《吉林省綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)》仿與真的探討

摘要：針對《吉林省綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)》的開發(fā)內(nèi)容和模型分析，闡述了仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和開發(fā)理念。該系統(tǒng)采用綜合仿真手段，解決了已往仿真系統(tǒng)單一、片面、抽象的缺點(diǎn)，達(dá)到了完整、真實(shí)、適用的培訓(xùn)效果。

關(guān)鍵詞：綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)思想；培訓(xùn)效果

中圖分類號：G726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0096-02

變電站運(yùn)行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在電力企業(yè)生產(chǎn)技能人員培訓(xùn)中得到了廣泛應(yīng)用，是開展電網(wǎng)運(yùn)行人員技能培訓(xùn)的先進(jìn)設(shè)施。隨著電網(wǎng)自動化技術(shù)的不斷投入和智能電網(wǎng)建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，對運(yùn)行人員崗位技能的要求越來越高。因此，開發(fā)一套先進(jìn)實(shí)用的綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，對加強(qiáng)運(yùn)行人員崗位技能、保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要意義。傳統(tǒng)的單一的仿真系統(tǒng)開發(fā)思路難以滿足新形勢下對人才培訓(xùn)的需求，其原因是缺乏合理可行的仿真系統(tǒng)開發(fā)理念。2009年吉林省電力有限公司培訓(xùn)中心與北京四方公司聯(lián)合開發(fā)了《吉林省綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)》，用于開展吉林省電力有限公司系統(tǒng)內(nèi)員工崗位技能培訓(xùn)。仿真模型以長春供電公司的地區(qū)電網(wǎng)和相關(guān)變電站為原型，開發(fā)了典型的實(shí)際盤臺等設(shè)備純物理仿真，同時(shí)兼有利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)的數(shù)字仿真。

一、開發(fā)目標(biāo)

開發(fā)過程中仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研制技術(shù)人員以內(nèi)容真實(shí)豐富、模型先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、培訓(xùn)手段靈活為開發(fā)設(shè)計(jì)原則，以實(shí)用超前的仿真系統(tǒng)為研制開發(fā)目標(biāo)，結(jié)合《吉林省綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)》具備原型的“真”模型，以及國家電網(wǎng)公司頒布的《變電站典型設(shè)計(jì)》和電網(wǎng)發(fā)展，對原型電網(wǎng)和原型變電站進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，使該系統(tǒng)具備先進(jìn)的、標(biāo)準(zhǔn)的、通用的“仿”模型。通過綜合變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，證明了該開發(fā)理念對保證系統(tǒng)開發(fā)質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。

二、開發(fā)模型

1.仿真220kV長春變電站

220kV長春變電站作為長春地區(qū)電網(wǎng)的樞紐中心已運(yùn)行了半個(gè)多世紀(jì)，承擔(dān)著長春市區(qū)的重要負(fù)荷。近幾十年來變電站逐步更新改造設(shè)備，涵蓋了不同時(shí)期的設(shè)備產(chǎn)品，一次接線形式和運(yùn)行方式不斷改進(jìn)完善，多年的發(fā)展歷史和豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為仿真培訓(xùn)提供了大量的素材。

（1）主接線仿真部分。220kV長春變電站原型中，一號、二號主變低壓側(cè)兩個(gè)回路均沒有與66kV旁路母線連接，也就是說兩臺主變低壓側(cè)開關(guān)不能由旁路開關(guān)代出，這樣接線供電可靠性較低，不符合典型設(shè)計(jì)。所以在設(shè)計(jì)仿真220kV長春變電站主接線部分時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)的典型接線建模，即一號、二號主變兩個(gè)二次主開關(guān)可以由旁路開關(guān)代出。改進(jìn)220kV長春變電站主接線的原型，建立典型的仿真一次模型，其相應(yīng)的二次系統(tǒng)及信息、畫面、保護(hù)配置等均進(jìn)行了對應(yīng)仿真。

（2）站用電源仿真部分。原站用電源是由一臺站外變和一條66kV長雙乙線的線路側(cè)供電。這樣站用電形式與典型設(shè)計(jì)不符，可靠性也不高。開發(fā)人員在站用電交流系統(tǒng)建模時(shí)改進(jìn)了接線形式，站用電系統(tǒng)由66kV母線接引增加一臺2號站用變。按照1號站用變實(shí)際情況，2號站用變的型號參數(shù)、保護(hù)配置、運(yùn)行狀態(tài)、異常表現(xiàn)、動作邏輯與1號站用變相同，并與1號站用變配合，配有備用電源自動投入裝置（見圖1）。

