一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法与流程

1.本发明属于变配电运维检修技术领域，具体涉及一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法。


背景技术：

2.随着智能变电站工程实施、配电自动化建设、智能用电技术等快速发展，智能变配电系统中应用了大量的新设备、新技术与新工艺。同时一、二次系统之间相互融合关联以及信息平台与设备的相互关联，对运行维护人员的技术、技能业务素质提出了更高的要求；一/二次系统之间与信息平台/设备的之间的高度相互融合关联使得变电站的缺陷以及故障的消除和处理更加多样化、复杂化，而现有的实训装置只能对单一的设备层面或仿真层面进行培训，不能满足培养高素质复合型的运维一体化专业人才队伍的要求。
3.现有的实训系统基本上是单一的虚拟仿真类和模拟项目类实训或单一的现场设备类实训，而现场工作要求多且情况复杂，故障类型无明确界限，目前实训技术规范要求与实际工作现场要求不匹配。同时，运维人员普遍不具备全面故障排查的能力。若现场运维人员无法快速判断一次、二次故障，将增加电网运行的风险、降低检修人员的工作效率、提高电网运行的成本。因此，急需一套能对运维人员进行全方位培训的变配电运维检修一体化实训系统，以培养变配电运维检修的“全科医生”。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法，用于对变配电运维检修进行综合实训及考核。
5.本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种变配电运维检修一体化实训系统，包括通过网络连接的教员站和n个学员站；教员站用于设置、调取单一或复合故障工况对学员站进行示范或考核，以及控制全部学员站的运行状态；学员站包括仿真变电站、开关柜、模拟负载柜；仿真变电站采用一键顺控操作设计，通过双向信息传输通道连接开关柜，用于遥控、遥信、遥测开关柜，接收开关柜的信号、调用上位机的数据库设置模拟故障、远程设置开关柜的二次回路故障、反映开关柜的运行和故障状态；开关柜包括一次回路模块、二次回路模块、测控装置、中置式手车、二次侧故障设置单元；一次回路模块包括依次串联的电缆进线线路、手车式断路器qf、三相电流互感器，还包括并联的带电显示线路、电缆出线线路、避雷线路、地刀线路qse，所述的并联电路串联在三相电流互感器的出线端；三相电流互感器包括测量回路1lha,b,c和保护回路2lha,b,c；电缆出线线路包括零序电流互感器lh0；二次回路模块包括电压电流测量回路、保护回路、控制回路、开入信号采集回路、操控回路、显示回路；电压电流测量回路连接测量回路1lha,b,c和保护回路2lha,b,c，用于采集三相电流互感器的二次侧电流；保护回路用于设置保护整定值、计算整定值、发出控制信号；控制回路用于接收控制信号并产生动作；开入信号采集回路用于采集包括储能状态、手车位置、压板位置、断路器分合闸状态的信号并发送给仿真变电站；操控回路用于高压带电
闭锁及控制温湿度；显示回路用于显示包括一次回路模拟图、断路器状态、接地刀闸状态、弹簧储能状态的信息；测控装置连接仿真变电站，用于将实时整理的数据和设备状态发送给仿真变电站进行显示，并接收仿真变电站发送的包括远程操作和故障设置的指令；测控装置还通过人机交互接口设置整定值和选择包括三段过流保护、两段可经方向闭锁的零序过流保护、三相一次重合闸、过负荷保护的保护动作；二次侧故障设置单元在二次回路模块的各回路中通过触点接入专属故障设置线路，在断路故障处设置常闭接点，在短路故障处设置常开接点；二次侧故障设置单元通过测控装置进行本地设置或取消故障，通过仿真变电站进行远程设置或取消故障，本地和远程操作模式不同时使用以避免误动；模拟负载柜包括由电阻元件、电动机负荷、控制元件组成的模拟负载，以及人机交互模块；模拟负载柜连接开关柜，用于通过人机交互模块对开关柜和模拟负载设置包括开关柜控制回路、储能回路的多种类型的二次故障，并模拟线路的实际负荷变化，以及包括两相和三相短路的线路故障。
