繼電保護虛擬仿真實驗建設

郭丙君 常虹 范宇

摘?要：虛擬仿真技術是一項遠程教學的重要技術，本文應用基于積件庫的方式開發了基于網絡的繼電保護虛擬仿真實驗，分析了繼電保護虛擬仿真實驗的必要性，實驗教學開發思路以及特點，對于開展同類的虛擬仿真實驗具有一定的參考價值。

關鍵詞：虛擬仿真實驗;積件庫;繼電保護遠程實驗

1?緒論

遠程虛擬仿真實驗在互聯網時代具有重要意義，對于如繼電保護原理這樣的課程對于實踐性的教學要求是很高的，而工科課程的遠程虛擬仿真實驗教學是教學過程中的一個薄弱環節，在互聯網時代，開展工科專業遠程實驗教學已經顯得十分必要[12]。由于學生在不同的地點在不同的時間來開展實驗的特點就決定了遠程實驗不能受時間和空間的限制，目前一種基于網絡的虛擬實驗開發技術得到了廣泛的應用，利用開發的積件庫可以自由的搭建相關課程的實驗，該技術是開放性的，完全基于網絡環境，非常適合于遠程實驗的開發，同時基于能實不虛的原則合理地選擇實驗項目是十分必要的，本人基于目前使用比較廣泛的“靜一積件式教學仿真軟件”開發環境，開發了繼電保護原理的遠程虛擬仿真實驗，對于開展相關的虛擬仿真實驗具有一定的指導意義。

2?基于網絡的虛擬遠程繼電保護實驗平臺

本文應用了基于積件庫為基礎的虛擬遠程實驗平臺來進行繼電保護原理遠程實驗的開發，它是目前比較流行的虛擬實驗開發技術，這種虛擬仿真實驗開發技術的核心就是要求先要對仿真對象進行有效的建模，可以是根據物理模型建立數學方程組，然后應用數值計算方法進行仿真計算，將實驗的各種要素制作成為積件，建立相關的積件庫，由學生根據相關實驗要求來搭建實驗系統，這樣就形成了積件式教學虛擬實驗仿真平臺。應該指出基于積件庫技術的虛擬實驗平臺完全可以在網絡環境下運行，完全脫離了物理環境的依賴，實現了真正意義上的基于網絡的虛擬實驗。

這個仿真實驗平臺可以要求進行相關的實驗理論的預習，設置了良好的“教學—實驗—評測”的閉環實驗環境，可以滿足學生的自主學習，自主管理的目的，是一種值得推廣的虛擬仿真實驗平臺。

對于大型化工公司來說其供電容量比較大，供電的電壓等級也比較高，其變電所的電壓等級為110kV，而實際的高壓設備運行時是很少有故障出現的，學生及公司的技術人員是難以在繼電保護方面得到相關的訓練的。同時應該指出：

（1）高壓大電流的實驗設備投入巨大，實驗建設很困難;

（2）實驗的電壓很高，進行實驗比較危險的;

（3）輸電線路通常是架空線路，空間高度大，模擬困難;

（4）應用了虛擬仿真實驗可以設置各種故障情況，比較好地提高學生的實踐能力。

本文設計了一個電力系統的繼電保護系統，使用三段式距離保護加一次重合閘后加速作為線路主保護。通過實驗，更好地掌握三段式距離保護及一次自動重合閘后加速的原理及實際操作。

使用者可以通過漫游形式對整個變電站環境進行認識，并且結合變電站一次主接線回路圖，認識變電站測控設備對應使用。圖1所示為變電站場景。

點擊實驗運行菜單按鈕，進入實驗運行操作狀態，進入到220kV變電站場景，可以使用鍵盤方向按鍵和鼠標進行場景的漫游，結合變電站一次主接線內容進行變電站的布局和配置設備認知（變壓器、斷路器、互感器、操動機構、220kV進線、110kV出線、10kV、配電房、控制室等）。圖2、圖3所示為變電站及其設備。

在不同的場景下可以打開對應的測控面板，外場景下可以打開220斷路器開關操作面板和110斷路器開關操作面板，對應主接線查看斷路器位置，通過光字牌查開斷路器和操動機構狀態，并可以對一個斷路器進行分合閘操作，觀察他們的動作情況。如圖4所示。

圖5給出了電力系統三段式距離保護一次自動重合閘后加速保護實驗測控操作面板，圖6、7為距離保護一次及二次回路。學生可以自己進行實驗線路的搭建，并進行實驗調試，反復觀察實驗結果，線上實驗操作方便，滿足了教學的需要。

由于具有了遠程虛擬仿真平臺，目前已經開發了比較多的實驗項目：

（1）變壓器倒閘操作;

（2）母線倒閘操作;

（3）三相一次重合閘裝置實驗;

（4）距離保護及階段式方向距離保護整定實驗;

（5）線路過電流保護與自動重合閘綜合實驗;

（6）線路過電流保護與自動重合閘后加速綜合實驗;

（7）供電線路電流速斷保護實驗;

（8）配電變壓器的過負荷保護實驗等仿真實驗。

和實驗室現有的硬件實驗平臺互相補充，發揮出各自的優點，取長補短，滿足學生及相關公司的技術人員的自主實驗的需求。

3?結語

電力系統繼電保護虛擬仿真實驗是基于網絡的虛擬遠程實驗平臺開發的，它使得電力系統繼電保護實驗教學真正實現網絡化，擺脫實驗對物理環境的依賴，教學雙方找到最適合自己的交流平臺，形成以平臺為核心的人才培養新的模式。

參考文獻：

[1]郭丙君.遠程實驗方法探討[J].教育學文摘，20191，203（1）：103104.

[2]唐鴻儒，宋愛國.基于Internet的遠程控制實驗室研究[J].測控技術，2005，25（2）：5458.

作者簡介：郭丙君（1962—?），男，上海人，博士，教授，研究方向：先進控制、工業電氣自動化及仿真、電力電子與電力傳動、工業過程模型化與控制。