基于仿真與現實相結合的電氣工程實踐教學模式探索

摘 要：電氣工程專業由于其行業的特殊性，學生的實習實訓不能在變配電所進行操作，本文以介紹了110kV智能變電站運行仿真平臺并以此平臺為依托，該平臺模擬了實際運行中的變電站內的一次設備、二次設備以及與其相關聯電網。學生可以針對工作內容要求，對平臺內一次設備按照電力系統操作要求進行各種操作，并觀察相關儀表及指示系統的信號，達到熟悉變電站內的一、二次設備，加深對電力系統規程理解。

關鍵詞：電氣工程；實踐教學；仿真平臺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.205

1 項目背景和目的

作為電氣工程的主要研究方向電力系統及其自動化，由于其行業的特殊性，電壓等級高，電流強度大，安保防護措施要求非常高，所以輸變電企業，一般不可能接納學生進入變電站或發電廠實習或實訓。為保障供電的可靠性，進入變電站的學生，除了參觀以外，根本不可能實際操作任何開關和按鈕，不可能觀察到電力系統異常運行的現象和特點，也無法進行分析計算等；真實的變電站，特別是高電壓等級變電站的建設費耗資巨大，高校不可能，獨立建設真實的高電壓等級的變電站。因此，必須借助于仿真平臺，彌補實踐教學條件的不足。高校建立仿真實踐教學平臺，是滿足實踐教學的需要。

電氣工程專業的教學，必須借助現代教育手段從教學內容、教學方法、教學模式等方面全方位進行改革創新，提高電氣工程實踐教學效率，以滿足人才培養的要求。

2 仿真實驗平臺的優越性和特色

我校采用的是武漢世紀華勝科技有限公司開發的110kV綜合自動化仿真變電站的操作平臺，該平臺采用三維虛擬，二維虛擬的110/35/10kV的變電站仿真，可以完成變電站的正常運行管理維護、倒閘操作、事故處理功能，該系統能反映變電站與其所在的配電網之間的相互作用、相互影響，可以對學生進行全方位、全過程的仿真培訓，還可以對每一臺運行系統設置不同故障，對學生掌握程度進行考核。

變電站仿真平臺的優越性在于采用虛擬現實、多媒體和網絡技術，實現電力系統的運行維護及故障處理，使專業培訓內容游戲化、信息化及網絡化；基于云計算仿真平臺，實現以學生為中心的不受時間、空間限制的學習機制，增強學生學習的自主性、靈活性和敏捷性。

變電站仿真平臺的特色：通過對于站內一次設備、二次設備以及關聯電網的描述，模擬了變電站的實際工作環境。學生可以根據電力系統運行中的正常倒閘操作，故障時處理方案及操作要求在仿真平臺上對虛擬設備進行各種操作、觀察，以加深對廠站內設備熟悉、操作規程理解。該平臺還可以培訓變電站學生正確熟練地掌握變電站的巡視、操作，提高學生正確判斷、排除各種異常和故障的能力等。通過反復設置可能存在的各種故障，并對故障進行判斷和分析，提高了學生對變電站運行的綜合操作、控制和反事故能力，能提高實踐教學效率，滿足人才培養的要求。

變電站仿真平臺的創新點：應用智能變電站運行仿真平臺組織教學具有突出優點。一方面，界面形象直觀、操作方便，實驗不受場地等條件限制；另一方面，解決了傳統實踐教學中高消耗、低效率、涉及面窄以及綜合性設計性實驗難以開展，開出率低的矛盾。

3 采用仿真平臺探索實踐教學的體會

我校電氣自動化專業已開辦21年，電氣工程及其自動化專業開設7年的，但由于電力行業的特殊性，電氣專業的實驗實習實訓問題一直困擾著教學工作，通過本項目的研究，借助于仿真平臺實現《電力系統分析》《變電站綜合自動化》《高電壓技術》等課程實驗內容，并通過模擬操作，讓學生體驗變配電所的工作環境，提高學生對電力系統問題的綜合分析能力，達到學校的理論學習與工作后的無縫對接。

該項目是通過對110kV智能變電站運行平臺的仿真，對于站內一次設備、二次設備以及關聯電網的描述，模擬了變電站的工作環境。運行人員可以針對自己的工作內容對虛擬站內設備進行各種操作、觀察，可以達到對廠站內設備熟悉、對規程加深理解。使運行人員正確熟練地掌握變電站的巡視、操作，提高正確判斷、排除各種異常和故障的能力等。并通過各種故障判斷和分析的反復培訓，提高對變電站運行的綜合操作、控制和反事故能力，能提高實踐教學效率，滿足人才培養的要求。該平臺可以完成功能有：

（1）日常操作、監視培訓功能。監視正常運行時的各種狀態，如開關控制把手的切/合位置、指示燈的狀態、各種測量儀表的示數、變壓器溫度、分頭位置等。

（2）操作培訓。電力線路及電氣設備的正常投入和切斷時的操作順序及可能出現的誤操作及處理方法。

（3）事故分析處理。通過人為設置可能存在的各種故障，通過仿真監控系統中的報文和監測數據的結果，要求學生分析判斷電氣設備出現各種故障的類型和故障范圍，并及時進行故障查找和處理，盡快恢復電力系統的正常運行。

（4）巡視系統功能。按規程所規定的項目和巡視周期的規定，利用虛擬現實系統進行一、二次設備的巡視，對設備運行的正常、異常、缺陷進行判別和處理。

按照現場制定的運行規程規定：要定期采用專用工具對站內外的一次設備和運行回路進行巡視，如變壓器、電抗器的油溫、油位、油色、吸潮顏色、高低壓引線接頭是否發熱、冷卻系統運行情況是否正常；電容器的外殼有無變形，熔絲、接頭、套管是否完好；瓷瓶的破碎與閃絡等，仿真平臺采用多媒體手段展現變電站所有設備，包括變電站正常、異常、事故工況下的現象和聲音等現場所有場景，在時間、空間上極其逼真地顯像，達到身臨其境的效果。

經過2周的學習培訓和仿真培訓，學生對變電站的運行維護及事故處理有了深入的了解，但由于學習時間集中，補充內容較多，學生對電力系統的主接線，設備運行維護，系統故障分析及處理等連貫性不強，往往從單一課程內容考慮，影響了訓練效果。

參考文獻：

[1]武漢華勝電力科技有限公司.110kV變電站現場運行規程[S].

[2]武漢華勝電力科技有限公司.綜合自動化仿真變電站實訓指導書[S].

[3]東蔚.220kV變電站與仿真培訓教程[M].北京：中國電力出版社，2014（11）.

本文為荊楚理工學院項目編號“JX-201626”基于仿真與實際相結合的電器工程實踐教學模式的探索階段性成果。

作者簡介：何習佳（1968-），女，陜西藍田人，本科，副教授，從事電力系統分析教學及研究工作。