6.按上述方案，开关柜还包括操控显示装置和电力仪表，操控显示装置包括指示灯，电力仪表包括显示面板；测控装置包括通讯模块、交流输入模块、开出模块、操作回路模块；通讯模块通过通信端口、调试端口连接仿真变电站；二次回路模块通过测控装置、操控显示装置和电力仪表实现。
7.按上述方案，开关柜还包括柜体；柜体的上部为进线计量部分、下部为出线部分，柜体的前方和后方分别安装带锁门板，柜体的左侧和右侧板分别设置可拆卸的侧板；柜体包括主母线室、仪表室、断路器室、电缆进出线室，各室之间设置钢板用于隔离；柜体内重要组件的表面喷涂烤漆作为保护层。
8.按上述方案，还包括工器具柜，用于放置运维检修人员的包括绝缘手套、绝缘靴、安全帽、步梯、工具箱、验电器、接地线的常用作业工具。
9.一种变配电运维检修一体化实训方法，包括以下步骤：
10.s1：变配电运维操作实训，具体步骤为：
11.s11：教师通过教员站向学员站发布操作任务；
12.s12：学员通过学员站接到操作任务后，通过仿真变电站完成模拟操作、五防判定和开票；
13.s13：通过仿真变电站进行遥控操作，遥控信号通过通讯线路传至开关柜进行相应的设备动作；
14.s14：将开关柜的操作方式开关由“远方”切换至“本地”，在开关柜对设备进行相应操作；
15.s2：变配电运维故障排查，具体步骤为：
16.s21：教师通过教员站或开关柜设置故障类型，二次侧故障设置单元根据选择的故障类型在二次侧线路上设置短路故障、断路故障；
17.s22：学员按照检修安全要求和通用检修步骤，对开关柜机械故障、电气故障进行逐一排查；
18.s23：发现异常情况，根据中置柜二次接线图判断短路或断路的故障类型、查找故障点，对缺陷进行定位；
19.s24：学员查找完毕后，在仿真平台或触摸屏上取消故障设置，设备立刻恢复正常。
20.进一步的，还包括以下步骤：
21.s3：对一次回路和二次回路的设备及站用系统进行巡视和定性缺陷；
22.s4：维护包括开关柜加热器、储能电流空开、控制电流空开、tv熔断器、安全防护用具、安全工器具及仪表的设备及工具，填写作业指导卡；
23.s5：对实训系统的设备进行包括配电线路及断路器停送电、母线停送电、主变压器停送电，以及站用交、直流系统停送电的倒闸操作；
24.s6：对实训系统的设备进行故障处理；
25.s7：排查开关柜故障和检修；
26.s8：进行包括直流电阻、绝缘电阻、断路器机械特性的开关柜测量和试验；
27.s9：进行包括交直流回路、电流保护、电流保护及重合闸装置整定的继电保护及测控装置检验。
28.进一步的，所述的步骤s6中，具体步骤为：
29.s61：处理线路或断路器拒动时线路的瞬时性或永久性故障；
30.s62：处理母线故障及断路器拒动时的母线故障；
31.s63：处理包括油温、油位、轻瓦斯异常，主变压器本体、套管、引线故障，以及断路器拒动导致的主变压器异常及故障；
32.s64：处理包括电压互感器二次电压异常、回路断线的互感器异常及故障；
33.s65：查找与处理包括站用变压器、站用母线、直流接地、充电装置交流电源、直流母线电压故障的站用交、直流系统异常及故障。
34.进一步的，所述的步骤s7中，具体步骤为：
