变电站仿真实践教学改革与实践

聂永辉　宋东辉

摘要：仿真培训已经成为目前对学生最有效的实践技能培训手段。变电站仿真系统通过对电网结构及其运行操作进行仿真，使学生熟悉电力系统现场操作规程，丰富实践经验，以提高他们正确判断和处理事故的能力。通过变电站仿真网络实验教学与实践改革，探索一条适合现场运行需要的电气工程专业实践教学改革新路径，为学生走上工作岗位提供坚实的平台。

关键词：网络实验教学；变电站仿真系统；教学改革

中图分类号：G961 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）06-0089-02

电气工程专业是我校的特色专业，绝大多数毕业生会服务于电力行业，专业教学不只以拓宽专业知识面和加强基础课与专业基础课为导向，作为工科专业，教学尤其是专业实践教学环节应面向工程实际，且在一定程度上反映专业发展方向，体现技术发展进步。传统的实践环节作为电气设备、自动控制、电力系统分析、继电保护等各门理论教学环节的辅助环节，以加强对理论知识的理解和掌握。这带来的弊端是学生不能掌握在正常运行和故障情况下各个设备之间、一次设备和二次设备之间的相互影响关系，缺乏运行方式改变对系统潮流影响规律的认知，缺乏对威胁电力系统安全稳定运行影响因素的整体分析。这为电气工程专业实践教学提出严峻挑战，在深入掌握理论知识的同时如何和现场接轨，如何适应日益复杂的电力系统运行操作和事故处理，变电站仿真可以满足学生的实际动手操作需要，使他们具备正确判断和处理事故的能力。这不仅能够加深对理论知识的理解，还为学生走上工作岗位打下坚实的基础[1]。

一、变电站仿真实践教学的特点

变电站仿真系统利用计算机数字仿真技术和数据库技术，准确地实现遥信、遥测、遥控、遥调、继电保护和自动装置等综合自动化功能的模拟。利用计算机的图形图像及多媒体技术，将变电站主控室和一次设备呈现在显示器上，实时显示系统潮流分布，使学生可以身临其境地学习和掌握真实变电站的正常运行、事故处理，提高学生的综合实践能力。

由于该系统具有培训方式灵活、实时仿真、界面形象直观、操作容易、内容全面等特点，可以有效地克服电气工程专业实践教学面临的问题，对不同专业课理论学习的融会贯通提供一个实践平台，从而全方位地理解、掌握电力系统的设备工作原理和稳定运行机理，增强学生对电网运行的分析、管理和解决实际问题的能力。但如果将该实践环节推向网络，将进一步缓解电气工程专业实践教学面临的问题[3]。

二、变电站仿真实验教学的网络化改革与创新

（一）实验教学内容的设计

根据实验条件，主要开设和准备开设的网络教学内容包括下面几个方面。

1.模拟倒闸操作。倒闸操作是运行人员日常工作内容之一，熟练并正确地进行倒闸操作，是每一个变电站运行人员必备的基本功能。能否正确倒闸操作，直接影响电网的安全运行。在仿真变电站中，如果培训人员出现误操作，与实际变电站一样，会有音响。跳闸断路器指示灯闪光、表计发生响应变化等信息，通过倒闸操作的培训，加深变电站运行人员对倒闸操作重要性的认识。倒闸操作的主要内容包括电力线路的停、送电操作，电力变压器的停、送电操作，发电机的启动、并列和解列操作，电网的合环与解环，母线接线方式的改变（倒母线操作），中性点接地方式的改变，继电保护装置的调整，接地线的安装与拆除等。

2.模拟事故处理。随着一次设备可靠性的提高和微机保护、自动装置的日臻完善，电网的安全性不断提高，设备的故障率有较大的降低，因此值班员现场分析及事故处理的机会变少，应变能力较低。因此，对培训人员进行异常、事故处理培训，是仿真变电站的重中之重。通过仿真培训，可以使变电运行人员在很短的时间内积累丰富的运行经验，见效快，效果好，起到不可替代的作用。其主要内容包括变压器的异常运行和事故处理、占用电及直流系统常见故障处理、母线失压和全站失压事故处理、系统事故和异常处理。

