變電站仿真實(shí)踐教學(xué)改革與實(shí)踐

聶永輝　宋東輝

摘要：仿真培訓(xùn)已經(jīng)成為目前對(duì)學(xué)生最有效的實(shí)踐技能培訓(xùn)手段。變電站仿真系統(tǒng)通過對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行操作進(jìn)行仿真，使學(xué)生熟悉電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程，豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以提高他們正確判斷和處理事故的能力。通過變電站仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐改革，探索一條適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行需要的電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革新路徑，為學(xué)生走上工作崗位提供堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；變電站仿真系統(tǒng)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G961 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）06-0089-02

電氣工程專業(yè)是我校的特色專業(yè)，絕大多數(shù)畢業(yè)生會(huì)服務(wù)于電力行業(yè)，專業(yè)教學(xué)不只以拓寬專業(yè)知識(shí)面和加強(qiáng)基礎(chǔ)課與專業(yè)基礎(chǔ)課為導(dǎo)向，作為工科專業(yè)，教學(xué)尤其是專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)面向工程實(shí)際，且在一定程度上反映專業(yè)發(fā)展方向，體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步。傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)作為電氣設(shè)備、自動(dòng)控制、電力系統(tǒng)分析、繼電保護(hù)等各門理論教學(xué)環(huán)節(jié)的輔助環(huán)節(jié)，以加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。這帶來的弊端是學(xué)生不能掌握在正常運(yùn)行和故障情況下各個(gè)設(shè)備之間、一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的相互影響關(guān)系，缺乏運(yùn)行方式改變對(duì)系統(tǒng)潮流影響規(guī)律的認(rèn)知，缺乏對(duì)威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響因素的整體分析。這為電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，在深入掌握理論知識(shí)的同時(shí)如何和現(xiàn)場(chǎng)接軌，如何適應(yīng)日益復(fù)雜的電力系統(tǒng)運(yùn)行操作和事故處理，變電站仿真可以滿足學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作需要，使他們具備正確判斷和處理事故的能力。這不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解，還為學(xué)生走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

一、變電站仿真實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)

變電站仿真系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置等綜合自動(dòng)化功能的模擬。利用計(jì)算機(jī)的圖形圖像及多媒體技術(shù)，將變電站主控室和一次設(shè)備呈現(xiàn)在顯示器上，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)潮流分布，使學(xué)生可以身臨其境地學(xué)習(xí)和掌握真實(shí)變電站的正常運(yùn)行、事故處理，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

由于該系統(tǒng)具有培訓(xùn)方式靈活、實(shí)時(shí)仿真、界面形象直觀、操作容易、內(nèi)容全面等特點(diǎn)，可以有效地克服電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)面臨的問題，對(duì)不同專業(yè)課理論學(xué)習(xí)的融會(huì)貫通提供一個(gè)實(shí)踐平臺(tái)，從而全方位地理解、掌握電力系統(tǒng)的設(shè)備工作原理和穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)理，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的分析、管理和解決實(shí)際問題的能力。但如果將該實(shí)踐環(huán)節(jié)推向網(wǎng)絡(luò)，將進(jìn)一步緩解電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)面臨的問題[3]。

二、變電站仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化改革與創(chuàng)新

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，主要開設(shè)和準(zhǔn)備開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容包括下面幾個(gè)方面。

1.模擬倒閘操作。倒閘操作是運(yùn)行人員日常工作內(nèi)容之一，熟練并正確地進(jìn)行倒閘操作，是每一個(gè)變電站運(yùn)行人員必備的基本功能。能否正確倒閘操作，直接影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在仿真變電站中，如果培訓(xùn)人員出現(xiàn)誤操作，與實(shí)際變電站一樣，會(huì)有音響。跳閘斷路器指示燈閃光、表計(jì)發(fā)生響應(yīng)變化等信息，通過倒閘操作的培訓(xùn)，加深變電站運(yùn)行人員對(duì)倒閘操作重要性的認(rèn)識(shí)。倒閘操作的主要內(nèi)容包括電力線路的停、送電操作，電力變壓器的停、送電操作，發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)、并列和解列操作，電網(wǎng)的合環(huán)與解環(huán)，母線接線方式的改變（倒母線操作），中性點(diǎn)接地方式的改變，繼電保護(hù)裝置的調(diào)整，接地線的安裝與拆除等。

2.模擬事故處理。隨著一次設(shè)備可靠性的提高和微機(jī)保護(hù)、自動(dòng)裝置的日臻完善，電網(wǎng)的安全性不斷提高，設(shè)備的故障率有較大的降低，因此值班員現(xiàn)場(chǎng)分析及事故處理的機(jī)會(huì)變少，應(yīng)變能力較低。因此，對(duì)培訓(xùn)人員進(jìn)行異常、事故處理培訓(xùn)，是仿真變電站的重中之重。通過仿真培訓(xùn)，可以使變電運(yùn)行人員在很短的時(shí)間內(nèi)積累豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，見效快，效果好，起到不可替代的作用。其主要內(nèi)容包括變壓器的異常運(yùn)行和事故處理、占用電及直流系統(tǒng)常見故障處理、母線失壓和全站失壓事故處理、系統(tǒng)事故和異常處理。