35.s71：排查的开关柜故障包括断路器控制回路故障、断路器开入故障、断路器储能回路故障、开关柜交流信号回路故障、智能操控装置故障、柜内照明及温控装置故障、电磁锁及带电显示器故障、断路器机械故障排查；
36.s72：开关柜检修的对象包括低压断路器、分闸或合闸指示灯、分闸或合闸线圈、分闸或合闸弹簧、带电显示装置、电磁锁、储能电机、断路器控制开关、断路器辅助接点、行程开关，并在需要时进行更换。
37.进一步的，所述的步骤s8中，具体步骤为：
38.s81：直流电阻测量包括主回路电阻、分闸或合闸线圈直流电阻测量；
39.s82：绝缘电阻测量包括开关柜本体绝缘电阻、辅助回路和控制回路绝缘电阻、电流互感器绝缘电阻、避雷器绝缘电阻测量；
40.s83：断路器机械特性试验包括断路器机械特性试验与低电压动作试验。
41.进一步的，所述的步骤s9中，具体步骤为：
42.s91：交直流回路检验包括模拟量、开关量回路检验，触电及输出信号检查；
43.s92：电流保护校验包括过流保护测试、重合闸测试；
44.s93：电流保护及重合闸装置整定包括电流保护整定和重合闸装置整定。
45.本发明的有益效果为：
46.1.本发明的一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法，紧密结合现代变配电运维检修工作要求，以35kv智能变电站为对象，采用仿真虚实结合技术构建一体化的实训平台，将35kv智能变电站虚拟仿真系统与10kv开关柜和负载模拟柜硬件装置融合交互，
使实训设备参数与真实变电站内开关柜参数一致，满足实际现场工作任务的实训项目实施要求，实现了对变配电运维检修进行综合实训及考核的功能。
47.2.本发明具有全面性：将35kv智能变电站虚拟仿真系统与10kv开关柜和负载模拟柜硬件装置融合交互，突破了传统的单一仿真层面培训与单一设备层面培训的局限，使学员对变配电系统的一、二次系统有比较全面的了解，使该系统成为“教、学、练、考”为一体的多功能技实训系统。
48.3.本发明具有教学性：能够完成变配电技术课程的理实一体教学任务；完成发电厂及力系统专业、自动化技术、供用电技术专业等多门强电类课程的实验实训；对行业企业内相关员工进行电工培训和技能鉴定服务；开展电工职业技能培训及鉴定任务；为电力系统自动化、供用电技术及相关类专业提供课程设计与毕业平台。
49.4.本发明具有示教性：配电成套装置柜体全部开有观察窗，在保证学生安全的前提下观察设备的元件、工作状态和大部分主接线；设备的二次故障设置有模拟负载柜前柜门电子屏就地设置和仿真平台远程设置两种方式，满足了就地演示教学与远程设置考核等多种要求。
50.5.本发明具有安全可靠性：不加载真实高压，但运行状态与真实高压环境一致，同时加载系统具备各种保护功能，容错性能好，学员误操作不会影响人身及系统安全，系统安全可靠。
附图说明
51.图1是本发明实施例的网络接线图。
52.图2是本发明实施例的35kv仿真智能变电站主接线图。
53.图3是本发明实施例的一次回路接线图。
54.图4是本发明实施例的二次回路的保护控制回路、开入信号采集回路接线图。
55.图5是本发明实施例的二次回路的电压电流测量回路接线图。
56.图6是本发明实施例的二次回路的储能回路接线图。
具体实施方式
57.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
58.参见图1，本发明的实施例包括仿真智能变电站、10kv开关柜、模拟负载柜、工器具柜；10kv开关柜与模拟负载柜连接，二次侧故障设置单元安装在10kv开关柜内。
59.1.仿真智能变电站
