“變電站綜合自動(dòng)化”教學(xué)實(shí)踐

摘要：“變電站綜合自動(dòng)化”是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)限選課，為了讓學(xué)生更好地掌握變電站綜合自動(dòng)化的功能、原理、理論基礎(chǔ)及相關(guān)技術(shù)，畢業(yè)后更好地服務(wù)于電力行業(yè)。圍繞參觀實(shí)習(xí)、理論講授、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行闡述，將“變電站綜合自動(dòng)化”融入上述教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)踐證明，采用上述設(shè)計(jì)實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生能主動(dòng)參與教學(xué)，既掌握了理論知識(shí)，又鍛煉了動(dòng)手能力，達(dá)到良好的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化；教學(xué)改革；課程設(shè)計(jì)；綜合實(shí)驗(yàn)；畢業(yè)設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：黎靜華（1982-），女，廣西博白人，廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授。（廣西 南寧 530004）

基金項(xiàng)目：本文系“國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：50907012）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）24-0040-02

“變電站綜合自動(dòng)化”一直是廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院本科生的專業(yè)限選課，共36個(gè)學(xué)時(shí)。該課程主要包括變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，數(shù)字量和模擬量I/O通道的組成和原理，交流采樣常用算法的分析，低頻減載備用自投等智能裝置，微機(jī)保護(hù)裝置，數(shù)據(jù)通訊原理和技術(shù)，提高變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性措施等。其目的是讓學(xué)生掌握變電站設(shè)備的工作原理及運(yùn)行特點(diǎn)，使學(xué)生掌握變電運(yùn)行崗位所需要的相關(guān)技術(shù)、規(guī)章制度、設(shè)備巡視的方法及要求，具有對(duì)變電站異常和事故處理的能力。然而，僅靠課堂的理論講授，是不可能讓學(xué)生真正掌握如此多的內(nèi)容。且其中涉及到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行，大部分學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備很陌生，“填鴨式”的講授讓課堂顯得枯燥無(wú)味，教學(xué)效果差，難以達(dá)到教學(xué)目的。因此，經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，不局限于課堂的講授，將變電站綜合自動(dòng)化的內(nèi)容融入?yún)⒂^實(shí)習(xí)、理論講授、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，調(diào)度學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，真正參與其中的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，不僅減輕了學(xué)生“抽象”學(xué)習(xí)的壓力，且學(xué)生能在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中感受到學(xué)習(xí)樂(lè)趣，增加學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)習(xí)的思維，部分學(xué)生還能有所創(chuàng)新，收到良好的教學(xué)效果。

一、變電站參觀

“百聞不如一見(jiàn)”，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)之前現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)識(shí)，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣。主要參觀和認(rèn)識(shí)變壓器、互感器、刀閘、開(kāi)關(guān)等一次設(shè)備及監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)、備用自投及低頻減載等二次設(shè)備，掌握變電站運(yùn)行的安全知識(shí)，體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工作環(huán)境。參觀分為觀前準(zhǔn)備、參觀及觀后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)。觀前準(zhǔn)備主要目的是加強(qiáng)參觀的效果，主要包括搜集整理變電站主要一、二次設(shè)備以及變電站運(yùn)行方面的相關(guān)知識(shí)和資料，熟悉變電站電氣主接線、主要電氣設(shè)備構(gòu)成，了解電氣設(shè)備的布置，了解電氣運(yùn)行的有關(guān)知識(shí)。參觀內(nèi)容設(shè)置如表1所示。觀后總結(jié)是必要和關(guān)鍵的一環(huán)，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)整個(gè)參觀過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)，認(rèn)真思考變電站運(yùn)行的特點(diǎn)，從而起到事半功倍的作用。

二、理論講授

綜合自動(dòng)化是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，平淡的敘述往往會(huì)讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味，課堂氣氛沉悶。教師應(yīng)充分利用現(xiàn)代教學(xué)中多媒體的直觀性、圖文聲像及動(dòng)態(tài)性等優(yōu)勢(shì)，向?qū)W生提供豐富、清晰及真實(shí)的背景資料，反映知識(shí)在實(shí)際中運(yùn)用的方法，以便學(xué)生形成自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如在講述時(shí)，可以用相機(jī)拍下具體裝置元件部分的照片，輔以說(shuō)明，這樣可以增強(qiáng)學(xué)生的視覺(jué)效果，而且讓學(xué)生有種真實(shí)的感覺(jué)，從而更容易接受教師所講述的內(nèi)容。

