变电站仿真系统规范.docx

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变电站仿真系统规范

目录

1变电站仿真对象及范围3

1.1变电站仿真对象3

1.1.1500kV变电站3

1.1.2220kV变电站5

1.1.366kV变电站7

1.2变电站仿真范围8

1.2.1控制及保护系统（虚拟表盘）8

1.2.2一次设备及其就地操作系统8

1.3变电站主要设备仿真10

1.3.1主变压器10

1.3.2配电装置10

1.3.3继电保护及自动装置10

1.3.4综合自动化仿真11

1.3.5中央信号系统11

1.3.6同期装置11

1.3.7直流系统12

1.3.8站用电系统12

2仿真系统功能12

2.1日常操作、监视培训13

2.1.1监盘和抄表13

2.1.2操作培训13

2.1.3巡视检查培训14

2.2事故处理培训14

2.3三维交互式虚拟现实场景仿真18

2.3.1一次设备19

2.3.2二次设备20

2.4培训评价考核系统功能21

2.4.1学员管理系统21

2.4.2培训评价考核系统功能21

2.5教练员台功能22

2.5.1冻结/解冻22

2.5.2故障设置功能22

2.5.3培训计划、培训教案生成系统功能22

2.5.4系统状态监视23

2.5.5事件管理23

2.5.6事件记录23

2.5.7系统负荷有功调整23

2.5.8操作记录、事故记录、故障打印23

2.5.9五防措施投/切23

2.6学员机功能23

1变电站仿真对象及范围

变电站仿真以东北地区现有的变电站为基础，建设500kV、220kV、66kV三种电压等级的变电站仿真系统，具体如下：

1.1变电站仿真对象

1.1.1500kV变电站

1.1.1.1电气主接线

1.1.1.2保护及自动装置配置

1主变压器保护装置

主变保护采用南京自动化设备总厂生产的WBZ—500H微机型变压器保护装置。

2500kV母线保护

500kVⅠ母线配置RED-521（1MRK003001-BA）保护（母差Ⅰ）和RCS-915E（母差Ⅱ）两套母差保护，500kVⅡ母线配置RED-521（1MRK003001-BA）保护（母差Ⅰ）和RCS-915E（母差Ⅱ）两套母差保护。

2500kV线路保护

500kV线路保护每条线分别保护配置为：

RCS-931保护、CSL-101A保护、RCS-925过压保护；RCS-931保护、PSL-602A保护、RCS-925过压保护；LFP-901保护、CSL-101A保护、LFP-925过压保护；RCS-931A保护、CSC-101C保护、RCS-925A过压保护；RCS-931A保护、CSC-101C保护、RCS-925A过压保护。

3500kV开关保护及重合闸装置

500kV开关保护由RCS-921保护及CZX-22R1型操作继电器装置组成。

4220kV线路保护及重合闸装置

220kV线路一部分采用RCS-901、RCS-902保护，开关采用RCS-923保护；另一部分线采用RCS-931、RCS-902、RCS-925保护，开关保护采用RCS-923保护。