60.综自变电站仿真平台以某供电公司35kv综自变电站为对象，结合35kv变电站标准化设计进行仿真，包括变电站监控系统、一次设备区、高压开关配电室、保护室、工器具室以及教练员台、学习园地辅助实训等部分。仿真对象的设备、运行方式、操作、事故处理等与该变电站保持一致性。
61.仿真培训系统为变配电运行人员提供一套全方位、全范围多功能的培训平台，具备完善的培训管理功能，能展现35kv变电站正常、异常和紧急状态的现场设备状态。通过该平台技能实训能够使学员掌握35kv变配电运行正常巡视、倒闸操作，处理异常、紧急事故的技能。
62.仿真平台通过rs485总线modbus rtu通讯协议连接读取微机综合保护装置、触摸屏、串口继电器及plc(可编程控制器)的数据。仿真平台通过rs485总线将故障设置等指令传递给plc，仿真平台能实现对变配电系统的遥信、遥测和遥控，迅速而准确地获得变配电系统运行的实时信息，完整地掌握变配电的实时运行状态，及时发现变配电站运行的故障并做出相应的决策和处理。触摸屏主要为串口继电器设置的故障答题使用，通过与plc交互数据来解决与仿真软件的交互。运维开关柜与负载柜采用接插件连接，方便移动组装。运维开关柜内的控制开关都具有一组辅助触点，以便仿真软件实时读取相应的状态。
63.仿真平台设置教练员站和学员站，教员站可以设置并调取单一或复合故障工况用以示范或考核，同时教员站可控制全部学员站的运行状态以及故障设置等。仿真平台与设备之间有双向信息传输通道，教学站与学员站之间通过以太网连接。
64.如图2所示，主站接线图既含有模拟线路，也含有实际设备线路，仿真平台可接收来自开关柜的信号。可调用数据库设置模拟故障，也可以通过“远方”模式远程设置开关柜二次回路故障。
65.2.10kv开关柜
66.10kv开关柜包括柜体、中置式手车、保护及仪表室等。
67.10kv开关柜及模拟负载是变配电运维检修一体化实训系统的重要组成部分，由软、硬件设备构成一个完整体，35kv仿真变电站可遥控、遥信、遥测10kv开关柜，开关柜的运行、故障影响仿真变电站运行状态。
68.中置开关柜采用标准化设计，上部为进线计量部分，下半部分为出线。采用柜型结构，柜体前后安装带锁门板，左右侧板均以方便拆下，柜体设计按主母线室、仪表室、断路器室、电缆进出线室，各室间有钢板作隔离，以保证使用安全。重要组件的表面以烤漆作保护层，以满足实训者观察、安装、调试的要求。
69.微机综合保护装置安装在开关柜仪表门，包含中央处理通讯插件、交流输入插件、开出插件、操作回路插件。其中的中央处理与通信插件通过通信端口与调试端口负责与后台仿真平台进行信号的双向传输，仿真平台不仅可以获得开关柜的真实工作状态与数据，还能通过中央处理插件对实训系统进行远程控制。
70.图3为本发明设备一次回路接线图，含电缆进线线路1，手车式断路器qf、三相电流互感器(二次侧连接测量回路1lha,b,c、保护回路2lha,b,c)、带电显示线路2，电缆出线3(包含零序电流互感器lh0，可接
···
)，避雷线路4，地刀线路5。除模拟负载外，一次侧均设置在10kv开关柜内，模拟负载则由模拟负载柜实现。
71.图4为本发明设备二次回路接线图，包含电压电流测量回路、保护回路、控制回路、开入信号采集回路、智能操控回路、显示回路。这些功能可由微机综合线路保护测控装置、智能操控显示装置、电力仪表实现。
72.电压电流测量回路采集电流互感器的二次侧电流，测量结果由电力仪表显示。
73.保护回路负责保护整定值设置、整定值计算、发出控制信号，控制回路接收信号产生动作。整定值设置在微机综合线路保护测控装置的人机交互接口实现，可选择三段过流保护、两段可经方向闭锁的零序过流保护、三相一次重合闸、过负荷保护等。保护动作则通过微机综合线路保护测控装置的处理器处理多方信息形成控制回路后实现。
