虛擬仿真培訓系統在電力系統自動化綜合實習中的應用

李彩娟，王峰，程航

（蘭州工業學院電氣工程學院，甘肅蘭州，730050）

0 引言

蘭州工業學院電氣工程及其自動化專業主要為西北地區電力企業培養在電力相關領域從事運行維護、技術管理等方面工作的應用型人才。在專業教育中我們注重學生的工程意識及分析解決工程實際問題能力的培養[1]。電力系統自動化綜合實習是電氣工程及其自動化專業學生在學完電機學、電力系統分析、發電廠電氣部分、電力系統繼電保護、電力系統自動裝置課程之后進行的綜合實踐課，實習以電力企業生產的發展和人才需求確定實習內容。實習內容包括電力系統中自動化監控系統的操作、變電站的巡視、變電站的倒閘操作及故障處理、電力系統的發電機常規操作、變電、輸電系統微機保護操作、自動與手動無功功率補償操作、電動機起動。通過實習使學生熟悉電力系統的監控、運行控制及二次設備調節、測量、保護的理論和技術。

1 虛擬仿真實習的必要性

受電力系統運行安全性、經濟性等多方面原因的限制，實習時不在真實變電站的電氣設備上進行倒閘操作等試驗，更不能在工程實景中設置短路、斷線等事故讓學生處理，而脫離工程實際的實習不利于提高學生對變電站突發事故的正確處理能力[2]，而虛擬仿真培訓系統模擬實際的變電站，學生在3D場景中完成變電站的日常運維工作，對提高學生的專業技能有很大的幫助，同時也作為物理模擬的必要補充。

我校物理模擬實習采用WDJS-8000動模試驗臺進行。通過動模試驗臺融合電力系統穩態分析、電力系統暫態分析學生熟悉了電力系統二次設備調節、測量、保護的理論和技術。數字仿真采用220kV智能變電站仿真培訓系統進行變電站的監控、設備巡視、倒閘操作及事故處理。

2 智能變電站仿真培訓系統

虛擬仿真培訓系統采集某220kV智能變電站主接線及運行數據，構建了虛擬智能變電站，圖1所示為智能變電站主接線。

圖1 智能變電站主接線圖

2.1 電氣一次部分

220kV智能變電站兩臺主變均采用容量為180MVA，額定電壓為220kV/121kV/11kV的自耦變壓器，220kV側設備均采用室外敞開式設備，采用雙母線接線，共10個間隔。其中線路間隔5條，主變間隔2個、母聯間隔1個，EVT間隔2個；110kV側設備采用采用室外敞開式，接線形式采用雙母線接線，共12個間隔，其中線路間隔7條、主變間隔2個、母聯間隔1個，EVT間隔2個；10kV側設備采用室內手車開關柜，接線方式為單母線分段接線，共17個間隔，其中線路間隔4條、主變間隔2個、電容器間隔6個，分段間隔1個、所用電間隔2個，PT間隔2個。

2.2 電氣二次部分

監控系統采用的四方公司CSC-2000變電站綜合自動化系統作為仿真對象，模擬監控系統主要功能。保護及自動裝置中主變壓器保護采用兩套四方公司的CSC-326數字式變壓器保護裝置作為主及后備保護，一套非電量保護；220kV側線路保護分別采用南瑞繼保和國電南自的微機線路保護裝置，作為兩套主保護及后備保護裝置；110kV側線路微機保護裝置采用南瑞繼保的線路保護。220kV和110kV母線保護采用四方公司的雙套微機母線保護裝置，其母聯開關采用四方公司的雙套微機斷路器保護；220kV和110kV所有間隔的合并單元采用國電南自公司PSMU-602裝置；220kV和110kV所有測控裝置采用四方公司的CSI-200E；10kV線路、所用電及電容器的保護均采用四方公司的；220kV和110kV現場終端箱采用帶有GOOSE接口的四方公司智能終端采集斷路器、隔離刀閘、接低刀閘等位置信息，并進行分合控制；采集主變檔位、溫度等信息。