线路保护配置有FOX-40F型继电保护光纤通讯接口装置、MUX-2M继电保护信号数字复接接口装置及LFX-912型高频保护收发信机，构成光纤、载波通道。

5220kV母线保护

220kV母线采用WMZ-41A保护和RCS-915AS保护。

6电抗器（电容器）保护装置

电抗器保护采用7SJ63测控一体保护。

7站用变压器保护装置

采用7SJ63测控一体保护保护。

1.1.2220kV变电站

1.1.2.1电气主接线

1.1.2.2保护及自动装置的配置

1主变压器保护装置

主变压器为RCS-978E、RCS-974保护。

2220kV母线保护

220kV母线保护：

BP-2A母差保护

3220kV线路保护

220kV线路采用RCS－901A、RCS－902A及RCS-923C配合保护。

466kV母线保护

66kV母线保护：

RCS-915A/B型微机母线保护。

566kV线路保护

66kV线路为：

LFP—941A。

610kV保护

10kV电容器保护为：

RCS-9631A。

10kV线路保护为：

RCS-9611。

7低频低压减载装置

PYJ—1型微机低频低压减载装置。

1.1.366kV变电站

1.1.3.1电气主接线

1.1.3.2保护及自动装置的配置

1主变保护

差动保护：

DK-31719（辽宁东科电力）

高压侧后备保护：

DK-3181（辽宁东科电力）

低压侧后备保护：

DK-3182（辽宁东科电力）

非电量保护：

DK－3161（辽宁东科电力）

2线路保护

线路保护：

DK-3112（辽宁东科电力）

3电容器保护

电容器保护：

DK-3131A（辽宁东科电力）

4小电流接地选线

小电流接地装置：

KA2003（北京昊博）

1.2变电站仿真范围

1.2.1控制及保护系统（虚拟表盘）

电气主接线、操作控制、继电保护、自动装置、中央信号、故障录波、监控系统、测量仪表、直流系统、事故照明、备用电源自投、远动装置、微机五防、安控装置等。

包括上述各回路中的压板、试验端子、熔丝、按钮、信号灯。

各种保护及控制屏的界面与实际设备一致，尽可能逼真地反映变电站控制系统、保护系统及自动装置等的各种运行工况、各种功能和操作切换。

能对屏面的设备进行正常操作、保护投切、调整定值、键盘操作、液晶显示、打印输出、故障录波等，满足变电站运行监视、倒闸操作、故障分析和事故处理的要求。

所有的仿真操作均在计算机系统上进行。

对控制屏、信号屏、保护屏等采用多媒体技术仿真，用计算机屏幕或投影屏幕显示，操作界面逼真。

仿真内容包括：

●控制屏、仪表屏、信号屏、直流屏等。

各类屏的盘面均按实际屏的照片进行模拟仿真，对盘面及盘后的所有电气元件作全范围的仿真。

盘后的直流控制开关、直流信号开关；盘面的显示仪表、指示灯、光字信号、控制开关、控制按钮及切换开关等为多媒体画面且能进行操作。

●继电保护屏和自动装置屏。

各种型号的保护屏按变电站保护的实际配置进行全面仿真。

保护屏的仿真包括：

各种继电器、盘面布置、保护压板、CT切换端子、直流熔丝、小开关、PT切换开关（切换继电器）、按钮、信号灯、盘后直流开关等。

保护屏盘面仿真采用照片或多媒体画面，要求尽可能高的仿真度。

1.2.2一次设备及其就地操作系统

仿真系统的一次设备及就地操作采用多媒体（三维）视景仿真，逼真地再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、冷却系统、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器等一次设备及设备的操作过程、动作过程和设备运行状态。

对部分事故，可再现事故场景。

现场设备的多媒体视景仿真主要用于：

现场设备操作、设备状态检查、设备巡视检查、操作和事故过程演示等。

仿真功能满足各种运行方式下的倒闸操作、操作检查、安全措施、事故处理、故障查找、异常工况及设备巡视等的需要。

就地操作、现场检查和设备巡视采用实际设备的图片进行仿真。

对于母线、变压器、断路器、隔离开关和操作机构等主要电气设备，均有多媒体画面、动画画面监视，并能进行相应的动画操作。

有多媒体画面的一次设备安装布置图及相应的一次设备巡视图。

仿真内容包括：

●一次系统进出线（包括最后一级进线杆塔或电缆头）及其附属设备（阻波器等）。

●母线（硬母线和软母线）及其附属设备。

●旁路母线及其附属设备。

●变压器（自耦变电压器、三圈变压器和二圈变压器）及其附属设备，变压器油位指示，瓦斯继电器及其取气。

变压器的分接开关（有载调压及无激磁调压）及冷却装置等辅助系统。

●断路器（SF6断路器、真空断路器）及其附属设备。

●隔离开关及其附属设备。

●接地刀闸及其附属设备。

●操作机构（液压操作机构、空气操作机构、弹簧操作机构和电磁操作机构及其它）及其附属设备。

●电容器及其附属设备。

●电抗器：

高压电抗器和低压电抗器及其附属设备。

●电压互感器及其附属设备。

●电流互感器及其附属设备。

●端子箱，与设备相配套。

●蓄电池及其附属设备。

1.3变电站主要设备仿真

1.3.1主变压器

仿真范围：

主变压器、中性点接地刀闸、有载调压分接开关及无激磁调压分接开关、冷却系统，包括所属的二次控制、保护、信号及测量回路。

仿真程度：

变压器采用合理的数学模型。

在运行中能正确反映分接开关对电压和潮流的影响；变压器温度随负荷和环境温度的变化；冷却系统的投入或退出对变压器温升的影响；空载变压器合闸的励磁涌流等；能对变压器回路及主要部件进行巡视检查。

