一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统。本发明专利技术通过在控制回路中加入直流继电器或通过电流发生器、模拟电压发生箱产生相应的故障信号，来模拟高压开关柜、低压开关柜中常见的一些故障。通过PLC控制器来控制直流继电器的通断、电流发生器的电流大小和模拟电压发生箱的工作模式。利用MCGS触摸屏作为HMI人机界面，通过工业以太网与各个PLC控制器相连，可以单独设定或者组合设定各种模拟故障。本发明专利技术能够让受训人员加深对这些常见的故障了解，从而快速掌握一些操作技能，减少事故发生的几率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统
本专利技术是应用于煤矿生产领域的供配电网络故障模拟培训系统，尤其是对供配电网络中各种常见故障的模拟与实现，属于系统模拟仿真领域。
技术介绍
煤矿生产安全一直是不容忽视的问题，而目前大部分的安全事故均与供配电网络这个动力核心有着密不可分的联系。如何有效快速的找到故障地点，迅速排查故障，恢复电网正常运行，避免更大事故，是每一个技工人员必备的技能。近年来，电子信息化的不断发展，现代化设备投入使用，管理效能进一步提高，对人才的需求也有了进一步的需求。快速地培养高素质、高技能的人才则是现阶段面临的一个问题。目前，在高科技素养的技术人才大量稀缺的情况下，除了引进一些高科技人才外，对现有的职工进行强化技术培训就显得比较重要。在煤矿丼下10KV的供电网络中，高压开关柜和低压开关柜主要用于输电、配电、电能转换以及在电能消耗中起通断、控制或保护等作用，是煤矿井下动力核心的重要组成部分，有着非常重要的地位。快速确定和排查高压开关柜和低压开关柜的常见故障，迅速恢复电网正常供电就是一项必不可少的技能。
技术实现思路
本专利技术是一种适用于煤矿技工培训和教学的故障模拟实训系统，主要对煤矿供配电网络中的核心组成部分高压开关柜和低压开关柜的常见故障进行模拟，并设计了模拟故障监控系统，能够在MCGS触摸屏上随时设置、监测和复位相关的故障。对于高压开关柜和低压开关柜，常见的电气故障中主要有不能合闸、不能分闸、不能储能、过电流、过欠电压、电压缺相，对于变压器，还易产生差动故障，电能表还会出现反转故障。对这些常见故障进行了分析，从模拟培训的角度，采用在相关电气回路中串入直流继电器触点或者加入模拟故障电流等方式，来模拟相关故障的产生。本专利技术可以对煤矿井下供配电网络中高压开关柜和低压开关柜的常见的故障进行模拟，主要组成部分包括高压开关柜、低压开关柜、PLC控制器、MCGS触摸屏。其特征在于：MCGS触摸屏与PLC控制器通过工业以太网相连，PLC控制器的数字量输入输出控制回路与安装在高压开关柜、低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的直流继电器相连，PLC控制器的模拟量输出回路与电流发生器的模拟量输入回路相连。PLC控制器对上位机的故障设置命令进行动作，通过数字量输出通道控制高低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的直流继电器动作或者通过数字量输入通道采集故障发馈信号到达PLC控制器，或者通过模拟量输出控制电流发生器产生合适大小的电流信号。进一步说，多个嵌入式MCGS触摸屏与多个PLC控制器都连接在局域以太网上，PLC控制器之间采用对等的通讯方式，相互之间不直接通讯，通过上位机MCGS触摸屏在各个PLC控制器之间数据的读写来实现数据的转发，减少了数据流向复杂度，提高通讯效率。进一步说，电流发生器可以采集某一相的电压信号，输出和这相电压信号同相位的AC0~5A电流信号，其大小通过DC4~20mA控制信号来确定。进一步说，模拟电压发生箱输入电源为AC220V，可以输出AC85V欠压信号，AC115V过压信号，开口三角形电压信号以及正常PT信号，过欠压输出类型通过继电器来确定。进一步说，通过MCGS触摸屏可以选择设定储能故障、跳闸故障、合闸故障、电流故障、电压缺相故障、变压器差动故障、电能表故障，故障之间可以组合设定，也可以分开设定，并且可以实时反馈故障设置情况。进一步说，对于矿井供配电网络中高压开关柜和低压开关柜常见故障的模拟，主要考虑是电气故障，而不是机械故障，综合考虑实施的可能性，采用的是在控制回路中加入直流继电器节点，控制相关控制回路开路的方式模拟相关的电气故障。进一步说，为保证培训过程中学员的人身安全，10KV一次侧供电回路并不接入电网，而在二次侧利用电流发生器产生模拟电流信号、模拟电压发生箱模拟产生电压信号，从而达到模拟故障的目的。本专利技术设计的面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟陪训系统，是基于实物模型设计的仿真培训系统，具有较强的操作性，一定程度上满足企业和学校的培训要求。学生在实物操作的基础上对高压开关柜和低压开关柜产生的一些常见故障在现场进行实际的测量与分析，对故障进行确认，最后将故障复位，就能够加深对这些常见的故障了解，从而快速掌握一些操作技能，减少事故发生的几率。附图说明图1模拟电压发生箱电路图；图2缺相故障、过欠压故障模拟电路图；图3合闸故障、分闸故障模拟电路图；图4储能故障模拟电路图；图5过流、速断、过载故障模拟电路图；图6高压变压器差动故障模拟电路图；图7电能表故障模拟电路图；图8低压开关柜电容接触器故障模拟电路图；图9故障模拟培训系统结构图；图10MCGS触摸屏故障设置界面图。