基于仿真與現(xiàn)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(yè)由于其行業(yè)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(lián)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(tǒng)操作要求進行各種操作，并觀察相關儀表及指示系統(tǒng)的信號，達到熟悉變電站內的一、二次設備，加深對電力系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)及其自動化，由于其行業(yè)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(yè)，一般不可能接納學生進入變電站或發(fā)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(tǒng)異常運行的現(xiàn)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(yè)的教學，必須借助現(xiàn)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(chuàng)新，提高電氣工程實踐教學效率，以滿足人才培養(yǎng)的要求。

2 仿真實驗平臺的優(yōu)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)越性在于采用虛擬現(xiàn)實、多媒體和網絡技術，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的運行維護及故障處理，使專業(yè)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(xiàn)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(lián)電網的描述，模擬了變電站的實際工作環(huán)境。學生可以根據(jù)電力系統(tǒng)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(guī)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(yǎng)的要求。

變電站仿真平臺的創(chuàng)新點：應用智能變電站運行仿真平臺組織教學具有突出優(yōu)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(tǒng)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(yè)已開辦21年，電氣工程及其自動化專業(yè)開設7年的，但由于電力行業(yè)的特殊性，電氣專業(yè)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(xiàn)《電力系統(tǒng)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(huán)境，提高學生對電力系統(tǒng)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(lián)電網的描述，模擬了變電站的工作環(huán)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(guī)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(yǎng)的要求。該平臺可以完成功能有：

（1）日常操作、監(jiān)視培訓功能。監(jiān)視正常運行時的各種狀態(tài)，如開關控制把手的切/合位置、指示燈的狀態(tài)、各種測量儀表的示數(shù)、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(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)中的報文和監(jiān)測數(shù)據(jù)的結果，要求學生分析判斷電氣設備出現(xiàn)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(tǒng)的正常運行。

（4）巡視系統(tǒng)功能。按規(guī)程所規(guī)定的項目和巡視周期的規(guī)定，利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)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(xiàn)場制定的運行規(guī)程規(guī)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(fā)熱、冷卻系統(tǒng)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(xiàn)變電站所有設備，包括變電站正常、異常、事故工況下的現(xiàn)象和聲音等現(xiàn)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(tǒng)的主接線，設備運行維護，系統(tǒng)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(xiàn)場運行規(guī)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(tǒng)分析教學及研究工作。