繼電保護(hù)虛擬仿真實驗建設(shè)

郭丙君 常虹 范宇

摘?要：虛擬仿真技術(shù)是一項遠(yuǎn)程教學(xué)的重要技術(shù)，本文應(yīng)用基于積件庫的方式開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)虛擬仿真實驗，分析了繼電保護(hù)虛擬仿真實驗的必要性，實驗教學(xué)開發(fā)思路以及特點，對于開展同類的虛擬仿真實驗具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗;積件庫;繼電保護(hù)遠(yuǎn)程實驗

1?緒論

遠(yuǎn)程虛擬仿真實驗在互聯(lián)網(wǎng)時代具有重要意義，對于如繼電保護(hù)原理這樣的課程對于實踐性的教學(xué)要求是很高的，而工科課程的遠(yuǎn)程虛擬仿真實驗教學(xué)是教學(xué)過程中的一個薄弱環(huán)節(jié)，在互聯(lián)網(wǎng)時代，開展工科專業(yè)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)已經(jīng)顯得十分必要[12]。由于學(xué)生在不同的地點在不同的時間來開展實驗的特點就決定了遠(yuǎn)程實驗不能受時間和空間的限制，目前一種基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗開發(fā)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，利用開發(fā)的積件庫可以自由的搭建相關(guān)課程的實驗，該技術(shù)是開放性的，完全基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，非常適合于遠(yuǎn)程實驗的開發(fā)，同時基于能實不虛的原則合理地選擇實驗項目是十分必要的，本人基于目前使用比較廣泛的“靜一積件式教學(xué)仿真軟件”開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了繼電保護(hù)原理的遠(yuǎn)程虛擬仿真實驗，對于開展相關(guān)的虛擬仿真實驗具有一定的指導(dǎo)意義。

2?基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬遠(yuǎn)程繼電保護(hù)實驗平臺

本文應(yīng)用了基于積件庫為基礎(chǔ)的虛擬遠(yuǎn)程實驗平臺來進(jìn)行繼電保護(hù)原理遠(yuǎn)程實驗的開發(fā)，它是目前比較流行的虛擬實驗開發(fā)技術(shù)，這種虛擬仿真實驗開發(fā)技術(shù)的核心就是要求先要對仿真對象進(jìn)行有效的建模，可以是根據(jù)物理模型建立數(shù)學(xué)方程組，然后應(yīng)用數(shù)值計算方法進(jìn)行仿真計算，將實驗的各種要素制作成為積件，建立相關(guān)的積件庫，由學(xué)生根據(jù)相關(guān)實驗要求來搭建實驗系統(tǒng)，這樣就形成了積件式教學(xué)虛擬實驗仿真平臺。應(yīng)該指出基于積件庫技術(shù)的虛擬實驗平臺完全可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，完全脫離了物理環(huán)境的依賴，實現(xiàn)了真正意義上的基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗。

這個仿真實驗平臺可以要求進(jìn)行相關(guān)的實驗理論的預(yù)習(xí)，設(shè)置了良好的“教學(xué)—實驗—評測”的閉環(huán)實驗環(huán)境，可以滿足學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，自主管理的目的，是一種值得推廣的虛擬仿真實驗平臺。

對于大型化工公司來說其供電容量比較大，供電的電壓等級也比較高，其變電所的電壓等級為110kV，而實際的高壓設(shè)備運(yùn)行時是很少有故障出現(xiàn)的，學(xué)生及公司的技術(shù)人員是難以在繼電保護(hù)方面得到相關(guān)的訓(xùn)練的。同時應(yīng)該指出：

（1）高壓大電流的實驗設(shè)備投入巨大，實驗建設(shè)很困難;

（2）實驗的電壓很高，進(jìn)行實驗比較危險的;

（3）輸電線路通常是架空線路，空間高度大，模擬困難;

（4）應(yīng)用了虛擬仿真實驗可以設(shè)置各種故障情況，比較好地提高學(xué)生的實踐能力。

本文設(shè)計了一個電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，使用三段式距離保護(hù)加一次重合閘后加速作為線路主保護(hù)。通過實驗，更好地掌握三段式距離保護(hù)及一次自動重合閘后加速的原理及實際操作。

使用者可以通過漫游形式對整個變電站環(huán)境進(jìn)行認(rèn)識，并且結(jié)合變電站一次主接線回路圖，認(rèn)識變電站測控設(shè)備對應(yīng)使用。圖1所示為變電站場景。

點擊實驗運(yùn)行菜單按鈕，進(jìn)入實驗運(yùn)行操作狀態(tài)，進(jìn)入到220kV變電站場景，可以使用鍵盤方向按鍵和鼠標(biāo)進(jìn)行場景的漫游，結(jié)合變電站一次主接線內(nèi)容進(jìn)行變電站的布局和配置設(shè)備認(rèn)知（變壓器、斷路器、互感器、操動機(jī)構(gòu)、220kV進(jìn)線、110kV出線、10kV、配電房、控制室等）。圖2、圖3所示為變電站及其設(shè)備。

在不同的場景下可以打開對應(yīng)的測控面板，外場景下可以打開220斷路器開關(guān)操作面板和110斷路器開關(guān)操作面板，對應(yīng)主接線查看斷路器位置，通過光字牌查開斷路器和操動機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并可以對一個斷路器進(jìn)行分合閘操作，觀察他們的動作情況。如圖4所示。

圖5給出了電力系統(tǒng)三段式距離保護(hù)一次自動重合閘后加速保護(hù)實驗測控操作面板，圖6、7為距離保護(hù)一次及二次回路。學(xué)生可以自己進(jìn)行實驗線路的搭建，并進(jìn)行實驗調(diào)試，反復(fù)觀察實驗結(jié)果，線上實驗操作方便，滿足了教學(xué)的需要。

由于具有了遠(yuǎn)程虛擬仿真平臺，目前已經(jīng)開發(fā)了比較多的實驗項目：

（1）變壓器倒閘操作;

（2）母線倒閘操作;

（3）三相一次重合閘裝置實驗;

（4）距離保護(hù)及階段式方向距離保護(hù)整定實驗;

（5）線路過電流保護(hù)與自動重合閘綜合實驗;

（6）線路過電流保護(hù)與自動重合閘后加速綜合實驗;

（7）供電線路電流速斷保護(hù)實驗;

（8）配電變壓器的過負(fù)荷保護(hù)實驗等仿真實驗。

和實驗室現(xiàn)有的硬件實驗平臺互相補(bǔ)充，發(fā)揮出各自的優(yōu)點，取長補(bǔ)短，滿足學(xué)生及相關(guān)公司的技術(shù)人員的自主實驗的需求。

3?結(jié)語

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)虛擬仿真實驗是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬遠(yuǎn)程實驗平臺開發(fā)的，它使得電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實驗教學(xué)真正實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，擺脫實驗對物理環(huán)境的依賴，教學(xué)雙方找到最適合自己的交流平臺，形成以平臺為核心的人才培養(yǎng)新的模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭丙君.遠(yuǎn)程實驗方法探討[J].教育學(xué)文摘，20191，203（1）：103104.

[2]唐鴻儒，宋愛國.基于Internet的遠(yuǎn)程控制實驗室研究[J].測控技術(shù)，2005，25（2）：5458.

作者簡介：郭丙君（1962—?），男，上海人，博士，教授，研究方向：先進(jìn)控制、工業(yè)電氣自動化及仿真、電力電子與電力傳動、工業(yè)過程模型化與控制。