3.变电站综合自动化应用。变电站综合自动化系统是利用自动控制技术、信息处理和传输技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工进行各种变电站运行操作，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调，主要包括潮流调整及其分析、继电保护动作情况分析、断路器控制回路等。

教师可以根据学生的不同兴趣爱好，有针对性地培养。比如，提前进行学习需求调查，了解每个学生比较感兴趣的内容，引导学生自主探索，在发现问题时通过查阅文献资料或向教师请教解决问题，发掘学生的学习潜力，使他们在不断解决问题的过程中提高自己。教学过程中，学生要定期汇报学习进展情况，探讨学习体会；教师针对汇报内容进行点评，提出问题，启发学生发现问题，并通过努力解决问题，增强学生的自主学习能力，培养乐于学习的习惯。

（二）实验教学方法的改革

采用的实验教学方法如下[4]。

1.加强教师在网络实验教学中的主导作用。在网络实验教学中，要把学生作为学习的主体，强化教师在网络实验教学中的作用，引领学生探索电力系统的运行规律。

2.学生实验的组织和管理。电网及变电站运行仿真的所有操作都在计算机上完成，通过网络技术，可使多台电脑同时运行，相当于每人拥有一台仿真变电站。软件仿真提高了运行人员的培训效率，降低了培训成本，这为电网运行仿真网络教学提供了可能。

3.开放式课程教学建设。教学网站开发了实验预习系统，能及时地解决学生在实际操作中碰到的各种疑难问题；通过网络答疑系统，指导学生使用电网及变电站运行仿真远程培训系统，排除实验故障，交流实验经验和体会。

4.教与学互动交流论坛建设。教与学交流论坛用于师生之间的互动交流，这一系统的优势在于不必设定专门的答疑、讨论的时间与地点，不但节约教师、学生的宝贵时间，还节约了教室、实验室等教学资源。

三、變电站仿真网络实验教学的考试评价

考核评价系统基于局域网路，由教师机运行的考核管理系统出题发送至学员机，学员机运行反震变电系统，通过获取题目操作从教师机读取试题，完成操作后通过交卷将操作的全部事件记录上传至教师机的考核管理系统。教师机不断刷新考核管理系统界面，收取学员操作事件记录，并完成试卷打印及电子存档。考核管理系统与对应仿真系统通过网络实现集中考核管理功能，实现集中发送考核题目和集中收取所有学员考核操作记录。这种方式突破了传统硬件仿真机在同一时间只能一人上机操作的限制，其优点是：在局域网中所有安装仿真软件的电脑，均可作为学员机进行考核操作，实现多人同时上机考核，且考试时间、考题相同，使得考核评价方式公平且效率高。考核评价系统功能包括用户分发、统一出题、收卷、试卷备份、仿真考核题库和考试评价五个部分。

通过对学生水平的考核，可以讓他们更加注重电网及变电站运行仿真实践环节的重要性，增强对电力系统运行的应用能力，适应未来工作的需要。

四、结束语

实践表明，变电站仿真系统满足了电气工程专业实践教学的需要，是实践教学环节的重要组成部分，是专业理论教学的有效补充。变电站仿真网络实验教学的改革和创新，可以激发学生对仿真实验的兴趣，不仅能促进理论知识的学习，而且可以开阔知识面，提高学生分析电网运行规律和实践创新的能力。随着电力系统的不断发展、完善，我们应该不断改善变电站仿真网络实验教学体系，增加新的网络实验教学内容，使学生成为合格的电力系统运行人员。

参考文献：

[1]石光明.实验中心开放运行模式的探索和实践[J].中国电子教育，2008，（2）：665-68.

[2]李俊秀，马应魁，王瑾，等.电气自动化技术专业高技能人才培养方案的研究与实践[J].中国职业技术教育，2012，（11）：60-64.

[3]钱德沛，张力军，洪飞，等.计算机网络实验教程[M].北京：高等教育出版社，2005.

[4]孙文彬.构建多层面的创新实验教学体系的实践与思考[J].高等建筑教育，2006，15（3）：107-110.

[5]黄解军，袁艳斌，崔巍，等.创新型实验教学体系的改革与实践[J].实验科学与技术，2007，5（5）：80-82.

[6]冯燕芳.高职院校实践教学评价指标体系研究[J].职业技术育，2012，（8）：34-36.