虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化綜合實(shí)習(xí)中的應(yīng)用

李彩娟，王峰，程航

（蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院，甘肅蘭州，730050）

0 引言

蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)主要為西北地區(qū)電力企業(yè)培養(yǎng)在電力相關(guān)領(lǐng)域從事運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)管理等方面工作的應(yīng)用型人才。在專(zhuān)業(yè)教育中我們注重學(xué)生的工程意識(shí)及分析解決工程實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)[1]。電力系統(tǒng)自動(dòng)化綜合實(shí)習(xí)是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生在學(xué)完電機(jī)學(xué)、電力系統(tǒng)分析、發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置課程之后進(jìn)行的綜合實(shí)踐課，實(shí)習(xí)以電力企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人才需求確定實(shí)習(xí)內(nèi)容。實(shí)習(xí)內(nèi)容包括電力系統(tǒng)中自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的操作、變電站的巡視、變電站的倒閘操作及故障處理、電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)常規(guī)操作、變電、輸電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)操作、自動(dòng)與手動(dòng)無(wú)功功率補(bǔ)償操作、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。通過(guò)實(shí)習(xí)使學(xué)生熟悉電力系統(tǒng)的監(jiān)控、運(yùn)行控制及二次設(shè)備調(diào)節(jié)、測(cè)量、保護(hù)的理論和技術(shù)。

1 虛擬仿真實(shí)習(xí)的必要性

受電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性等多方面原因的限制，實(shí)習(xí)時(shí)不在真實(shí)變電站的電氣設(shè)備上進(jìn)行倒閘操作等試驗(yàn)，更不能在工程實(shí)景中設(shè)置短路、斷線等事故讓學(xué)生處理，而脫離工程實(shí)際的實(shí)習(xí)不利于提高學(xué)生對(duì)變電站突發(fā)事故的正確處理能力[2]，而虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)模擬實(shí)際的變電站，學(xué)生在3D場(chǎng)景中完成變電站的日常運(yùn)維工作，對(duì)提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能有很大的幫助，同時(shí)也作為物理模擬的必要補(bǔ)充。

我校物理模擬實(shí)習(xí)采用WDJS-8000動(dòng)模試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。通過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)臺(tái)融合電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析、電力系統(tǒng)暫態(tài)分析學(xué)生熟悉了電力系統(tǒng)二次設(shè)備調(diào)節(jié)、測(cè)量、保護(hù)的理論和技術(shù)。數(shù)字仿真采用220kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行變電站的監(jiān)控、設(shè)備巡視、倒閘操作及事故處理。

2 智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采集某220kV智能變電站主接線及運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建了虛擬智能變電站，圖1所示為智能變電站主接線。

圖1 智能變電站主接線圖

2.1 電氣一次部分

220kV智能變電站兩臺(tái)主變均采用容量為180MVA，額定電壓為220kV/121kV/11kV的自耦變壓器，220kV側(cè)設(shè)備均采用室外敞開(kāi)式設(shè)備，采用雙母線接線，共10個(gè)間隔。其中線路間隔5條，主變間隔2個(gè)、母聯(lián)間隔1個(gè)，EVT間隔2個(gè)；110kV側(cè)設(shè)備采用采用室外敞開(kāi)式，接線形式采用雙母線接線，共12個(gè)間隔，其中線路間隔7條、主變間隔2個(gè)、母聯(lián)間隔1個(gè)，EVT間隔2個(gè)；10kV側(cè)設(shè)備采用室內(nèi)手車(chē)開(kāi)關(guān)柜，接線方式為單母線分段接線，共17個(gè)間隔，其中線路間隔4條、主變間隔2個(gè)、電容器間隔6個(gè)，分段間隔1個(gè)、所用電間隔2個(gè)，PT間隔2個(gè)。

2.2 電氣二次部分

監(jiān)控系統(tǒng)采用的四方公司CSC-2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)作為仿真對(duì)象，模擬監(jiān)控系統(tǒng)主要功能。保護(hù)及自動(dòng)裝置中主變壓器保護(hù)采用兩套四方公司的CSC-326數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置作為主及后備保護(hù)，一套非電量保護(hù)；220kV側(cè)線路保護(hù)分別采用南瑞繼保和國(guó)電南自的微機(jī)線路保護(hù)裝置，作為兩套主保護(hù)及后備保護(hù)裝置；110kV側(cè)線路微機(jī)保護(hù)裝置采用南瑞繼保的線路保護(hù)。220kV和110kV母線保護(hù)采用四方公司的雙套微機(jī)母線保護(hù)裝置，其母聯(lián)開(kāi)關(guān)采用四方公司的雙套微機(jī)斷路器保護(hù)；220kV和110kV所有間隔的合并單元采用國(guó)電南自公司PSMU-602裝置；220kV和110kV所有測(cè)控裝置采用四方公司的CSI-200E；10kV線路、所用電及電容器的保護(hù)均采用四方公司的；220kV和110kV現(xiàn)場(chǎng)終端箱采用帶有GOOSE接口的四方公司智能終端采集斷路器、隔離刀閘、接低刀閘等位置信息，并進(jìn)行分合控制；采集主變檔位、溫度等信息。