站用電源仿真模型在接線形式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改進(jìn)的同時(shí)，開發(fā)人員對兩臺站用變的低壓側(cè)斷路器型號進(jìn)行了兩種選型仿真：一是帶有欠壓脫扣機(jī)構(gòu)的斷路器，二是不帶欠壓脫扣機(jī)構(gòu)的斷路器。這樣的設(shè)計(jì)思想是當(dāng)變電站或所在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)電壓出現(xiàn)波動，站用變低壓側(cè)兩種斷路器仿真模型受到?jīng)_擊后的動作行為不同。這為仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提供了多樣的培訓(xùn)案例，為學(xué)員開展不同的課題分析和不同方法的處理提供了仿真平臺。開發(fā)人員在開發(fā)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)時(shí)，科學(xué)把握了原型的真，又進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化原型的仿，豐富了仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容。

2.仿真220kV平泉變電站

220kV平泉變電站一次側(cè)接線形式原來是線路——變壓器組形式（見圖2）。開發(fā)人員考慮到220kV平泉變電站線路——變壓器組形式雖然是少見的特例形式，但卻具有一定培訓(xùn)意義，決定保留其特例型式。同時(shí)也把220kV平泉變電站的一次主接線仿真模型按標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)橋接線開發(fā)（見圖3），即仿真220kV平泉變電站具有兩種接線型式，培訓(xùn)時(shí)根據(jù)教學(xué)的需要裝載不同的接線模型。

仿真220kV平泉變運(yùn)行方式I為橋接線形式。平泉站側(cè)線路春平甲、乙線7811斷路器、7812斷路器以及橋聯(lián)7800的斷路器在合位（見圖4）。1號主變中性點(diǎn)為直接接地方式，2號主變中性點(diǎn)為間隙接地方式，且可依據(jù)運(yùn)行方式的改變而改變。220kV側(cè)為大電流接地系統(tǒng)，66kV為小電流接地系統(tǒng)。平泉變220kV線路側(cè)保護(hù)配置和對側(cè)220kV長春變的春平甲乙線保護(hù)配置相同。 220kV平泉變的兩臺主變保護(hù)配置相同，主保護(hù)有差動保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，此兩種保護(hù)在主變本身故障時(shí)跳開主變一、二次主開關(guān)，同時(shí)動作于橋聯(lián)開關(guān)，啟動66kV備自投裝置，自動合上66kV側(cè)分段開關(guān)。后備保護(hù)配有高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過電流保護(hù)，低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過電流保護(hù)，過負(fù)荷，輕瓦斯保護(hù)，零序過流靈敏兩段，零序過電壓保護(hù)。間隙接地保護(hù)按反措執(zhí)行。橋開關(guān)配有過流II段、III段保護(hù)。兩臺主變高壓側(cè)的橋內(nèi)側(cè)增加相應(yīng)的隔離開關(guān)。

仿真220kV平泉變運(yùn)行方式II為單元接線形式。平泉變側(cè)春平甲、乙線7811開關(guān)、7812開關(guān)在合位，橋聯(lián)7800開關(guān)在分位（冷備用或熱備用），如圖5所示。此時(shí)運(yùn)行方式即為線路——變壓器組單元接線形式，1號、2號主變中性點(diǎn)均不接地，橋聯(lián)7800開關(guān)配置了備自投裝置，同時(shí)考慮和66kV側(cè)分段開關(guān)備自投裝置的時(shí)間配合，且220kV側(cè)、66kV側(cè)備自投裝置配有投退壓板。線路和主變的繼電保護(hù)配置與運(yùn)行方式I保護(hù)配置相同，主保護(hù)和后備保護(hù)均能進(jìn)行投退，有跳主變一次、二次開關(guān)和橋聯(lián)開關(guān)的壓板。

3.模型分析

（1）運(yùn)行方式II就是保留了原型平泉變正常運(yùn)行方式，即線路——變壓器單元接線方式。當(dāng)春平乙線線路發(fā)生永久性接地故障時(shí)，長春變側(cè)在繼電保護(hù)正確動作下，保護(hù)動作出口跳開春平乙線2808開關(guān)，重合閘動作，監(jiān)控機(jī)顯示（語音報(bào)警），字幕顯示平泉變66kV備自投保護(hù)動作，平泉變電站側(cè)二號主變二次主開關(guān)跳閘，66kV分段開關(guān)合上。

處理過程：檢查、記錄、分析和報(bào)告相關(guān)調(diào)度；聯(lián)系省調(diào)合上平泉變2號主變中性點(diǎn)接地刀閘后由長春變電站側(cè)強(qiáng)送一次失?。话词≌{(diào)令拉開長春變電站春平乙線乙、西刀閘，平泉變二號主變二次主甲刀閘后，在長春變電站春平乙線乙刀閘線路側(cè)三相驗(yàn)電確無電壓，并裝設(shè)接地線一組；在平泉變春平乙線7812乙刀閘線路側(cè)三相驗(yàn)電確無電壓，并裝設(shè)地線一組。此時(shí)技術(shù)層面事故處理告一段落。此時(shí)平泉變的運(yùn)行方式為春平甲線帶1號主變及66kV兩段母線運(yùn)行。