74.开入信号采集回路通过光纤将采集的信号(储能状态、手车位置、压板位置、断路
器分合闸状态等)送入继电保护装置/仿真系统。
75.智能操控显示回路可实现一次回路模拟图显示、断路器状态显示、接地刀闸状态显示、弹簧储能状态显示，高压带电闭锁及温湿度控制功能。
76.设备二次故障设置单元安装在10kv中置开关柜，可通过就地、远程两种方式设置。故障设置为“软故障”形式，传统实训设备线路设置故障以人为短接、断线为主，对实训设备造成不同程度的破坏。本发明在原有路线中通过触点接入专属故障设置线路，在断路故障处设置常闭接点，在短路故障处设置常开接点，无需人为破坏导线或拔插接线端子，并且故障可随时通过柜门触摸屏或仿真系统设置、取消，具有一定的灵活性。
77.3.模拟负载柜
78.模拟负载柜(包含tv单元)用于模拟10kv负荷，包括电阻元件、电动机负荷以及控制元件。可以模拟实际负荷变化、线路故障(如10kv线路两相、三相短路故障)。除此之外，可通过模拟负载柜上的电子屏对10kv开关柜及负荷设置各种类型故障，包含开关柜控制回路、储能回路等二次故障80多种。
79.4.工器具柜
80.工器具柜用于放置运维检修人员常用的绝缘手套、绝缘靴、安全帽、步梯、工具箱、验电器、接地线等作业工具。
81.本发明实现的功能包括：
82.(1)设备巡视
83.一次设备全面巡视及缺陷定性；
84.二次设备及站用系统巡视缺陷定性；
85.(2)设备维护
86.开关柜维护，包含开关柜加热器、储能电流空开、控制电流空开、tv熔断器更换作业指导卡填写；
87.安全工具维护，包含安全防护用具维护作业指导卡、安全工器具及仪表维护作业指导卡填写；
88.(3)倒闸操作
89.配电线路及断路器停送操作，包含35kv断路器、10kv断路器及线路停送电操作票填写；
90.母线停送电操作，包含35kv母线、10kv母线停送电操作票填写；
91.主变压器停送电操作，包含35kv主变压器停电操作票填写；
92.站用交、直流系统停送电操作，包含站用变压器、直流充电机、蓄电池的停电操作票填写；
93.(4)故障处理
94.断路器、线路故障处理，包含35kv线路、10kv线路、断路器拒动时线路的瞬时性或永久性故障处理；
95.母线故障处理，包含35kv、10kv母线故障处理及断路器拒动时母线故障处理；
96.主变压器异常及故障处理，包含油温、油位、轻瓦斯异常处理，主变本体、套管、引线故障处理，断路器拒动时主变压器故障处理；
97.互感器异常及故障处理，包含电压互感器二次电压异常处理及回路断线处理；
98.站用交、直流系统异常及故障处理，包含站用变、站用母线、直流接地、充电装置交流电源、直流母线电压故障查找与处理；
99.(5)开关柜故障排查包含：
100.断路器控制回路故障排查；
101.断路器开入故障排查；
102.断路器储能回路故障排查；
103.开关柜交流信号回路故障排查；
104.智能操控装置故障排查；
105.柜内照明及温控装置故障排查；
106.电磁锁及带电显示器故障排查；
107.断路器机械故障排查；
108.开关柜检修包含低压断路器、分/合闸指示灯、分/合闸线圈、分/合闸弹簧、带电显示装置、电磁锁、储能电机、断路器控制开关、断路器辅助接点、行程开关更换；
109.(6)开关柜试验
110.直流电阻测量，包含主回路电阻、分闸/合闸线圈直流电阻测量；
111.绝缘电阻测量，开关柜本体绝缘电阻、辅助回路和控制回路绝缘电阻、电流互感器绝缘电阻、避雷器绝缘电阻测量；
112.断路器机械特性试验，包含断路器机械特性试验与低电压动作试验；
113.(7)继电保护及测控装置检验
