虚拟仿真培训系统在电力系统自动化综合实习中的应用

李彩娟，王峰，程航

（兰州工业学院电气工程学院，甘肃兰州，730050）

0 引言

兰州工业学院电气工程及其自动化专业主要为西北地区电力企业培养在电力相关领域从事运行维护、技术管理等方面工作的应用型人才。在专业教育中我们注重学生的工程意识及分析解决工程实际问题能力的培养[1]。电力系统自动化综合实习是电气工程及其自动化专业学生在学完电机学、电力系统分析、发电厂电气部分、电力系统继电保护、电力系统自动装置课程之后进行的综合实践课，实习以电力企业生产的发展和人才需求确定实习内容。实习内容包括电力系统中自动化监控系统的操作、变电站的巡视、变电站的倒闸操作及故障处理、电力系统的发电机常规操作、变电、输电系统微机保护操作、自动与手动无功功率补偿操作、电动机起动。通过实习使学生熟悉电力系统的监控、运行控制及二次设备调节、测量、保护的理论和技术。

1 虚拟仿真实习的必要性

受电力系统运行安全性、经济性等多方面原因的限制，实习时不在真实变电站的电气设备上进行倒闸操作等试验，更不能在工程实景中设置短路、断线等事故让学生处理，而脱离工程实际的实习不利于提高学生对变电站突发事故的正确处理能力[2]，而虚拟仿真培训系统模拟实际的变电站，学生在3D场景中完成变电站的日常运维工作，对提高学生的专业技能有很大的帮助，同时也作为物理模拟的必要补充。

我校物理模拟实习采用WDJS-8000动模试验台进行。通过动模试验台融合电力系统稳态分析、电力系统暂态分析学生熟悉了电力系统二次设备调节、测量、保护的理论和技术。数字仿真采用220kV智能变电站仿真培训系统进行变电站的监控、设备巡视、倒闸操作及事故处理。

2 智能变电站仿真培训系统

虚拟仿真培训系统采集某220kV智能变电站主接线及运行数据，构建了虚拟智能变电站，图1所示为智能变电站主接线。

图1 智能变电站主接线图

2.1 电气一次部分

220kV智能变电站两台主变均采用容量为180MVA，额定电压为220kV/121kV/11kV的自耦变压器，220kV侧设备均采用室外敞开式设备，采用双母线接线，共10个间隔。其中线路间隔5条，主变间隔2个、母联间隔1个，EVT间隔2个；110kV侧设备采用采用室外敞开式，接线形式采用双母线接线，共12个间隔，其中线路间隔7条、主变间隔2个、母联间隔1个，EVT间隔2个；10kV侧设备采用室内手车开关柜，接线方式为单母线分段接线，共17个间隔，其中线路间隔4条、主变间隔2个、电容器间隔6个，分段间隔1个、所用电间隔2个，PT间隔2个。

2.2 电气二次部分

监控系统采用的四方公司CSC-2000变电站综合自动化系统作为仿真对象，模拟监控系统主要功能。保护及自动装置中主变压器保护采用两套四方公司的CSC-326数字式变压器保护装置作为主及后备保护，一套非电量保护；220kV侧线路保护分别采用南瑞继保和国电南自的微机线路保护装置，作为两套主保护及后备保护装置；110kV侧线路微机保护装置采用南瑞继保的线路保护。220kV和110kV母线保护采用四方公司的双套微机母线保护装置，其母联开关采用四方公司的双套微机断路器保护；220kV和110kV所有间隔的合并单元采用国电南自公司PSMU-602装置；220kV和110kV所有测控装置采用四方公司的CSI-200E；10kV线路、所用电及电容器的保护均采用四方公司的；220kV和110kV现场终端箱采用带有GOOSE接口的四方公司智能终端采集断路器、隔离刀闸、接低刀闸等位置信息，并进行分合控制；采集主变档位、温度等信息。