3.變電站綜合自動(dòng)化應(yīng)用。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理和傳輸技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工進(jìn)行各種變電站運(yùn)行操作，對(duì)變電站執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)，主要包括潮流調(diào)整及其分析、繼電保護(hù)動(dòng)作情況分析、斷路器控制回路等。

教師可以根據(jù)學(xué)生的不同興趣愛好，有針對(duì)性地培養(yǎng)。比如，提前進(jìn)行學(xué)習(xí)需求調(diào)查，了解每個(gè)學(xué)生比較感興趣的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主探索，在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)通過查閱文獻(xiàn)資料或向教師請(qǐng)教解決問題，發(fā)掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，使他們?cè)诓粩嘟鉀Q問題的過程中提高自己。教學(xué)過程中，學(xué)生要定期匯報(bào)學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，探討學(xué)習(xí)體會(huì)；教師針對(duì)匯報(bào)內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，提出問題，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并通過努力解決問題，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)樂于學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

采用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法如下[4]。

1.加強(qiáng)教師在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主導(dǎo)作用。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要把學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，強(qiáng)化教師在網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，引領(lǐng)學(xué)生探索電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)的組織和管理。電網(wǎng)及變電站運(yùn)行仿真的所有操作都在計(jì)算機(jī)上完成，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可使多臺(tái)電腦同時(shí)運(yùn)行，相當(dāng)于每人擁有一臺(tái)仿真變電站。軟件仿真提高了運(yùn)行人員的培訓(xùn)效率，降低了培訓(xùn)成本，這為電網(wǎng)運(yùn)行仿真網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了可能。

3.開放式課程教學(xué)建設(shè)。教學(xué)網(wǎng)站開發(fā)了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)系統(tǒng)，能及時(shí)地解決學(xué)生在實(shí)際操作中碰到的各種疑難問題；通過網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)生使用電網(wǎng)及變電站運(yùn)行仿真遠(yuǎn)程培訓(xùn)系統(tǒng)，排除實(shí)驗(yàn)故障，交流實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

4.教與學(xué)互動(dòng)交流論壇建設(shè)。教與學(xué)交流論壇用于師生之間的互動(dòng)交流，這一系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于不必設(shè)定專門的答疑、討論的時(shí)間與地點(diǎn)，不但節(jié)約教師、學(xué)生的寶貴時(shí)間，還節(jié)約了教室、實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)資源。

三、變電站仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考試評(píng)價(jià)

考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)基于局域網(wǎng)路，由教師機(jī)運(yùn)行的考核管理系統(tǒng)出題發(fā)送至學(xué)員機(jī)，學(xué)員機(jī)運(yùn)行反震變電系統(tǒng)，通過獲取題目操作從教師機(jī)讀取試題，完成操作后通過交卷將操作的全部事件記錄上傳至教師機(jī)的考核管理系統(tǒng)。教師機(jī)不斷刷新考核管理系統(tǒng)界面，收取學(xué)員操作事件記錄，并完成試卷打印及電子存檔。考核管理系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)仿真系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中考核管理功能，實(shí)現(xiàn)集中發(fā)送考核題目和集中收取所有學(xué)員考核操作記錄。這種方式突破了傳統(tǒng)硬件仿真機(jī)在同一時(shí)間只能一人上機(jī)操作的限制，其優(yōu)點(diǎn)是：在局域網(wǎng)中所有安裝仿真軟件的電腦，均可作為學(xué)員機(jī)進(jìn)行考核操作，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)上機(jī)考核，且考試時(shí)間、考題相同，使得考核評(píng)價(jià)方式公平且效率高。考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)功能包括用戶分發(fā)、統(tǒng)一出題、收卷、試卷備份、仿真考核題庫(kù)和考試評(píng)價(jià)五個(gè)部分。

通過對(duì)學(xué)生水平的考核，可以讓他們更加注重電網(wǎng)及變電站運(yùn)行仿真實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性，增強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的應(yīng)用能力，適應(yīng)未來工作的需要。

四、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐表明，變電站仿真系統(tǒng)滿足了電氣工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的需要，是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，是專業(yè)理論教學(xué)的有效補(bǔ)充。變電站仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)的興趣，不僅能促進(jìn)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且可以開闊知識(shí)面，提高學(xué)生分析電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展、完善，我們應(yīng)該不斷改善變電站仿真網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，增加新的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生成為合格的電力系統(tǒng)運(yùn)行人員。

參考文獻(xiàn)：

[1]石光明.實(shí)驗(yàn)中心開放運(yùn)行模式的探索和實(shí)踐[J].中國(guó)電子教育，2008，（2）：665-68.

[2]李俊秀，馬應(yīng)魁，王瑾，等.電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)高技能人才培養(yǎng)方案的研究與實(shí)踐[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2012，（11）：60-64.

[3]錢德沛，張力軍，洪飛，等.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]孫文彬.構(gòu)建多層面的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的實(shí)踐與思考[J].高等建筑教育，2006，15（3）：107-110.

[5]黃解軍，袁艷斌，崔巍，等.創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007，5（5）：80-82.

[6]馮燕芳.高職院校實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].職業(yè)技術(shù)育，2012，（8）：34-36.