基于仿真与现实相结合的电气工程实践教学模式探索

摘 要：电气工程专业由于其行业的特殊性，学生的实习实训不能在变配电所进行操作，本文以介绍了110kV智能变电站运行仿真平台并以此平台为依托，该平台模拟了实际运行中的变电站内的一次设备、二次设备以及与其相关联电网。学生可以针对工作内容要求，对平台内一次设备按照电力系统操作要求进行各种操作，并观察相关仪表及指示系统的信号，达到熟悉变电站内的一、二次设备，加深对电力系统规程理解。

关键词：电气工程；实践教学；仿真平台

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.205

1 项目背景和目的

作为电气工程的主要研究方向电力系统及其自动化，由于其行业的特殊性，电压等级高，电流强度大，安保防护措施要求非常高，所以输变电企业，一般不可能接纳学生进入变电站或发电厂实习或实训。为保障供电的可靠性，进入变电站的学生，除了参观以外，根本不可能实际操作任何开关和按钮，不可能观察到电力系统异常运行的现象和特点，也无法进行分析计算等；真实的变电站，特别是高电压等级变电站的建设费耗资巨大，高校不可能，独立建设真实的高电压等级的变电站。因此，必须借助于仿真平台，弥补实践教学条件的不足。高校建立仿真实践教学平台，是满足实践教学的需要。

电气工程专业的教学，必须借助现代教育手段从教学内容、教学方法、教学模式等方面全方位进行改革创新，提高电气工程实践教学效率，以满足人才培养的要求。

2 仿真实验平台的优越性和特色

我校采用的是武汉世纪华胜科技有限公司开发的110kV综合自动化仿真变电站的操作平台，该平台采用三维虚拟，二维虚拟的110/35/10kV的变电站仿真，可以完成变电站的正常运行管理维护、倒闸操作、事故处理功能，该系统能反映变电站与其所在的配电网之间的相互作用、相互影响，可以对学生进行全方位、全过程的仿真培训，还可以对每一台运行系统设置不同故障，对学生掌握程度进行考核。

变电站仿真平台的优越性在于采用虚拟现实、多媒体和网络技术，实现电力系统的运行维护及故障处理，使专业培训内容游戏化、信息化及网络化；基于云计算仿真平台，实现以学生为中心的不受时间、空间限制的学习机制，增强学生学习的自主性、灵活性和敏捷性。

变电站仿真平台的特色：通过对于站内一次设备、二次设备以及关联电网的描述，模拟了变电站的实际工作环境。学生可以根据电力系统运行中的正常倒闸操作，故障时处理方案及操作要求在仿真平台上对虚拟设备进行各种操作、观察，以加深对厂站内设备熟悉、操作规程理解。该平台还可以培训变电站学生正确熟练地掌握变电站的巡视、操作，提高学生正确判断、排除各种异常和故障的能力等。通过反复设置可能存在的各种故障，并对故障进行判断和分析，提高了学生对变电站运行的综合操作、控制和反事故能力，能提高实践教学效率，满足人才培养的要求。

变电站仿真平台的创新点：应用智能变电站运行仿真平台组织教学具有突出优点。一方面，界面形象直观、操作方便，实验不受场地等条件限制；另一方面，解决了传统实践教学中高消耗、低效率、涉及面窄以及综合性设计性实验难以开展，开出率低的矛盾。

3 采用仿真平台探索实践教学的体会

我校电气自动化专业已开办21年，电气工程及其自动化专业开设7年的，但由于电力行业的特殊性，电气专业的实验实习实训问题一直困扰着教学工作，通过本项目的研究，借助于仿真平台实现《电力系统分析》《变电站综合自动化》《高电压技术》等课程实验内容，并通过模拟操作，让学生体验变配电所的工作环境，提高学生对电力系统问题的综合分析能力，达到学校的理论学习与工作后的无缝对接。

该项目是通过对110kV智能变电站运行平台的仿真，对于站内一次设备、二次设备以及关联电网的描述，模拟了变电站的工作环境。运行人员可以针对自己的工作内容对虚拟站内设备进行各种操作、观察，可以达到对厂站内设备熟悉、对规程加深理解。使运行人员正确熟练地掌握变电站的巡视、操作，提高正确判断、排除各种异常和故障的能力等。并通过各种故障判断和分析的反复培训，提高对变电站运行的综合操作、控制和反事故能力，能提高实践教学效率，满足人才培养的要求。该平台可以完成功能有：

（1）日常操作、监视培训功能。监视正常运行时的各种状态，如开关控制把手的切/合位置、指示灯的状态、各种测量仪表的示数、变压器温度、分头位置等。

（2）操作培训。电力线路及电气设备的正常投入和切断时的操作顺序及可能出现的误操作及处理方法。

（3）事故分析处理。通过人为设置可能存在的各种故障，通过仿真监控系统中的报文和监测数据的结果，要求学生分析判断电气设备出现各种故障的类型和故障范围，并及时进行故障查找和处理，尽快恢复电力系统的正常运行。

（4）巡视系统功能。按规程所规定的项目和巡视周期的规定，利用虚拟现实系统进行一、二次设备的巡视，对设备运行的正常、异常、缺陷进行判别和处理。

按照现场制定的运行规程规定：要定期采用专用工具对站内外的一次设备和运行回路进行巡视，如变压器、电抗器的油温、油位、油色、吸潮颜色、高低压引线接头是否发热、冷却系统运行情况是否正常；电容器的外壳有无变形，熔丝、接头、套管是否完好；瓷瓶的破碎与闪络等，仿真平台采用多媒体手段展现变电站所有设备，包括变电站正常、异常、事故工况下的现象和声音等现场所有场景，在时间、空间上极其逼真地显像，达到身临其境的效果。

经过2周的学习培训和仿真培训，学生对变电站的运行维护及事故处理有了深入的了解，但由于学习时间集中，补充内容较多，学生对电力系统的主接线，设备运行维护，系统故障分析及处理等连贯性不强，往往从单一课程内容考虑，影响了训练效果。

参考文献：

[1]武汉华胜电力科技有限公司.110kV变电站现场运行规程[S].

[2]武汉华胜电力科技有限公司.综合自动化仿真变电站实训指导书[S].

[3]东蔚.220kV变电站与仿真培训教程[M].北京：中国电力出版社，2014（11）.

本文为荆楚理工学院项目编号“JX-201626”基于仿真與实际相结合的电器工程实践教学模式的探索阶段性成果。

作者简介：何习佳（1968-），女，陕西蓝田人，本科，副教授，从事电力系统分析教学及研究工作。