在虛擬的變電站中3D場景下各區域設備的外觀都清晰可見，通過智能變電站仿真培訓系統進學生可以完成變電站的實時監控、運行維護、繼電保護、自動化裝置等專業知識的實習。 學生通過監控畫面遙信、遙測獲取變電站各設備的運行狀態和運行參數，通過就地軟件對變電站的各類電氣設備進行遙控操作；通過保護保護盤對保護自動裝置的投切及保護定值修改等。通過對變電站的運行管理學生了解了今后工作崗位的日常工作。通過學生的具體操作，提高了學生的專業技能和專業素養。同時在實習過程中 培養了學生的事業心與責任感；并且養成了團結協作、吃苦耐勞的精神。

3 實習內容

3.1 變電站的監控

綜合自動化軟件模擬變電站的監控系統，在監控界面遙信開關、刀閘的位置、變壓器分接頭位置、電容器的投切、保護裝置的投入等實時狀態，遙測線路、負荷的有功功率、無功功率、電壓、電流。變壓器的油溫等。學生面對的操作圖形是變電站主接線圖，可以對開關、刀閘、變壓器分接頭、電容器的投切進行遙控操作，對保護裝置的定值進行遙調。

實習中學生利用綜合自動化軟件和3D場景熟悉了智能變電站的主接線圖及一次設備、在監控中心對可以對變電站的設備進行遙信、遙測、遙控和遙調，掌握變電站的實時運行情況。利用保護盤熟悉了智能變電站的保護室、開關室、交直流室、智能終端柜室的保護裝置和自動裝置。

3.2 變電站的設備巡視

利用3D場景進行仿真變電站就地的巡視、操作和驗電操作。三維場景如圖2所示。

圖2 變電站三維場景

實習過程中在指導老師在教練臺中設置廠站異常情況、設備異常情況及裝置異常情況由學生完成正常的交接班巡視及特殊巡視。正常巡視檢查開關、刀閘、變壓器、母線、電壓互感器、電流互感器的外部缺陷，檢查接地線是否銹蝕等。發現設備異常和缺陷，如圖3所示，及時向調度和上級匯報。在教練臺中設置大風、冰雪等廠站異常情況進行特殊巡視。對巡視發現的異常進行匯報、掛牌、加圍欄等操作。

圖3 設備缺陷

通過變電站巡視的實習學生熟悉了變電站220kV側、110kV側及10kV側設備交接班巡視的常規巡視項目、夜間、惡劣氣候條件下的巡視要求和注意事項，會對變電站的開關、刀閘、變壓器、母線、電壓互感器、電流互感器、避雷器、直流系統進行巡視。

3.3 變電站的倒閘操作

變電站倒閘操作是運行人員按照上級調員的命令進行變電所內各類設備狀態變更的操作行為，是保證電網安全穩定、經濟運行的重要手段［3］。實習中指導老師下達變壓器、線路、開關、母線等設備在運行、熱備用、冷備用、檢修狀態之間進行轉換的倒閘命令，學生利用五防開票軟件開第一種或第二種工作票；預演操作票，核對操作是否正確；核對無誤后，將操作票傳至五防鑰匙中，利用安全工器具軟件領取安全器具，打開五防鑰匙，到3D場景下按順序執行操作任務。實習過程中指導老師解除五防系統閉鎖邏輯，學生在3D場景下操作，系統能自動完成進行校驗。鍛煉了學生在脫離五防系統的情況下正確完成操作任務的能力，使學生正確理解了現場運行規程內容。

3.4 變電站的事故處理

實習過程指導老師在教練臺中設置線路、變壓器、母線故障，學生根據故障發生后，實時報警中心的保護和自動裝置的動作情況，開關跳閘的先后時間及故障錄波情況判斷故障的類型。將判斷情況及自行處理工作報告指導老師，在老師的指導下按事故處理原則進行必要的倒閘操作，隔離故障點，對非故障設備送電。通過變電站的事故處理實習，學生熟悉了事故處理的一般步驟及程序，提高了應對突發性事故的正確處理能力。