變電站仿真實踐教學改革與實踐

聶永輝　宋東輝

摘要：仿真培訓已經成為目前對學生最有效的實踐技能培訓手段。變電站仿真系統通過對電網結構及其運行操作進行仿真，使學生熟悉電力系統現場操作規程，豐富實踐經驗，以提高他們正確判斷和處理事故的能力。通過變電站仿真網絡實驗教學與實踐改革，探索一條適合現場運行需要的電氣工程專業實踐教學改革新路徑，為學生走上工作崗位提供堅實的平臺。

關鍵詞：網絡實驗教學；變電站仿真系統；教學改革

中圖分類號：G961 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）06-0089-02

電氣工程專業是我校的特色專業，絕大多數畢業生會服務于電力行業，專業教學不只以拓寬專業知識面和加強基礎課與專業基礎課為導向，作為工科專業，教學尤其是專業實踐教學環節應面向工程實際，且在一定程度上反映專業發展方向，體現技術發展進步。傳統的實踐環節作為電氣設備、自動控制、電力系統分析、繼電保護等各門理論教學環節的輔助環節，以加強對理論知識的理解和掌握。這帶來的弊端是學生不能掌握在正常運行和故障情況下各個設備之間、一次設備和二次設備之間的相互影響關系，缺乏運行方式改變對系統潮流影響規律的認知，缺乏對威脅電力系統安全穩定運行影響因素的整體分析。這為電氣工程專業實踐教學提出嚴峻挑戰，在深入掌握理論知識的同時如何和現場接軌，如何適應日益復雜的電力系統運行操作和事故處理，變電站仿真可以滿足學生的實際動手操作需要，使他們具備正確判斷和處理事故的能力。這不僅能夠加深對理論知識的理解，還為學生走上工作崗位打下堅實的基礎[1]。

一、變電站仿真實踐教學的特點

變電站仿真系統利用計算機數字仿真技術和數據庫技術，準確地實現遙信、遙測、遙控、遙調、繼電保護和自動裝置等綜合自動化功能的模擬。利用計算機的圖形圖像及多媒體技術，將變電站主控室和一次設備呈現在顯示器上，實時顯示系統潮流分布，使學生可以身臨其境地學習和掌握真實變電站的正常運行、事故處理，提高學生的綜合實踐能力。

由于該系統具有培訓方式靈活、實時仿真、界面形象直觀、操作容易、內容全面等特點，可以有效地克服電氣工程專業實踐教學面臨的問題，對不同專業課理論學習的融會貫通提供一個實踐平臺，從而全方位地理解、掌握電力系統的設備工作原理和穩定運行機理，增強學生對電網運行的分析、管理和解決實際問題的能力。但如果將該實踐環節推向網絡，將進一步緩解電氣工程專業實踐教學面臨的問題[3]。

二、變電站仿真實驗教學的網絡化改革與創新

（一）實驗教學內容的設計

根據實驗條件，主要開設和準備開設的網絡教學內容包括下面幾個方面。

1.模擬倒閘操作。倒閘操作是運行人員日常工作內容之一，熟練并正確地進行倒閘操作，是每一個變電站運行人員必備的基本功能。能否正確倒閘操作，直接影響電網的安全運行。在仿真變電站中，如果培訓人員出現誤操作，與實際變電站一樣，會有音響。跳閘斷路器指示燈閃光、表計發生響應變化等信息，通過倒閘操作的培訓，加深變電站運行人員對倒閘操作重要性的認識。倒閘操作的主要內容包括電力線路的停、送電操作，電力變壓器的停、送電操作，發電機的啟動、并列和解列操作，電網的合環與解環，母線接線方式的改變（倒母線操作），中性點接地方式的改變，繼電保護裝置的調整，接地線的安裝與拆除等。

2.模擬事故處理。隨著一次設備可靠性的提高和微機保護、自動裝置的日臻完善，電網的安全性不斷提高，設備的故障率有較大的降低，因此值班員現場分析及事故處理的機會變少，應變能力較低。因此，對培訓人員進行異常、事故處理培訓，是仿真變電站的重中之重。通過仿真培訓，可以使變電運行人員在很短的時間內積累豐富的運行經驗，見效快，效果好，起到不可替代的作用。其主要內容包括變壓器的異常運行和事故處理、占用電及直流系統常見故障處理、母線失壓和全站失壓事故處理、系統事故和異常處理。