在虚拟的变电站中3D场景下各区域设备的外观都清晰可见，通过智能变电站仿真培训系统进学生可以完成变电站的实时监控、运行维护、继电保护、自动化装置等专业知识的实习。 学生通过监控画面遥信、遥测获取变电站各设备的运行状态和运行参数，通过就地软件对变电站的各类电气设备进行遥控操作；通过保护保护盘对保护自动装置的投切及保护定值修改等。通过对变电站的运行管理学生了解了今后工作岗位的日常工作。通过学生的具体操作，提高了学生的专业技能和专业素养。同时在实习过程中 培养了学生的事业心与责任感；并且养成了团结协作、吃苦耐劳的精神。

3 实习内容

3.1 变电站的监控

综合自动化软件模拟变电站的监控系统，在监控界面遥信开关、刀闸的位置、变压器分接头位置、电容器的投切、保护装置的投入等实时状态，遥测线路、负荷的有功功率、无功功率、电压、电流。变压器的油温等。学生面对的操作图形是变电站主接线图，可以对开关、刀闸、变压器分接头、电容器的投切进行遥控操作，对保护装置的定值进行遥调。

实习中学生利用综合自动化软件和3D场景熟悉了智能变电站的主接线图及一次设备、在监控中心对可以对变电站的设备进行遥信、遥测、遥控和遥调，掌握变电站的实时运行情况。利用保护盘熟悉了智能变电站的保护室、开关室、交直流室、智能终端柜室的保护装置和自动装置。

3.2 变电站的设备巡视

利用3D场景进行仿真变电站就地的巡视、操作和验电操作。三维场景如图2所示。

图2 变电站三维场景

实习过程中在指导老师在教练台中设置厂站异常情况、设备异常情况及装置异常情况由学生完成正常的交接班巡视及特殊巡视。正常巡视检查开关、刀闸、变压器、母线、电压互感器、电流互感器的外部缺陷，检查接地线是否锈蚀等。发现设备异常和缺陷，如图3所示，及时向调度和上级汇报。在教练台中设置大风、冰雪等厂站异常情况进行特殊巡视。对巡视发现的异常进行汇报、挂牌、加围栏等操作。

图3 设备缺陷

通过变电站巡视的实习学生熟悉了变电站220kV侧、110kV侧及10kV侧设备交接班巡视的常规巡视项目、夜间、恶劣气候条件下的巡视要求和注意事项，会对变电站的开关、刀闸、变压器、母线、电压互感器、电流互感器、避雷器、直流系统进行巡视。

3.3 变电站的倒闸操作

变电站倒闸操作是运行人员按照上级调员的命令进行变电所内各类设备状态变更的操作行为，是保证电网安全稳定、经济运行的重要手段［3］。实习中指导老师下达变压器、线路、开关、母线等设备在运行、热备用、冷备用、检修状态之间进行转换的倒闸命令，学生利用五防开票软件开第一种或第二种工作票；预演操作票，核对操作是否正确；核对无误后，将操作票传至五防钥匙中，利用安全工器具软件领取安全器具，打开五防钥匙，到3D场景下按顺序执行操作任务。实习过程中指导老师解除五防系统闭锁逻辑，学生在3D场景下操作，系统能自动完成进行校验。锻炼了学生在脱离五防系统的情况下正确完成操作任务的能力，使学生正确理解了现场运行规程内容。

3.4 变电站的事故处理

实习过程指导老师在教练台中设置线路、变压器、母线故障，学生根据故障发生后，实时报警中心的保护和自动装置的动作情况，开关跳闸的先后时间及故障录波情况判断故障的类型。将判断情况及自行处理工作报告指导老师，在老师的指导下按事故处理原则进行必要的倒闸操作，隔离故障点，对非故障设备送电。通过变电站的事故处理实习，学生熟悉了事故处理的一般步骤及程序，提高了应对突发性事故的正确处理能力。