继电保护虚拟仿真实验建设

2021-09-16郭丙君常虹范宇

科技风 2021年20期

郭丙君常虹范宇

摘要：虚拟仿真技术是一项远程教学的重要技术，本文应用基于积件库的方式开发了基于网络的继电保护虚拟仿真实验，分析了继电保护虚拟仿真实验的必要性，实验教学开发思路以及特点，对于开展同类的虚拟仿真实验具有一定的参考价值。

关键词：虚拟仿真实验;积件库;继电保护远程实验

1 绪论

远程虚拟仿真实验在互联网时代具有重要意义，对于如继电保护原理这样的课程对于实践性的教学要求是很高的，而工科课程的远程虚拟仿真实验教学是教学过程中的一个薄弱环节，在互联网时代，开展工科专业远程实验教学已经显得十分必要[12]。由于学生在不同的地点在不同的时间来开展实验的特点就决定了远程实验不能受时间和空间的限制，目前一种基于网络的虚拟实验开发技术得到了广泛的应用，利用开发的积件库可以自由的搭建相关课程的实验，该技术是开放性的，完全基于网络环境，非常适合于远程实验的开发，同时基于能实不虚的原则合理地选择实验项目是十分必要的，本人基于目前使用比较广泛的“静一积件式教学仿真软件”开发环境，开发了继电保护原理的远程虚拟仿真实验，对于开展相关的虚拟仿真实验具有一定的指导意义。

2 基于网络的虚拟远程继电保护实验平台

本文应用了基于积件库为基础的虚拟远程实验平台来进行继电保护原理远程实验的开发，它是目前比较流行的虚拟实验开发技术，这种虚拟仿真实验开发技术的核心就是要求先要对仿真对象进行有效的建模，可以是根据物理模型建立数学方程组，然后应用数值计算方法进行仿真计算，将实验的各种要素制作成为积件，建立相关的积件库，由学生根据相关实验要求来搭建实验系统，这样就形成了积件式教学虚拟实验仿真平台。应该指出基于积件库技术的虚拟实验平台完全可以在网络环境下运行，完全脱离了物理环境的依赖，实现了真正意义上的基于网络的虚拟实验。

这个仿真实验平台可以要求进行相关的实验理论的预习，设置了良好的“教学—实验—评测”的闭环实验环境，可以满足学生的自主学习，自主管理的目的，是一种值得推广的虚拟仿真实验平台。

对于大型化工公司来说其供电容量比较大，供电的电压等级也比较高，其变电所的电压等级为110kV，而实际的高压设备运行时是很少有故障出现的，学生及公司的技术人员是难以在继电保护方面得到相关的训练的。同时应该指出：

（1）高压大电流的实验设备投入巨大，实验建设很困难;

（2）实验的电压很高，进行实验比较危险的;

（3）输电线路通常是架空线路，空间高度大，模拟困难;

（4）应用了虚拟仿真实验可以设置各种故障情况，比较好地提高学生的实践能力。

本文设计了一个电力系统的继电保护系统，使用三段式距离保护加一次重合闸后加速作为线路主保护。通过实验，更好地掌握三段式距离保护及一次自動重合闸后加速的原理及实际操作。

使用者可以通过漫游形式对整个变电站环境进行认识，并且结合变电站一次主接线回路图，认识变电站测控设备对应使用。图1所示为变电站场景。

点击实验运行菜单按钮，进入实验运行操作状态，进入到220kV变电站场景，可以使用键盘方向按键和鼠标进行场景的漫游，结合变电站一次主接线内容进行变电站的布局和配置设备认知（变压器、断路器、互感器、操动机构、220kV进线、110kV出线、10kV、配电房、控制室等）。图2、图3所示为变电站及其设备。

在不同的场景下可以打开对应的测控面板，外场景下可以打开220断路器开关操作面板和110断路器开关操作面板，对应主接线查看断路器位置，通过光字牌查开断路器和操动机构状态，并可以对一个断路器进行分合闸操作，观察他们的动作情况。如图4所示。

图5给出了电力系统三段式距离保护一次自动重合闸后加速保护实验测控操作面板，图6、7为距离保护一次及二次回路。学生可以自己进行实验线路的搭建，并进行实验调试，反复观察实验结果，线上实验操作方便，满足了教学的需要。

由于具有了远程虚拟仿真平台，目前已经开发了比较多的实验项目：