剩余电流动作保护智能仿真实训系统的设计与实现

摘要：随着低压配电网络中三级剩余电流动作保护系统的广泛应用，有些供用电单位存在着对保护器运行管理不规范，导致剩余电流动作保护器拒动、误动、越级跳闸等故障的发生，严重影响了用户的正常生产、生活用电。为了保证工作人员准确判断出剩余电流动作保护器跳闸的原因，快速地恢复供电，提升他们现场解决问题的技能，就剩余电流动作保护系统的培训进行了智能仿真设计，能够满足配电运行与检修人员的技能培训需求，提高其业务技能和工作效率，保证配电网络的安全可靠运行。

关键词：剩余电流动作保护；智能仿真；实训系统

作者简介：张长营（1968-），男，江苏宿迁人，江苏省电力公司职业技能训练基地，高级工程师，高级企业培训师。（江苏 连云港

222069）

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0217-02

在低压配电网络中最常见的故障就是低压回路或用电设备由于某些原因而造成的绝缘降低（俗称漏电），这不仅影响配电网的正常运行而且会带来一定的安全隐患。为了保证低压配电网络的安全运行，通常在每一个配变台区都要装设三级剩余电流动作保护系统，能很大程度上避免供用电设备的损坏和人身伤亡事故的发生，使得配电网络的安全运行得到可靠的保证。但是随着三级剩余电流动作保护系统的广泛应用，有些供用电单位对保护器运行管理不规范，导致剩余电流动作保护器拒动、误动、越级跳闸等故障的发生，严重影响了用户的正常生产、生活用电。怎样准确判断出剩余电流动作保护器跳闸的原因，快速地恢复供电，提高电工现场解决问题的专业技能，对于保障电网安全运行至关重要。

剩余电流动作保护智能仿真实训系统就是要通过模拟三级剩余电流动作保护系统的实际运行工况，对系统运行中出现的各种问题进行仿真模拟，让学员通过实际的计算、操作、观察、排除等步骤，逐步掌握现场查找、排除三级剩余电流动作保护系统故障的能力，提高其业务技能和工作效率，保证配电网络的安全可靠运行。

一、实训系统的设计依据和设计原则

三级剩余电流动作保护智能仿真实训系统选用典型的低压供电网络进行系统设计，系统利用故障仿真模拟技术、信息网络技术等实现剩余电流动作保护装置的故障设置、保护装置动作时间与动作电流整定、剩余电流动作保护装置安装接线、试跳操作、剩余电流动作保护装置故障检查与排除、分级试送投运与退出操作、总保护装置的远程监控和控制、报警等功能。

1.设计依据

《剩余电流动作保护装置的安装和运行》（GB13955-2005）；《剩余电流动作保护器农村安装运行规程》（DLT 736-2000）；《剩余电流动作保护电器的一般要求》（GB/Z 6829-2008）；国家电网公司电力安全工作规程（2009版）。

2.设计原则

（1）在保证系统可靠性的基础上体现先进性的原则。实训系统设计时采用国内最先进信息和通信技术，依据最新国家电网建设标准，从结构、技术措施、设备选型、设备性能、设备容错、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手，确保项目运行的可靠性和稳定性，达到最大的平均无故障时间，使每个故障点对整个系统的影响尽可能小，并提供快速的故障恢复手段以及资料备份手段，以保证资料的安全和系统的正常运行，力争方案策略、相关技术和实现方式在国内处于领先地位。

（2）在保证系统开放性的基础上兼顾扩展性的原则。实训系统在遵循统一的国际标准和工业标准的前提下，采用标准的软件平台和系统、计算机设备，采用规范的网络结构，并遵守相关的接口标准。坚持标准化原则，选择符合开放性和国际标准化的产品和技术，系统的设计在软件上采用模块化设计，以确保系统扩展应用时具备灵活性、可靠性，满足应用功能的扩充不影响系统核心业务执行的目标。