在虛擬的變電站中3D場(chǎng)景下各區(qū)域設(shè)備的外觀都清晰可見(jiàn)，通過(guò)智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)學(xué)生可以完成變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)、繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置等專(zhuān)業(yè)知識(shí)的實(shí)習(xí)。 學(xué)生通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面遙信、遙測(cè)獲取變電站各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)就地軟件對(duì)變電站的各類(lèi)電氣設(shè)備進(jìn)行遙控操作；通過(guò)保護(hù)保護(hù)盤(pán)對(duì)保護(hù)自動(dòng)裝置的投切及保護(hù)定值修改等。通過(guò)對(duì)變電站的運(yùn)行管理學(xué)生了解了今后工作崗位的日常工作。通過(guò)學(xué)生的具體操作，提高了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。同時(shí)在實(shí)習(xí)過(guò)程中 培養(yǎng)了學(xué)生的事業(yè)心與責(zé)任感；并且養(yǎng)成了團(tuán)結(jié)協(xié)作、吃苦耐勞的精神。

3 實(shí)習(xí)內(nèi)容

3.1 變電站的監(jiān)控

綜合自動(dòng)化軟件模擬變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控界面遙信開(kāi)關(guān)、刀閘的位置、變壓器分接頭位置、電容器的投切、保護(hù)裝置的投入等實(shí)時(shí)狀態(tài)，遙測(cè)線路、負(fù)荷的有功功率、無(wú)功功率、電壓、電流。變壓器的油溫等。學(xué)生面對(duì)的操作圖形是變電站主接線圖，可以對(duì)開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器分接頭、電容器的投切進(jìn)行遙控操作，對(duì)保護(hù)裝置的定值進(jìn)行遙調(diào)。

實(shí)習(xí)中學(xué)生利用綜合自動(dòng)化軟件和3D場(chǎng)景熟悉了智能變電站的主接線圖及一次設(shè)備、在監(jiān)控中心對(duì)可以對(duì)變電站的設(shè)備進(jìn)行遙信、遙測(cè)、遙控和遙調(diào)，掌握變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。利用保護(hù)盤(pán)熟悉了智能變電站的保護(hù)室、開(kāi)關(guān)室、交直流室、智能終端柜室的保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置。

3.2 變電站的設(shè)備巡視

利用3D場(chǎng)景進(jìn)行仿真變電站就地的巡視、操作和驗(yàn)電操作。三維場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 變電站三維場(chǎng)景

實(shí)習(xí)過(guò)程中在指導(dǎo)老師在教練臺(tái)中設(shè)置廠站異常情況、設(shè)備異常情況及裝置異常情況由學(xué)生完成正常的交接班巡視及特殊巡視。正常巡視檢查開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器、母線、電壓互感器、電流互感器的外部缺陷，檢查接地線是否銹蝕等。發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常和缺陷，如圖3所示，及時(shí)向調(diào)度和上級(jí)匯報(bào)。在教練臺(tái)中設(shè)置大風(fēng)、冰雪等廠站異常情況進(jìn)行特殊巡視。對(duì)巡視發(fā)現(xiàn)的異常進(jìn)行匯報(bào)、掛牌、加圍欄等操作。

圖3 設(shè)備缺陷

通過(guò)變電站巡視的實(shí)習(xí)學(xué)生熟悉了變電站220kV側(cè)、110kV側(cè)及10kV側(cè)設(shè)備交接班巡視的常規(guī)巡視項(xiàng)目、夜間、惡劣氣候條件下的巡視要求和注意事項(xiàng)，會(huì)對(duì)變電站的開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器、母線、電壓互感器、電流互感器、避雷器、直流系統(tǒng)進(jìn)行巡視。

3.3 變電站的倒閘操作

變電站倒閘操作是運(yùn)行人員按照上級(jí)調(diào)員的命令進(jìn)行變電所內(nèi)各類(lèi)設(shè)備狀態(tài)變更的操作行為，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段［3］。實(shí)習(xí)中指導(dǎo)老師下達(dá)變壓器、線路、開(kāi)關(guān)、母線等設(shè)備在運(yùn)行、熱備用、冷備用、檢修狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的倒閘命令，學(xué)生利用五防開(kāi)票軟件開(kāi)第一種或第二種工作票；預(yù)演操作票，核對(duì)操作是否正確；核對(duì)無(wú)誤后，將操作票傳至五防鑰匙中，利用安全工器具軟件領(lǐng)取安全器具，打開(kāi)五防鑰匙，到3D場(chǎng)景下按順序執(zhí)行操作任務(wù)。實(shí)習(xí)過(guò)程中指導(dǎo)老師解除五防系統(tǒng)閉鎖邏輯，學(xué)生在3D場(chǎng)景下操作，系統(tǒng)能自動(dòng)完成進(jìn)行校驗(yàn)。鍛煉了學(xué)生在脫離五防系統(tǒng)的情況下正確完成操作任務(wù)的能力，使學(xué)生正確理解了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程內(nèi)容。

3.4 變電站的事故處理

實(shí)習(xí)過(guò)程指導(dǎo)老師在教練臺(tái)中設(shè)置線路、變壓器、母線故障，學(xué)生根據(jù)故障發(fā)生后，實(shí)時(shí)報(bào)警中心的保護(hù)和自動(dòng)裝置的動(dòng)作情況，開(kāi)關(guān)跳閘的先后時(shí)間及故障錄波情況判斷故障的類(lèi)型。將判斷情況及自行處理工作報(bào)告指導(dǎo)老師，在老師的指導(dǎo)下按事故處理原則進(jìn)行必要的倒閘操作，隔離故障點(diǎn)，對(duì)非故障設(shè)備送電。通過(guò)變電站的事故處理實(shí)習(xí)，學(xué)生熟悉了事故處理的一般步驟及程序，提高了應(yīng)對(duì)突發(fā)性事故的正確處理能力。