1.3.2配电装置

仿真范围：

电气主接线、各电压等级的母线、进出线（输电线路分别与电网、等值电源和等值负荷相连）、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器、电容器、高压熔断器、阻波器、滤波器、站用变压器等设备的主要功能及相关的二次控制、保护、信号及测量回路。

仿真程度：

能正确反映正常和事故情况下，各种电气设备的运行工况和潮流。

当运行人员发出操作指令后，相关设备应有正确的响应；若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误。

解锁后操作有效，能正确反映误操作的各种后果；模型在机理上与原型一致，正常运行和事故情况下的现象（动作行为、音响、灯光、显示、表计等）与变电站实际设备情况相符；当断路器、隔离开关或操作机构发生故障或异常时，该设备将不能正常操作或拒动；能对主要电气设备及部件进行巡视检查。

1.3.3继电保护及自动装置

仿真范围：

按照变电站实际的保护配置情况，对主要的保护装置进行仿真，并能以模块方式切换保护配置。

仿真程度：

按定值动作的保护及装置：

保护的动作以潮流计算、短路电流和整定计算值为依据；按逻辑动作的保护及装置：

保护的动作按逻辑判断。

继电保护及自动装置应保证其动作特性、复归特性和时间特性与实际装置一致；发生故障或设备异常时，保护装置应能正确反映动作的选择性，并考虑相邻元件的保护配合；保护的动作以仿真系统实际短路电流和整定计算值为依据，每套保护所具有的整定值、动作机理与实际现场一致；继电保护或自动装置的运行操作、启停切换、定值调整、信号指示、信号复归、动作报告等功能及其操作界面与实际装置一致。

操作熔丝、小开关、压板、端子、键盘、按钮等与实际装置一致；当保护装置退出运行（操作熔丝或压板未投入）时，发生故障，该保护装置应不动作（拒动）；在正常、异常或事故情况下装置的信号、掉牌、表计和液晶显示与现场一致。

1.3.4综合自动化仿真

变电站除按常规控制方式仿真外，还提供综自方式的仿真。

仿真原厂家的监控后台系统，其界面和操作方法与实际系统一致。

能实现：

数据采集与处理、多种报警方式（简报信息窗报警与语音报警、故障推画面告警）、自动控制与调节、图形显示（接线图、潮流图及信息量图）、记录功能、综合电压与无功调节功能。

可以对综自站的监控系统界面进行二次更改。

1.3.5中央信号系统

仿真范围：

光字信号、音响信号、试验按钮、复归按钮、切换开关和指示灯等。

仿真程度：

其逻辑回路和现象与实际变电站一致。

1.3.6同期装置

仿真范围：

同期装置、线路同期并列、母线同期并列。

仿真程度：

通过表计能正确的显示同期并列过程中的频率差、电压差和相角差；反映频率差、电压差和相角差对并网的冲击，表计显示真实；同期闭锁或解除同期闭锁与现场一致。

1.3.7直流系统

仿真范围：

直流屏，硅整流屏、直流蓄电池、高频开关电源，可控硅整流、充电设备、直流系统及绝缘监察。

仿真程度：

高频开关电源，可控硅整流及浮充电设备的运行特性与实际设备相同；能进行操作切换，模拟对蓄电池组充电和浮充电运行方式；调节直流母线电压、蓄电池充放电或断路器合闸等，表计显示正确；能反映直流系统运行情况；设置直流系统故障（直流回路断线、直流接地等）时，绝缘监察装置表计指示正确。