具体实施方式本专利技术是适用于煤矿技工培训和教学的故障模拟培训系统，对煤矿地面变电所供电网络中高压开关柜和低压开关柜的常见故障进行模拟。煤矿矿井地面10KV变电所主要的高压开关柜组主要有AH01_1#进线柜、AH02_1#计量柜、AH03_1#PT柜、AH04_井下供电柜、AH05_1#主扇风机、AH06_1#地面变压器、AH07_1#电容补偿、AH08_高压母联、AH09_2#消弧消谐柜、AH10_2#电容补偿、AH11_2#地面变压器、AH12_2#主扇风机、AH13_井下供电、AH14_备用、AH15_2#计量、AH16_2#进线柜。作为双母线分段供电系统，其中AH01~AH07为一个母线段，正常使用，接入10KV供电网络，为现场设备提供电能，AH09~AH16为另一条母线段，作为故障模拟培训使用，不接入10KV供电网络。低压开关柜主要有AA1_1#进线柜、AA2_1#电容补偿柜、AA3_1#馈电柜、AA4_联络柜、AA5_2#馈电柜、AA6_2#电容补偿柜、AA7_2#进线柜。从AH06_1#地面变压器高压开关柜经过变压器变压后，进入AA1_1#进线柜低压开关柜，母线额定电压为380/220V。同样，AA7_2#进线柜进线来自AH11_2#地面变压器柜。AA1~AA4作为正常供电使用，AA5~AA7作为故障模拟培训使用。高压开关柜和低压开关柜常见的电气故障中主要有不能合闸、不能分闸、不能储能、过电流、缺相、过欠电压等故障。合闸故障主要是指不能进行手动或自动完成合闸操作；分闸故障主要是指不能进行手动或自动完成分闸操作；储能故障主要是指一次侧断路器弹簧储能机构出现故障，不能自动储能；过电流主要是负载过大或线路故障产生的异常电流情况；缺相主要是指ABC三相电压，有一相或两相断路或者接地；过欠压主要是指电压超过或低于额定电压。对于AH09_2#消弧消谐柜主要设置了缺相模拟故障、过欠压模拟故障。AH09_2#PT柜的PT信号因无高压而无信号，所以断开了原有电压互感器的连线，而加入了模拟电压发生器的电压信号。图1是模拟电压发生箱的电路图，其中1YHA、1YHB及1YHC为电压互感器，其变比系数为220V/（115V/√3）/(100V/3)，YHA、YHB及YHC同样为电压互感器，其变比系数为220V/（85V/√3）/(100V/√3)。原有电压互感器的变比为10/√3/0.1/√3/0.1/3，即二次侧额定相电压为100V。通过1YHA、1YHB及1YHC出来的三相相电压为115V，可以作为过压信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统，可以对煤矿井下供配电网络中高低压开关柜的常见的故障进行模拟，主要组成部分包括高压开关柜、低压开关柜、PLC控制器、MCGS触摸屏，其特征在于：MCGS触摸屏与PLC控制器通过工业以太网相连，PLC控制器的数字量输入输出控制回路与安装在高压开关柜、低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的直流继电器相连，PLC控制器的模拟量输出回路与电流发生器的模拟量输入回路相连；PLC控制器对上位机的故障设置命令进行动作，通过数字量输出通道控制高低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的继电器动作，通过数字量输入通道采集故障发馈信号到达PLC控制器，通过模拟量输出通道控制电流发生器产生合适大小的电流信号。

【技术特征摘要】
1.一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统，可以对煤矿井下供配电网络中高低压开关柜的常见的故障进行模拟，主要组成部分包括高压开关柜、低压开关柜、PLC控制器、MCGS触摸屏，其特征在于：MCGS触摸屏与PLC控制器通过工业以太网相连，PLC控制器的数字量输入输出控制回路与安装在高压开关柜、低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的直流继电器相连，PLC控制器的模拟量输出回路与电流发生器的模拟量输入回路相连；PLC控制器对上位机的故障设置命令进行动作，通过数字量输出通道控制高低压开关柜、电流发生器、模拟电压发生箱内的继电器动作，通过数字量输入通道采集故障发馈信号到达PLC控制器，通过模拟量输出通道控制电流发生器产生合适大小的电流信号。2.根据权利要求1中所述的一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统，其特征在于：多个嵌入式MCGS触摸屏与多个PLC控制器都连接在工业以太网上，各个PLC控制器之间采用对等的通讯方式，相互之间不直接通讯，通过上位机MCGS触摸屏在各个PLC控制器之间数据的读写来实现数据的转发，减少了数据流向复杂度，提高通讯效率。3.根据权利要求1中所述的一种面向煤矿技工培训的供配电网络故障模拟培训系统，其特征在于：电流发生器可以采集某一相的电压信号，输出和这相电压信号同相位的AC...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，侯平智，洪亚平，陈小彪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33