（3）在保证系统兼容性的基础上注重安全性的原则。实训系统设计充分考虑兼容性，具备灵活、规范的数据接口，可兼容其他正规厂家符合统一标准的剩余电流动作保护器产品，还可兼容现场正在运行的其他非国网标准的协议，确保数据信息的共享和统一管理。采用切实有效的安全手段，分层次、全方位保证系统信息传输的安全。

二、实训系统方案设计与实现方法

1.系统功能

系统由剩余电流保护装置实训柜及剩余电流动作保护系统仿真实训软件组成，装置设计时按照正、反二面布局，正面主要包含三级剩余电流动作保护仿真实训模块，装置背面主要包含三相负荷不平衡调整仿真实训模块。其中，三级剩余电流动作保护仿真实训模块又由三相总负荷控制刀闸、可变负载调整模块、无功补偿实训面板、一级剩余电流动作保护仿真实训面板、二级剩余电流动作保护仿真实训面板、三级剩余电流动作保护仿真实训面板、单相照明剩余电流动作保护仿真实训部分、电动机启动冲击仿真实训部分组成。可以进行以下实训与教学：剩余电流动作保护装置的安装环境；剩余电流动作保护装置的运行监控；剩余电流动作保护装置的故障设置；剩余电流动作保护装置的故障排查；供电系统的保护形式；无功功率补偿电路故障设置与排除；动力启动回路对剩余电流动作保护器的冲击影响；供电系统中的漏电故障设置与查找；供电系统三相不平衡的测试与调整功能培训；三级剩余电流动作保护装置动作时间与动作电流整定培训；总保护装置的远程监控和控制、报警演示；剩余电流动作保护装置分级试送投运与退出操作。

2.模拟装置总体方案设计

（1）总体方案设计。实训装置正面上部按照配电柜的监视仪表等器件排列方式进行布置，装置内部正面采用面板形式，根据供电TT系统设计为三级剩余电流动作保护系统，一个主回路分为两个分支回路，主回路一级保护采用的是JD6-6型的剩余电路动作保护器，分支回路采用的是QLL1-1000Z型剩余电流动作保护器，支线采用多个小型剩余电流动作保护器分别控制相应的用电器。装置背部仿真设计了三相负荷不平衡调整部分，能够仿真培训负荷设置以及不平衡调整等方面的实训。

（2）硬件系统构成及功能描述。实训柜采用常见的标准GGD柜型设计。实训柜分为正、反两面，采用现场常见剩余电流保护装置，组成与市电隔离的TT系统面板，方便学员进行剩余电流动作保护装置安装、接线实训。同时按照三级剩余电流动作保护系统流程要求布局元件，初步设计可以设置三十多处（种）故障。装置正面为三级剩余电流动作保护仿真实训模块，装置背面为三相负荷不平衡调整仿真实训模块。其中，三级剩余电流动作保护仿真实训模块又由三相总负荷控制刀闸、可变负载调整模块、无功补偿实训面板、一级剩余电流动作保护仿真实训面板、二级剩余电流动作保护仿真实训面板、三级剩余电流动作保护仿真实训面板、单相照明剩余电流动作保护仿真实训部分、电动机启动冲击仿真实训部分组成。

一级剩余电流动作保护系统仿真实训模块：包含剩余电流动作总保护器、电流互感器、无功补偿电容自动控制回路以及仪表监视电路部分。可以进行设置剩余电流动作总保护器误跳闸、不跳闸、显示错误等故障，剩余电流值可以进行调节。可以设置无功补偿电容自动控制回路少投切、不投切以及电压、电流采样信号错误所引起的故障。仪表监视电路部分可以对装置的电压、电流等信号进行显示。

二级剩余电流动作保护系统仿真实训模块：装置设计由两个二级剩余电流动作保护系统仿真实训模块组成，分别安装了两个剩余电流动作保护器且均具有通讯控制功能，在每只剩余电流动作保护器的后级相线上均设置了漏电流故障点，可通过PC软件或本地操作对剩余电流动作保护器动作保护值、动作时间、漏电流值等参数进行调节，验证学习各级剩余电流保护装置设计安装要求以及使用方法。在二级剩余电流动作保护系统仿真实训模块上还设计了多台单相双值电容电动机，可模拟电动机起动瞬时产生的冲击电流对剩余电流动作保护装置的影响情况。