1.3.8站用电系统

仿真范围：

站用变压器、站用电系统及母线（包括出线开关，主变压器的冷却器电源系统等），分段开关备自投功能，主控制室灯光信号控制等。

仿真程度：

能正确反映站用变压器的电磁关系，变压器的并联运行、母线电压波动及负荷分配符合实际情况；站用电系统的操作和切换符合现场情况，能仿真站用系统故障、母线失压和备用电源自动投入等。

2仿真系统功能

变电仿真培训系统的主要功能是培训和考核变电运行人员和管理人员，也可对继电保护人员进行辅助培训。

针对变电运行人员培训、考核和鉴定的实际需要，在培训功能的设计方面，充分考虑调度员的组织、指挥、指导、协调电网安全经济运行以及变电运行人员的监盘、常规操作、巡视和事故处理等工作。

同时对一次设备、二次回路、保护和自动装置动作原理、专业理论等方面，使用交互的、多媒体网络的方式进行互动培训，使得调度员、变电运行人员和管理人员得到从理论到操作全面详实的系统培训。

为取得良好的培训效果，系统具备完善而灵活的培训组织模式及科学的培训管理和评价考核功能。

另外，仿真系统具有一定的科研和分析功能，以对实际电网进行技术和试验支持。

2.1日常操作、监视培训

2.1.1监盘和抄表

实现变电运行人员的监盘工作，包括一、二次系统的运行监视，站用电交流系统的运行监视，站用电直流系统的运行监视。

监视的主要内容有：

一次设备及系统的运行状态，测控屏、继电保护及自动装置屏、站用交直流屏运状态，电压、电流、有功、无功、频率（并列时的频差、压差、同步表）、变压器温度等表计读数，信号指示灯、光字牌、压板、切换连片、报警等信号。

2.1.2操作培训

涵盖变电站典型操作票中的所有操作，包括主接线图、虚拟现实系统中全部一次设备及保护和自动装置、站用电、直流系统等设备的各种操作、相关信号、表计、指示灯的实时变化等；二次部分小开关、保险的分合、电流端子；保护自动装置的投切、方式切换及其液晶面板的操作、打印、保护定值修改等；并包括验电、挂地线操作；各种操作的信号灯及位置指示器实时响应。

正常操作：

包括正常所有模拟操作，倒闸操作、遥控操作、分接头调节、运行监视等正常操作（含室内、外一、二次设备操作及检查）。

包括下列操作，但不仅限于此，具体根据实际现场要求。

开关、刀闸操作，在监控中心仿真界面、变电站监控后台仿真界面或现场就地控制屏上的操作，包括现场的开关同期操作。

电压互感器的切换。

自动重合闸方式的切换。

绝缘监视电压表的切换。

故障录波器的操作。

保护及自动装置的投入、切除、方式切换、信息查阅等操作。

备自投装置投、退及装置本身操作。

小电流接地系统接地故障的查找。

变压器分接头的调整。

电容器、电抗器的投停及调整。

消弧线圈投、退及调整。

交、直流系统操作。

其他安全自动装置的操作。

现场变电工作的安全措施（停电、验电、挂接地线、设置警示牌等）。

在“五防”系统退出状态下，运行人员发生误操作（如：

误拉合开关,带负荷误拉合隔离刀闸,带地线合闸,带电挂地线或合接地刀闸,误入带电间隔等）,均将自然引发相应的事故，保护和自动装置将按不同的地点、保护状态、开关状态相应动作，与实际运行一致。

2.1.3巡视检查培训

按规程所规定的项目和巡视周期的规定,利用虚拟现实系统进行一、二次设备的巡视,对设备运行的正常、异常、缺陷进行判别和处理。

2.2事故处理培训

事故的仿真分两种情况，一种是设置的事故，如：

线路故障、母线故障、变压器故障等；另一种是误操作事故，这种故障在模型中自然引发。

另外还可设置开关拒动、保护拒动、误动来扩大事故范围。

利用设置事故可进行各种事故演练、重演，提高学员对事故处理的能力。

事故分电力网络、线路、变压器、母线、断路器、互感器、电抗器、电容器、站用交流/直流系统、保护及自动装置、二次回路等方面。

在设置的事故中，其类型（如相间短路，接地短路、三相短路、二相短路接地）、性质（永久或瞬时）、地点（所有线路从首端到末端任意点）可任意排列组合，同时还能与断路器、继电保护及自动装置误动、拒动任意组合。