例如，在介紹變電站微機(jī)保護(hù)硬件裝置時(shí)，介紹完微機(jī)保護(hù)硬件邏輯圖（圖1），應(yīng)輔以實(shí)際的硬件圖（圖2）。以加深學(xué)生的理解，加強(qiáng)其理論與實(shí)際的聯(lián)系，縮短認(rèn)識(shí)上的差距。

理論講述的內(nèi)容主要包括：變電站綜合自動(dòng)化概述、變電站綜合自動(dòng)化信息的測(cè)量和采集，變電站的通信系統(tǒng)，變電站監(jiān)控系統(tǒng)，變電站微機(jī)保護(hù)，變電站低頻減負(fù)荷控制、變電站電壓和無(wú)功功率控制，備用電源自投入裝置，小電流接地系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題。

三、課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)課所需的必要教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，鞏固和掌握專業(yè)知識(shí)，并為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)做好必要的準(zhǔn)備。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生接觸和了解局部設(shè)計(jì)從收集、方案比較、計(jì)算、繪圖的過(guò)程。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算和繪圖的設(shè)計(jì)能力。表2為作者設(shè)計(jì)的關(guān)于變電站綜合自動(dòng)化的課程設(shè)計(jì)方案，供廣大師生參考。

四、綜合實(shí)驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)鞏固和加深對(duì)電力系統(tǒng)相關(guān)理論課程的理解，達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法和操作技能訓(xùn)練的目的。鑒于數(shù)據(jù)通信是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，因此設(shè)置了如表3所示的兩個(gè)通信實(shí)驗(yàn)。

五、畢業(yè)設(shè)計(jì)

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能的能力，提高分析和解決問(wèn)題的能力，初步掌握科學(xué)研究的基本方法。通過(guò)綜合自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生得到以下多方面能力的培養(yǎng)。

設(shè)計(jì)題目一：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目的：

（1）了解變電站綜合自動(dòng)化的基本概念及重要意義；

（2）熟悉變電站綜合自動(dòng)化的基本結(jié)構(gòu)及要求；

（3）掌握變電站綜合自動(dòng)化的基本結(jié)構(gòu)及要求；

（4）掌握變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)；

（5）掌握變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)功能及其工作原理。

任務(wù)：

（1）根據(jù)變電站的一次電氣接線圖，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；

（2）根據(jù)要求設(shè)計(jì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

（3）設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行選型；

（4）設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行選型；

（5）設(shè)計(jì)其他智能裝置，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行選型；

（6）繪制所設(shè)計(jì)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理圖。

設(shè)計(jì)題目二：基于通用組態(tài)軟件的變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目的：

（1）掌握變電站運(yùn)行的特點(diǎn)；

（2）掌握變電站的基本操作內(nèi)容；

（3）掌握變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；

（4）掌握變電站監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

要求：

（1）靈活使用通用組態(tài)軟件；

（2）利用通用組態(tài)軟件繪制變電站一次接線圖；

（3）實(shí)現(xiàn)站內(nèi)各數(shù)據(jù)量的采集；

（4）實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接；

（5）實(shí)現(xiàn)圖形界面與數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接；

（6）實(shí)現(xiàn)Web信息發(fā)布功能。

六、結(jié)語(yǔ)

變電站是電力網(wǎng)中的線路連接點(diǎn)，是用來(lái)變換電壓、功率和匯集、分配電能的設(shè)施，是電力系統(tǒng)中輸配電的重要一環(huán)。變電站綜合自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備監(jiān)視、控制和保護(hù)自動(dòng)化、智能化，提高保護(hù)、控制的可靠性和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平的重要保障，該課程是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的重要專業(yè)課程。本文通過(guò)設(shè)置變電站認(rèn)知實(shí)習(xí)、理論講授、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對(duì)變電站一次、二次設(shè)備的理解，縮短理論與實(shí)踐的差距，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]黃益莊.智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2012．

（責(zé)任編輯：劉麗娜）