114.交直流回路检验，包含模拟量、开关量回路检验，触电及输出信号检查；
115.电流保护校验，包含过流保护测试、重合闸测试；
116.电流保护及重合闸装置整定，包含电流保护整定和重合闸装置整定；
117.(8)智能设计(变电站一键顺控操作设计)
118.包含线路、母线、主变压器倒闸操作一键顺控设计
119.本发明中，设备及电网的运行状态不仅能通过设备指示灯就地显示，还能通过光耦进行通信实现数据交互传递，实现对一次设备的测量、控制等功能，且就地与远程操作模式不能同时使用，可有效避免误动带来的安全隐患。该实训系统不仅保留了传统模拟仿真平台的变配电网络的线路模拟功能，还能将中置柜开关柜与模拟负载柜所代表的实际线路连接到虚拟线路中，最大限度还原运维人员的操作环境与操作步骤，使培训达到最佳效果。
120.本发明中的故障设置为“软故障”模式，可以通过就地触摸屏或远程仿真系统两种方式灵活设置或取消故障，不会对设备造成不可逆转的破坏。同时“软故障”模式与软、硬件相结合的形式增加了可设置的故障类型，使培训内容更加全面，从而使学员对故障的认识和判断更清晰。
121.本发明以变电站为单位，强调对变电站综合性、持续性、个体化的照顾，强调早期发现异常、处理缺陷。该实训系统集仿真、故障查找定性、电气试验于一体，能培养符合现代智能变电站的新型操作人员。该实训系统将故障定性这一前期步骤下放到现场运维人员，使运维人员掌握一、二次侧基本故障判断的能力，成为变配电运维检修的“全科医生”，减轻对口检修人员的工作压力，大大减少生产车辆、技能人员等有限生产资源的使用频次，有效降低生产成本，提高工作效率。同时，发现一、二次设备存在的缺陷时，及时根据设备缺陷现
象查找原因并处理消除，降低设备运行过程中存在的安全风险，减少二次侧故障判断失误导致的误操作。
122.本发明能培养一支高素质复合型的运维一体化专业人才队伍，实现传统变电运维人员的一岗多能，提升对设备缺陷异常情况的自行处理能力，提高缺陷消除及事故应急抢修的反应速度，为保证电网安全可靠供电做出贡献。
123.实施例1
124.本发明的实施例1提供一种基于真实操作模式的倒闸操作实训系统。
125.一体化实训系统可以实现仿真变电站系统和实体开关柜的交互，以倒闸操作为例。教师可以通过教练员站向所有学员机发布倒闸操作任务，学员在接到操作任务，做好操作准备后，可以通过仿真变电站系统中的“五防操作系统——图形开票”功能完成模拟操作和五防判定，开票结束后，可以点击“开始解锁操作”进入仿真变电站综自系统，对断路器进行遥控操作，遥控信号通过通讯线路传至实体开关柜，断路器随之动作。将开关柜上的方式开关由“远方”切换至“就地”，即可在实体开关柜上对手车、接地开关等进行相应操作。
126.传统实训系统只能在仿真平台上实现模拟演示，或者只能在开关柜上实现“就地”分、合闸，基于真实操作模式的倒闸操作实训系统能够使学员掌握变电站实际倒闸操作的全部流程，尤其是能够实现遥控分、合闸。
127.实施例2
128.本发明的实施例2提供一种开关柜故障排查实训系统。
129.教员在教员站提前设置多种复合故障类型，通过教员站远程设置开关柜故障，或通过柜门触摸屏直接设置。故障设置单元根据选择的故障类型，在二次侧线路上设置短路、断路故障，等待学员排查。
130.学员按照检修安全要求和通用检修步骤，对开关柜机械故障、电气故障进行逐一排查，发现异常情况，根据中置柜二次接线图判断短路或断路两种故障类型、查找故障点，对缺陷进行定位。学员查找完毕后，在仿真平台或触摸屏上取消故障设置，设备立刻恢复正常。
131.以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。