由于误操作和不当调整引起的故障由系统自然实时响应，不需要事先设置和人为干预，如同实际一样。

仿真系统可人为地设置单个或复合故障，制造事故现场，让学员判断事故性质、类型、地点等并进行处理，由系统记录其处理过程并打印输出，可以对学员的事故处理能力和技巧进行评定，找出事故处理中的差错、疏漏，牢记正确的处理方法，提高技术水平。

“五防”系统培训按现场实际的功能仿真，但防护措施可以由教练员随时取消，使“五防”失灵，学员任何误操作引起的后果自然产生。

3.2.1异常培训

设备异常仿真分两种情况，一种是在运行中自然发生的，如：

变压器过负荷、变压器油温超过允许值、电源消失等；另一种是需要设置的异常，如：

变压器漏油、变压器匝间轻微短路、PT断线等。

设备异常发生时，将引发相应告警信号，相应画面及监视仪表反应与现场一致。

3.2.2缺陷设置培训

现场运行、检修、试验中经常发现设备缺陷，有些危及安全但尚未构成设备异常及事故，必须进行处理。

在培训过程中，教练员可适时插入设备缺陷（缺陷有原因分析及相应处理方法讲解），以考核学员在设备巡视过程中，能否及时发现并作相应的处理。

3.2.3事故处理培训

具体包括下列内容，但不仅限于此，具体根据现场和培训要求。

3.2.3.1开关本体及其相关的故障

开关拒动。

开关误动。

开关动作时间延长。

非全相。

开关操作机构故障。

控制直流回路断路、短路、接地。

控制回路继电器、切换开关粘连、接触不良。

SF6开关轻微、严重泄漏。

开关合在有故障的线路或母线上。

3.2.3.2刀闸本体及其相关的故障

●带负荷拉、合刀闸。

●带电合接地刀闸及其造成弧光短路。

●用刀闸拉空载变压器励磁电流。

●用刀闸拉高压长线空载电容电流。

●在系统接地时拉合变压器的中性点刀闸。

●在系统接地时拉合电压互感器和避雷器。

●带地线合刀闸。

●刀闸操作机构故障。

●刀闸和开关联锁失灵。

3.2.3.3变压器本体及其相关故障

●变压器油箱内故障，包括相间短路、接地短路。

●变压器油箱外故障，包括套管和引出线上相间短路，接地短路（中性点直接接地电网一侧）。

●变压器套管、引线发热。

●变压器漏油。

●变压器着火、爆炸。

●变压器过负荷。

●变压器受潮。

●变压器油温过高。

●强油、风冷部分或全停。

3.2.3.4母线故障

●母线短路。

●母线接地。

3.2.3.5线路故障

●三相出口短路

●任意点短路。

●接地。

●断线。

●线路过流熔断

●雷击过电压、短路、接地。

●其他线路故障

3.2.3.6电容器、电抗器故障

●内部故障。

●外部故障。

3.2.3.7继电保护及自动装置故障

●保护、自动装置拒动、误动。

●装置异常。

●定值异常。

●自动重合闸不成功。

●低周减载拒动、误动、动作延时。

●高频切机拒动、误动。

●其它自动装置故障。

3.2.3.8智能装置故障

●小电流接地选线装置各种故障。

●消弧线圈自动跟踪补偿装置故障。

●其他智能装置各种故障。

3.2.3.9交、直流系统故障

●整流装置故障。

●UPS系统故障。

●直流系统监察装置故障。

●蓄电池故障。

●直流系统正负极接地故障。

●直流系统绝缘降低。

●交流系统短路、接地故障。

●交、直流失电。

3.2.3.10二次回路故障

●二次回路熔丝熔断。

●二次回路小开关误跳。

●TA断线、短路、二次回路开路。

●TV断线、短路、二次回路短路。

●交流串入直流回路。

●继电器触点粘连、拒动、接触不良。

●二极管击穿。