3.變電站綜合自動化應用。變電站綜合自動化系統是利用自動控制技術、信息處理和傳輸技術，通過計算機軟硬件系統或自動裝置代替人工進行各種變電站運行操作，對變電站執行自動監視、測量、控制和協調，主要包括潮流調整及其分析、繼電保護動作情況分析、斷路器控制回路等。

教師可以根據學生的不同興趣愛好，有針對性地培養。比如，提前進行學習需求調查，了解每個學生比較感興趣的內容，引導學生自主探索，在發現問題時通過查閱文獻資料或向教師請教解決問題，發掘學生的學習潛力，使他們在不斷解決問題的過程中提高自己。教學過程中，學生要定期匯報學習進展情況，探討學習體會；教師針對匯報內容進行點評，提出問題，啟發學生發現問題，并通過努力解決問題，增強學生的自主學習能力，培養樂于學習的習慣。

（二）實驗教學方法的改革

采用的實驗教學方法如下[4]。

1.加強教師在網絡實驗教學中的主導作用。在網絡實驗教學中，要把學生作為學習的主體，強化教師在網絡實驗教學中的作用，引領學生探索電力系統的運行規律。

2.學生實驗的組織和管理。電網及變電站運行仿真的所有操作都在計算機上完成，通過網絡技術，可使多臺電腦同時運行，相當于每人擁有一臺仿真變電站。軟件仿真提高了運行人員的培訓效率，降低了培訓成本，這為電網運行仿真網絡教學提供了可能。

3.開放式課程教學建設。教學網站開發了實驗預習系統，能及時地解決學生在實際操作中碰到的各種疑難問題；通過網絡答疑系統，指導學生使用電網及變電站運行仿真遠程培訓系統，排除實驗故障，交流實驗經驗和體會。

4.教與學互動交流論壇建設。教與學交流論壇用于師生之間的互動交流，這一系統的優勢在于不必設定專門的答疑、討論的時間與地點，不但節約教師、學生的寶貴時間，還節約了教室、實驗室等教學資源。

三、變電站仿真網絡實驗教學的考試評價

考核評價系統基于局域網路，由教師機運行的考核管理系統出題發送至學員機，學員機運行反震變電系統，通過獲取題目操作從教師機讀取試題，完成操作后通過交卷將操作的全部事件記錄上傳至教師機的考核管理系統。教師機不斷刷新考核管理系統界面，收取學員操作事件記錄，并完成試卷打印及電子存檔。考核管理系統與對應仿真系統通過網絡實現集中考核管理功能，實現集中發送考核題目和集中收取所有學員考核操作記錄。這種方式突破了傳統硬件仿真機在同一時間只能一人上機操作的限制，其優點是：在局域網中所有安裝仿真軟件的電腦，均可作為學員機進行考核操作，實現多人同時上機考核，且考試時間、考題相同，使得考核評價方式公平且效率高。考核評價系統功能包括用戶分發、統一出題、收卷、試卷備份、仿真考核題庫和考試評價五個部分。

通過對學生水平的考核，可以讓他們更加注重電網及變電站運行仿真實踐環節的重要性，增強對電力系統運行的應用能力，適應未來工作的需要。

四、結束語

實踐表明，變電站仿真系統滿足了電氣工程專業實踐教學的需要，是實踐教學環節的重要組成部分，是專業理論教學的有效補充。變電站仿真網絡實驗教學的改革和創新，可以激發學生對仿真實驗的興趣，不僅能促進理論知識的學習，而且可以開闊知識面，提高學生分析電網運行規律和實踐創新的能力。隨著電力系統的不斷發展、完善，我們應該不斷改善變電站仿真網絡實驗教學體系，增加新的網絡實驗教學內容，使學生成為合格的電力系統運行人員。

參考文獻：

[1]石光明.實驗中心開放運行模式的探索和實踐[J].中國電子教育，2008，（2）：665-68.

[2]李俊秀，馬應魁，王瑾，等.電氣自動化技術專業高技能人才培養方案的研究與實踐[J].中國職業技術教育，2012，（11）：60-64.

[3]錢德沛，張力軍，洪飛，等.計算機網絡實驗教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]孫文彬.構建多層面的創新實驗教學體系的實踐與思考[J].高等建筑教育，2006，15（3）：107-110.

[5]黃解軍，袁艷斌，崔巍，等.創新型實驗教學體系的改革與實踐[J].實驗科學與技術，2007，5（5）：80-82.

[6]馮燕芳.高職院校實踐教學評價指標體系研究[J].職業技術育，2012，（8）：34-36.