基于仿真與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的電氣工程實(shí)踐教學(xué)模式探索

摘 要：電氣工程專業(yè)由于其行業(yè)的特殊性，學(xué)生的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)不能在變配電所進(jìn)行操作，本文以介紹了110kV智能變電站運(yùn)行仿真平臺(tái)并以此平臺(tái)為依托，該平臺(tái)模擬了實(shí)際運(yùn)行中的變電站內(nèi)的一次設(shè)備、二次設(shè)備以及與其相關(guān)聯(lián)電網(wǎng)。學(xué)生可以針對(duì)工作內(nèi)容要求，對(duì)平臺(tái)內(nèi)一次設(shè)備按照電力系統(tǒng)操作要求進(jìn)行各種操作，并觀察相關(guān)儀表及指示系統(tǒng)的信號(hào)，達(dá)到熟悉變電站內(nèi)的一、二次設(shè)備，加深對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)程理解。

關(guān)鍵詞：電氣工程；實(shí)踐教學(xué)；仿真平臺(tái)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.205

1 項(xiàng)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(dòng)化，由于其行業(yè)的特殊性，電壓等級(jí)高，電流強(qiáng)度大，安保防護(hù)措施要求非常高，所以輸變電企業(yè)，一般不可能接納學(xué)生進(jìn)入變電站或發(fā)電廠實(shí)習(xí)或?qū)嵱?xùn)。為保障供電的可靠性，進(jìn)入變電站的學(xué)生，除了參觀以外，根本不可能實(shí)際操作任何開關(guān)和按鈕，不可能觀察到電力系統(tǒng)異常運(yùn)行的現(xiàn)象和特點(diǎn)，也無法進(jìn)行分析計(jì)算等；真實(shí)的變電站，特別是高電壓等級(jí)變電站的建設(shè)費(fèi)耗資巨大，高校不可能，獨(dú)立建設(shè)真實(shí)的高電壓等級(jí)的變電站。因此，必須借助于仿真平臺(tái)，彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)條件的不足。高校建立仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，是滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。

電氣工程專業(yè)的教學(xué)，必須借助現(xiàn)代教育手段從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式等方面全方位進(jìn)行改革創(chuàng)新，提高電氣工程實(shí)踐教學(xué)效率，以滿足人才培養(yǎng)的要求。

2 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)越性和特色

我校采用的是武漢世紀(jì)華勝科技有限公司開發(fā)的110kV綜合自動(dòng)化仿真變電站的操作平臺(tái)，該平臺(tái)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(yùn)行管理維護(hù)、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(wǎng)之間的相互作用、相互影響，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位、全過程的仿真培訓(xùn)，還可以對(duì)每一臺(tái)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置不同故障，對(duì)學(xué)生掌握程度進(jìn)行考核。

變電站仿真平臺(tái)的優(yōu)越性在于采用虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及故障處理，使專業(yè)培訓(xùn)內(nèi)容游戲化、信息化及網(wǎng)絡(luò)化；基于云計(jì)算仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的不受時(shí)間、空間限制的學(xué)習(xí)機(jī)制，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、靈活性和敏捷性。

變電站仿真平臺(tái)的特色：通過對(duì)于站內(nèi)一次設(shè)備、二次設(shè)備以及關(guān)聯(lián)電網(wǎng)的描述，模擬了變電站的實(shí)際工作環(huán)境。學(xué)生可以根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的正常倒閘操作，故障時(shí)處理方案及操作要求在仿真平臺(tái)上對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行各種操作、觀察，以加深對(duì)廠站內(nèi)設(shè)備熟悉、操作規(guī)程理解。該平臺(tái)還可以培訓(xùn)變電站學(xué)生正確熟練地掌握變電站的巡視、操作，提高學(xué)生正確判斷、排除各種異常和故障的能力等。通過反復(fù)設(shè)置可能存在的各種故障，并對(duì)故障進(jìn)行判斷和分析，提高了學(xué)生對(duì)變電站運(yùn)行的綜合操作、控制和反事故能力，能提高實(shí)踐教學(xué)效率，滿足人才培養(yǎng)的要求。