●二次回路接地、断线。

●二次回路检修工作误碰、错用仪表。

3.2.3.11其它故障及异常

●由各种原因引起的系统振荡。

●由各种原因引起的铁磁谐振。

●保护死区发生的故障。

●保护重叠区发生的故障。

●一次设备发生的各种异常。

●二次设备发生的各种异常。

●各类金具类故障。

●遥测系统故障。

●遥信系统故障。

●遥调系统故障。

●遥控系统故障。

●通讯系统故障。

●电磁干扰。

●全所失电。

3.2.3.12以上各种故障异常情况可以任意组合构成各种复合故障

2.3三维交互式虚拟现实场景仿真

在仿真变电站的一次设备仿真和一次设备巡视系统中，利用3D虚拟现实技术实现变电站一次设备的三维重现，如刀闸、地刀、变压器、瓷瓶、表计等，能逼真地模拟各种天气状况，形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，可以实现在场景中的任意漫游，对场景中的一次设备进行就地操作，并可对虚拟场景中的设备进行巡视、检查、记录等，并可形象逼真的模拟现场的挂牌、挂地线和验电等不同的工作方式。

多媒体图象、声音与仿真过程同步，产生逼真的仿真效果。

三维仿真系统是以实际场站内的设备为依据用三维软件搭建的，仿真场景基本再现场站内的各种设备，并实现其各种操作功能和故障现象。

1.场景中的任意漫游功能：

使用者可以任意设置行走速度和视角，在场景中漫游进行巡视，为了更逼真的模拟现场，我们为所有的设备都设置了碰撞功能。

2.各个设备与现场一致的操作功能：

三维场景中可以模拟所有现场中的设备的操作，如开关门，五防锁，机械锁，电磁锁，分合闸按钮，开关，操作把手，电源，连片，小车操作等等；可根据系统实时变换设备状态，如刀闸，地刀，灯，表计（包括数字表和指针表）等。

3.再现现场中的故障现象的功能：

通过在主接线上设置故障，三维场景中再现故障现象，目前已实现的故障现象有变压器着火，变压器漏油，吸湿器受潮，瓷瓶破裂，瓷瓶爆炸，瓷瓶油污，线夹发热，误拉刀闸（地刀）产生电弧，误合刀闸（地刀）产生电弧等等。

4.设备异常巡视记录功能：

在场景中巡视设备，可以随时填写设备异常巡视记录，并保存，这些记录可随时查看，也可用来学员考试时记录答案。

5.挂牌功能：

实际场景中可以挂牌的地方，仿真场景中都可以实现挂牌，在挂牌模式下点击要挂牌的位置，选择挂牌类型就可以在相应的位置实现挂牌。

点击所挂的牌即可实现撤销挂牌的功能。

6.验电功能：

在三维场景中可以检验某个接线的带电属性，选择接线后有电无电均会给出提示。

7.挂地线功能：

可实现在场景中相应的位置挂地线的功能。

8.场景导航功能：

以场景的顶视图为背景的做导航图，能实时标示你当前所在的位置，在导航图上鼠标左键单击你想去的位置即可在场景中到达该点应在的位置。

2.3.1一次设备

●变压器巡视检查项目

●GIS巡视检查项目

●开关巡视检查项目

●刀闸巡视检查项目

●接地变巡视检查项目

●消弧线圈巡视检查项目

●所变巡视检查项目

●母线巡视检查项目

●互感器巡视检查项目

●电容器巡视检查项目

●避雷器巡视检查项目

●电力电缆巡视检查项目

●电抗器、耦合电容器巡视检查项目

●调相机巡视检查项目

●阻波器巡视检查项目

2.3.2二次设备

●继电保护装置巡视检查项目

●交、直流屏巡视检查项目

●蓄电池巡视检查项目

●电度表巡视检查项目

●中央信号屏的巡视

●远动设备的巡视

●二次回路及端子的巡视

●故障录波器的巡视

●小电流接地选线装置

●消弧线圈自动跟踪补偿装置

●其他设备装置的巡视