三级剩余电流动作保护系统仿真实训模块：装置设计由六条支路来模拟三级剩余电流动作保护系统仿真实训模块，分别安装有墙壁插座、日光灯、白炽灯、单联开关、双联开关以及漏电流产生电阻模块，模拟了剩余电流动作保护器后级零线接地、相线漏电以及零地混接、零线混用等典型故障，漏电流值可以进行调节。在装置上还设计了漏电流产生电阻模块可供学员或者教师进行组合使用，以得到所需要的漏电流值。

三相负荷不平衡调整实训模块：在装置背面安装三相负荷不平衡调整实训面板，计算机软件根据复合情况给出最佳的调整方案，完成三相负荷不平衡调整实训。

（3）软件系统构成及功能描述。实训系统软件设计本着界面新颖、操作方便、功能齐全的设计原则，实训系统通过操作计算机软件控制实训装置总电源的启动与停止、漏电流故障的设置与恢复、题库的设置与编辑及其他信息的设置与管理。

1）培训管理模块功能描述。

学员信息管理：能提供学员信息的增加、删除、修改、查询、职称分类等功能。

题库管理：能支持题库的更新维护并能够按照试题类型进行检索来创建考试电子试卷。

漏电保护器信息查询。能支持漏电流保护器的国家标准及行业规范，漏电保护器应用方法、常见故障及常见错误接线方式等信息的查询。

资料管理：能支持基础台账资料管理、低压电网总保护运行记录、剩余电流动作总保护装置记录卡、剩余电流动作总保护装置运行检测记录等信息资料的查询与打印。

原理图信息管理：能支持低压电网运行的TT原理图及三相负荷不平衡调整图纸显示，可供培训师或者学员根据软件底图对漏电流故障点进行分析查找、故障排除。

在线理论考试：能够随机抽取各类型试题形成试卷并提供考生在线答题，考生提交后根据答案自动生成考试分数。

理论成绩查询：可以支持考生成绩存储与在线查询。

2）系统管理模块功能描述。

通信管理：实现计算机软件与装置通讯转发器及剩余电流动作保护器实时保持有效通讯连接，并提供实训软件操作接口管理及系统应用层与通信层交互的通信信道配置。

多机通讯管理：具有联机控制功能，单台电脑可联机控制多台装置，方便老师在考核时统一计时及设置故障，保证考核的公正、公平性。

参数、数据库、故障库管理。参数管理：包括对通讯参数、漏电保护器基本参数、控制参数、无功投切参数设置、存储参数等修改、模板设置等管理；数据库管理：提供数据库修改单，可针对性地对数据进行EXCEL导出、修改、导入；故障库管理：添加新的故障组合（系统设置的所有故障进行选择组合）、删除旧有故障组合、修改原有故障组合。在模拟故障时，只需调用故障库中的故障类型，便可触发故障模拟。

系统用户管理与权限配置：能自定义用户角色、操作权限。

操作日志管理：可存储操作日志并能通过时间段查询。

三、结语

剩余电流动作保护智能仿真实训系统的设计，以目前配电网中常见低压系统为设计框架，通过模拟与现场实际环境相似的运行工况，采用智能化方法模拟设置最常见故障现象，让学员通过在实训系统上的操作掌握查找故障的方法并排除故障，尤其是对低压配电网络中三相负荷不平衡电流、电动机启动等所造成的剩余电流动作保护器误动进行再现和分析，其创新的设计思想和独特的实现方式将指引着电力系统智能仿真实训装置研发的发展方向。

参考文献：

[1]国家电网公司农电工作部.农村供电所人员上岗培训教材[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]国家电网公司人力资源部.国家电网公司生产技能人员职业能力培训专用教材[M].北京：中国电力出版社，2010.