變電站仿真平臺(tái)的創(chuàng)新點(diǎn)：應(yīng)用智能變電站運(yùn)行仿真平臺(tái)組織教學(xué)具有突出優(yōu)點(diǎn)。一方面，界面形象直觀、操作方便，實(shí)驗(yàn)不受場(chǎng)地等條件限制；另一方面，解決了傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中高消耗、低效率、涉及面窄以及綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難以開展，開出率低的矛盾。

3 采用仿真平臺(tái)探索實(shí)踐教學(xué)的體會(huì)

我校電氣自動(dòng)化專業(yè)已開辦21年，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)7年的，但由于電力行業(yè)的特殊性，電氣專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)問題一直困擾著教學(xué)工作，通過本項(xiàng)目的研究，借助于仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)《電力系統(tǒng)分析》《變電站綜合自動(dòng)化》《高電壓技術(shù)》等課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并通過模擬操作，讓學(xué)生體驗(yàn)變配電所的工作環(huán)境，提高學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)問題的綜合分析能力，達(dá)到學(xué)校的理論學(xué)習(xí)與工作后的無縫對(duì)接。

該項(xiàng)目是通過對(duì)110kV智能變電站運(yùn)行平臺(tái)的仿真，對(duì)于站內(nèi)一次設(shè)備、二次設(shè)備以及關(guān)聯(lián)電網(wǎng)的描述，模擬了變電站的工作環(huán)境。運(yùn)行人員可以針對(duì)自己的工作內(nèi)容對(duì)虛擬站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行各種操作、觀察，可以達(dá)到對(duì)廠站內(nèi)設(shè)備熟悉、對(duì)規(guī)程加深理解。使運(yùn)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(fù)培訓(xùn)，提高對(duì)變電站運(yùn)行的綜合操作、控制和反事故能力，能提高實(shí)踐教學(xué)效率，滿足人才培養(yǎng)的要求。該平臺(tái)可以完成功能有：

（1）日常操作、監(jiān)視培訓(xùn)功能。監(jiān)視正常運(yùn)行時(shí)的各種狀態(tài)，如開關(guān)控制把手的切/合位置、指示燈的狀態(tài)、各種測(cè)量?jī)x表的示數(shù)、變壓器溫度、分頭位置等。

（2）操作培訓(xùn)。電力線路及電氣設(shè)備的正常投入和切斷時(shí)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(shè)置可能存在的各種故障，通過仿真監(jiān)控系統(tǒng)中的報(bào)文和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果，要求學(xué)生分析判斷電氣設(shè)備出現(xiàn)各種故障的類型和故障范圍，并及時(shí)進(jìn)行故障查找和處理，盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（4）巡視系統(tǒng)功能。按規(guī)程所規(guī)定的項(xiàng)目和巡視周期的規(guī)定，利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行一、二次設(shè)備的巡視，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的正常、異常、缺陷進(jìn)行判別和處理。

按照現(xiàn)場(chǎng)制定的運(yùn)行規(guī)程規(guī)定：要定期采用專用工具對(duì)站內(nèi)外的一次設(shè)備和運(yùn)行回路進(jìn)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(yùn)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(luò)等，仿真平臺(tái)采用多媒體手段展現(xiàn)變電站所有設(shè)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(chǎng)所有場(chǎng)景，在時(shí)間、空間上極其逼真地顯像，達(dá)到身臨其境的效果。

經(jīng)過2周的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和仿真培訓(xùn)，學(xué)生對(duì)變電站的運(yùn)行維護(hù)及事故處理有了深入的了解，但由于學(xué)習(xí)時(shí)間集中，補(bǔ)充內(nèi)容較多，學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的主接線，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)，系統(tǒng)故障分析及處理等連貫性不強(qiáng)，往往從單一課程內(nèi)容考慮，影響了訓(xùn)練效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]武漢華勝電力科技有限公司.110kV變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]武漢華勝電力科技有限公司.綜合自動(dòng)化仿真變電站實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書[S].

[3]東蔚.220kV變電站與仿真培訓(xùn)教程[M].北京：中國電力出版社，2014（11）.

本文為荊楚理工學(xué)院項(xiàng)目編號(hào)“JX-201626”基于仿真與實(shí)際相結(jié)合的電器工程實(shí)踐教學(xué)模式的探索階段性成果。

作者簡(jiǎn)介：何習(xí)佳（1968-），女，陜西藍(lán)田人，本科，副教授，從事電力系統(tǒng)分析教學(xué)及研究工作。