（2）當(dāng)運(yùn)行方式為I時(shí)，即為標(biāo)準(zhǔn)的橋形接線方式。當(dāng)春平乙線線路發(fā)生永久性接地故障時(shí)，220kV長春變電站、220kV平泉變電站在繼電保護(hù)正確動作下，跳開春平乙線兩側(cè)2808開關(guān)和7812開關(guān)，重合閘動作，監(jiān)控機(jī)顯示（語音報(bào)警）220kV平泉變春平乙線7812開關(guān)跳閘。此時(shí)平泉變的運(yùn)行方式為春平甲線帶1號、2號主變運(yùn)行。這種故障情況下無需變壓器中性點(diǎn)刀閘操作，主變壓器也避免過載的可能性，只需進(jìn)行掛地線處理即可。

分析發(fā)現(xiàn)兩種不同運(yùn)行方式下分別發(fā)生同一類型故障時(shí)，保護(hù)及自動裝置的動作不同。方式I繼電保護(hù)的動作是跳開春平乙線兩側(cè)2808開關(guān)和7812開關(guān)即可。方式II繼電保護(hù)的動作是在跳開春平乙線2808開關(guān)的同時(shí)，平泉變66kV備自投裝置動作，跳開主變壓器二次主開關(guān)，合上66kV分段開關(guān)。不同方式下保護(hù)或自動裝置的動作斷路器跳閘結(jié)果不同，也導(dǎo)致故障后的運(yùn)行方式不同，因而運(yùn)行值班員的事故處理也不同。兩種模型的建立為教學(xué)提供了多樣的培訓(xùn)素材，也為培訓(xùn)學(xué)員創(chuàng)造了豐富的討論課題，極大地鍛煉了培訓(xùn)學(xué)員的分析能力。

三、開發(fā)特點(diǎn)

1.完整的混仿設(shè)計(jì)思想

在調(diào)研國內(nèi)變電仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行認(rèn)真分析總結(jié)。對變電站及所在電網(wǎng)運(yùn)行工況進(jìn)行全面仿真，模型含有500kV、220kV、66kV電壓等級的常規(guī)變電站、綜自變電站、集控站多種仿真，能給培訓(xùn)學(xué)員以系統(tǒng)的、完整的概念。其中，220kV仿真長春變電站實(shí)現(xiàn)了物理仿真與數(shù)字仿真相結(jié)合的混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。物理仿真按照常規(guī)變電站運(yùn)行值班室的環(huán)境和設(shè)備進(jìn)行仿真，控制屏、模擬屏、直留屏、保護(hù)屏、值班工作臺等完全按照現(xiàn)場一比一仿真，給人以真實(shí)場景感受。數(shù)字仿真利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其大屏幕投影系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟盤臺監(jiān)控和3D室外設(shè)備巡視維護(hù)的模擬。該仿真系統(tǒng)可以進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)盤、設(shè)備巡視、倒閘操作、事故處理等相關(guān)運(yùn)行工況和各項(xiàng)工作流程的崗位培訓(xùn)。

2.模型的置換設(shè)計(jì)思想

該系統(tǒng)另一個(gè)突出的特點(diǎn)是“一、二次設(shè)備模型元件庫”的設(shè)計(jì)思想。根據(jù)培訓(xùn)的需求進(jìn)行相應(yīng)模型切換，通過豐富的培訓(xùn)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)不同培訓(xùn)的目標(biāo)。仿真平泉變兩種運(yùn)行方式和仿真長春變電站站用變壓器低壓斷路器的兩種模型的仿真設(shè)計(jì)就是“元件置換”思想的體現(xiàn)，利用一、二次設(shè)備元件庫置換其他不同設(shè)備模型，為培訓(xùn)教學(xué)提供了不同的演練平臺，使該系統(tǒng)能滿足變電運(yùn)行培訓(xùn)所要求的真實(shí)性、靈活性。

四、結(jié)束語

在設(shè)計(jì)過程中以滿足變電運(yùn)行工種崗位培訓(xùn)需要為出發(fā)點(diǎn)，以國家電網(wǎng)公司頒布的《培訓(xùn)規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，把握仿真系統(tǒng)開發(fā)的仿與真原則，以實(shí)際變電站及所在電網(wǎng)為原型開發(fā)的綜合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，保證了崗位培訓(xùn)教學(xué)的真實(shí)性和實(shí)用性，體現(xiàn)出仿真系統(tǒng)的真。按照國家電網(wǎng)公司頒布《變電站典型設(shè)計(jì)》的要求，改進(jìn)和完善模型的開發(fā)，保證仿真系統(tǒng)具備典型性、通用性、先進(jìn)性，為培訓(xùn)教學(xué)提供了標(biāo)準(zhǔn)的仿真模型，體現(xiàn)出仿真系統(tǒng)的仿。從近三年的培訓(xùn)來看，在對國網(wǎng)大學(xué)生崗前培訓(xùn)的教學(xué)中收到了很好的效果。

（責(zé)任編輯：王祝萍）