（天津液化天然气有限责任公司 天津 滨海新区 300457）
摘要：本实验装置主要针对国内高校教学用变电站仿真实验装置缺乏的现状，而研发出一套基于安全电压等级（+24V）的变电站断路器仿真装置。该实验装置可以在安全电压条件下，实现发电厂变电站二次回路断路器的仿真模拟，可作为在校学生和专业人员的实验及培训平台，从而产生一定的社会效益和经济效益。
关键词：安全电压；断路器；仿真装置；设计
引言
由于目前企业对宽口径复合型高级技术人才的需求日益迫切，更看重相关专业大学生的实际动手操作能力，这就要求高校在人才培养方面更加注重学生操作能力的培养。而电力系统的特殊性决定了电力系统的事故和异常不能在现场运行设备上进行预演，而对于电气类专业的学生，要想更好地了解事故和异常现象，能理论联系实际，就需要相应的变电站仿真系统和实验装置，因此，基于电力系统仿真试验装置的研究在高校的教学研究工作中具有十分重要的意义。
目前我国生产变电站仿真系统的厂家较多，但各有优缺点，且主要是针对变电站值班员、监控人员、电网调度人员及相关生产管理人员研发的，结构复杂、功能集中强大，不适合高校学生进行实验和操作。而该装置是专门针对电气类专业的学生而研发的，能完成《工厂供电》、《发电厂及变电站的二次回路》等专业课的实验，是由各种继电器和信号灯等电器元件组成电路，可实现变电站断路器的手动操作和模拟上位机远方操作，观察实验现象，满足学生实际操作的需要，有效提高相关专业学生的动手操作技能，解决相关专业学生懂理论却无法实践的难题，从而提高了实践教学质量。
1、设计思路
首先由于6-10kV的断路器的电源是交流220V，在学生操作的过程中不安全，其次由于高压断路器的价格比较昂贵，再次为了学生能够更好的了解和熟悉继电器、接触器的性能，故本实验装置的设计采用直流24V的安全电压，且装置主要由各种继电器、接触器和信号灯等元器件组成。在设计的过程中，为了使实验现象更接近实际现场，电路中采用了接触器KM1-KM2，接触器闭合和断开时声音更接近断路器，现象更逼真且和现场一致。
2、断路器控制回路电路图设计
图1 断路器控制回路图
断路器的电路图及控制回路图如图1所示，图中FU1-FU2为熔断器，SB1为模拟上位机合闸按钮，SB2为模拟上位机跳闸按钮，KT1-KT4为时间继电器，KC1-KC2为中间继电器，KM1-KM2为接触器，SA为断路器的手动控制开关，DX为闪光继电器，GN为绿色合闸信号灯，RD为红色跳闸信号灯，KCC和KCT分别为合闸位继电器和跳闸位继电器，M100（+）为闪光小母线。
由于不同继电器和接触器的固有动作时间不同，为了确保合闸接触器KM1得电动作时跳闸接触器KM2失电，或跳闸接触器KM2得电动作时合闸接触器KM1失电，时间继电器KT1-KT4的常开触点采用了延时。回路中的电压表用于检测电路的电压是否正常或失压。回路中的KM1和KM2分别将一组常开触点串到其线圈回路起自保持作用。回路中红绿信号灯和电阻R参数的选择是电路设计的难点。
3、断路器控制回路的工作原理
断路器控制回路电路图的工作原理，以手动操作断路器合闸和模拟上位机操作断路器合闸为例讲述其工作过程。
手动操作断路器合闸工作原理：手动合闸之前，断路器在跳闸位，跳闸位继电器KCT的常开触点闭合，将手动控制开关SA转换到预备合闸位PC，SA的9-10触点接通，绿灯发闪光；将SA从预备合闸位转换到合闸位，SA的5-8触点接通使时间继电器KT3线圈得电，KT3的常开触点延时闭合使得中间继电器KC1线圈得电，KC1的常开触点闭合，因KT4只有在手动跳闸时才得电且未按下SB2，故KT2、KT4的常闭触点闭合，接触器KM1线圈得电，KM1的常开闭合，使合闸为继电器KCC得电，KCC的常开触点闭合，红灯发平光，表示断路器在合闸位，断路器手动操作合闸成功，且实验现象与电力系统现场实际一致。
模拟上位机操作断路器合闸工作原理：模拟上位机操作断路器合闸的过程采用了“不对应”原理设计，所谓不对应是指控制开关SA的位置与断路器位置不一致。按下按钮SB1，时间继电器KT1线圈得电，其常开触点延时闭合使得中间继电器KC1线圈得电，KC1的常开触点闭合使得接触器KM1线圈得电，KM1的常开闭合，使合闸为继电器KCC得电，KCC的常开触点闭合，由于SA在跳闸后位置，14-15触点接通，SA的跳闸后位置与断路器合闸位置不一致使得红灯发闪光，表示上位机操作断路器合闸成功，其实验现象与电力系统现场实际一致。
手动操作断路器跳闸和模拟上位机操作断路器跳闸与合闸过程和原理类似，分别是绿灯发平光和绿灯发闪光。
4、装置可完成的实验
1）、中间继电器、接触器的特性实验
2)、时间继电器特性实验
通过调整时间继电器的时间，测定断路器合闸或跳闸的延时。
3）、手动操作断路器分合闸实验
断路器手动合闸操作：控制开关SA置于预备合闸位绿灯发闪光；控制开关SA转换到合闸位断路器合闸；控制开关SA自动复归到合闸后位置，红灯发平光。
断路器手动跳闸操作：控制开关SA置于预备跳闸位红灯发闪光；控制开关SA转换到跳闸位，断路器跳闸；控制开关SA自动复归到跳闸后位置，绿灯发平光。
4）、模拟上位机操作断路器分合闸实验
模拟上位机合闸:按下模拟上位机合闸按钮SB1启动回路，断路器合闸，红色信号灯发闪光。
模拟上位机跳闸:按下模拟上位机跳闸按钮SB2启动回路，断路器跳闸，绿色信号灯发闪光。
5、结论
该装置电路的设计经过不断的改造升级，已安装完成并通过调试，后期将增加中央事故信号回路和预告信号回路，利用单片机及外围电路实现对动作信号和模拟量的显示和控制，同时可由上位机对实验电路进行控制，并实时显示所传信息。该实验装置通过调试，验证了电路的设计正确且操作安全，实验现象逼真，投入教学使用将会提高学生的实际动手能力和实践教学质量，达到预期的效果。
参考文献
[1]何永华.《发电厂及变电站的二次回路》[M].北京：中国电力出版社,2007.
[2]李梅兰.《变电站仿真实训设计思想和运行效果》[J].中国电力教育,2009,23(146-147).
[3]河北省电力公司.《35~110kV变电站仿真培训教材》[M].北京：中国电力出版社,2009.
论文作者:任婷会
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/2
标签：断路器论文; 接触器论文; 常开论文; 回路论文; 触点论文; 上位论文; 操作论文; 《电力设备》2016年第4期论文;