软件有题库功能;
(4)在控制软件中可以任意设置电压电流的幅度、相位、对称度、频率等。
三、电源的接入原理与方法
高压计量柜真实的10kV电路存在但不通电,高压计量柜从右上高压套管进线,右下暗孔模拟电缆出线。模拟三相电源电压3×100V、电流3×6A分别由电源柜提供,采用串联的方式叠加到一次回路中,接线原理如系统接线如图1所示。
通过电脑和每个机柜顶部安装的交流接触器的控制,可以任意给各个计量柜送电或断电,这样做的好处是既可以全部同时通电进行培训也可以一面一面地通电,解决了各组之间实训进程不同步的问题,具有较强的灵活性和实用性。
四、小结
目前我们装表接电实训室已建成投入使用,通过试用与测试效果看,高压计量柜结构及接线与现场运行中的高压计量柜基本相同,比较接近现场实际,高压计量柜采用了低变比互感器,在保证安全的基础上又达到培训效果,互感器的接线方式可以灵活地在三相三线和三相四线之间转换,高压表计安装规范、方便,由微机控制的电源投切方式灵活、实用,还能模拟部分错误接线,基本达到了我们预期的设想。
经过现场和学校有关专家鉴定,此高压培训系统比较接近现场实际,安全、实用、功能多、灵活性强、易扩展,能够满足装表接电各个环节技术与管理训练的要求。既适合在校学生的实习、实训教学,也为职业技术教育中基于工作过程导向的课程开发及教学提供了必要的物质基础,利于强化学生的实际工作能力与职业素养的培养,实现教育与职业技术的无缝连接,提高毕业生的就业竞争力和工作适应能力;同时,又适合现场人员的技术培训和技能鉴定工作,具有一定的推广价值。
(责任编辑:刘辉)