李念
绵阳职业技术学院 四川绵阳 621000
摘要：基于半实物仿真和实物仿真技术，建成了电力系统方向专业综合实验平台，涵盖多门专业课程实验，为学生建立电力系统的全局概念，学习和研究发电厂和电网运行、控制和继电保护等相关技术提供了一个综合、研究、创新、开放的平台，并构建了电力系统多层次专业综合实践教学体系，为培养学生的综合实践能力和创新能力创造了良好的条件。
关键词：网络技术；电力自动化实验；设计
1 引言
当前，随着社会对人才越来越高标准的需求，传统的实践教学体系也越来越暴露了其无法满足人才培养的实际缺陷：（1）理论与实践严重脱节，在实际教学中老师是根据教材确定题目，具有很大的局限性且脱离真实环境；（2） 教师在教学过程中也只限于逐点传授，无法体现出教学的系统性和连贯性；（3）学生参与度不高，无法激发学生的创新意识；（4）由于设备师资等的限制，电力系统相关的大部分实际操作不能现场演示，实践效果不佳；（5）传统实践环节的真实实践环境难以打造，设备投资昂贵，危险性高。综上，传统的教学模式不再适应当前的教学理念，亟须改革固有的实践教学模式，提高教学效果。
2 电力系统专业实验平台的构成及功能
电自部分采用实物物理模拟，由一次部分（发电机组、模拟输电线路、无穷大系统、模拟互感器、三相模拟负载箱）、二次部分（机组控制屏）、电力系统联网组态屏和电力系统自动化监控系统（基于CENTRA2000平台组态构建）组成。模拟发电机组由三相模拟同步发电机和同轴的直流电动机（用来模拟原动机）组成，模拟输电线路用电抗器模拟，无穷大系统用三相调压器连接到系统模拟，三相负载箱用白炽灯组模拟，在输电线路模型中可以设置瞬时性/永久性三相短路和两相短路故障。在机组控制屏中安装有微机励磁调节装置、微机调速装置和微机准同期装置，以及发电机励磁系统、发电机调速系统的其他器件，实现发电机组的励磁调节、调速及系统并列功能，为发电机调节和发电厂自动化提供条件。微机励磁调节装置、微机调速装置和微机准同期装置不仅具备现场实际应用的功能，而且可记录机组控制的各种工况，便于学生了解电力系统各种正常、非正常及故障状况下的运行参数，满足实验教学的需要。电力系统联网组态屏上提供模拟线路、变压器、模拟断路器、隔离开关、电容器等，可将外部的多台发电机组、负载、无穷大系统接入屏上的输变电网络，从而形成多机电力系统，并采用RTU装置实现电力网综合测控。
3 电气控制部分实验设计
电气控制部分共设计4个实验，主要包括三相异步电动机基本起停控制、正反转控制、顺序控制以及起动和制动控制等内容。帮助学生熟悉电气控制系统实验装备，主要是电源、继电器、接触器的线圈和触头的位置，重点要求学生掌握电气原理图接成实际操作电路的方法以及控制线路的实际接线过程。在每部分实验时都设计不同等级的实验题目。（1）基础题目。要求学生根据给出的电气控制线路图完成实际接线，以及控制系统的运行。如，给出电机正反转控制线路图，要求学生按控制线路图进行接线，并实际进行控制。通过这一部分题目，使学生掌握电气控制线路图读图和接线方法，并具备简单的故障分析和处理能力。（2）提高题目。在完成基础题目的基础上，给出控制要求，让学生进行控制线路图的设计。这一部分题目主要结合时间继电器的使用。在电机基本起停控制线路实验中，可设计电机的起动-延时-停车、延时起动-停车、同时实现点动和多地控制的线路；在电机正反转控制线路实验中，可设计正转-延时-反转、延时正转-反转控制线路；在电机顺序控制实验中可设计电机1起动-延时-电机2起动、电机1先起动电机2才能起动，电机2停车5秒后电机1停车等实验。
这一部分题目主要提高学生灵活运用知识的能力，能够根据控制要求，自行设计电气控制线路图并进行接线，完成整个系统的控制运行。
4 综合实践教学体系的构建
4.1 变电站综合自动化实验
以110kV/10kV降压变电站为例，将4台测试仪分别配置为变电站110kV进线、10kV出线、10kV电容器及变压器高压侧三相和低压侧一相的二次信号源，各测试仪和信号控制主机联成通信网络，构成变电站二次信号模拟系统；分别将4台多功能微机保护实验装置配置为110kV线路保护、10kV线路保护、电容器保护、变压器主保护或变压器高压侧后备保护装置，并且与变电站综合自动化监控系统通信。我们设计的实验内容包括变电站进出线、变压器及电容器保护配置及整定计算、变电站遥测、遥信和遥控实验、110kV线路保护实验、10kV线路保护实验、变压器内部故障变压器主保护动作实验、变压器内部故障变压器后备保护动作实验、变压器外部故障变压器后备保护动作实验、电容器保护实验等。在实验过程中学生可以结合保护动作光字牌、保护动作报告、SOE等信息研究分析变电站故障和继电保护动作情况，通过实验加深学生对微机保护装置和变电站综合自动化系统的了解，培养学生处理变电站异常和故障的能力。
4.2 发电厂自动化综合实验
利用2套发电机组和电力系统联网组态屏模拟双机组发电厂，利用发电机调速装置、励磁调节装置、RTU 装置和电自监控系统构成发电厂综合自动化实验系统，可完成多台机组并列运行实验、发电机组监控、发电机组调节、发电机组间功率分配、升压站监控及倒闸操作等实验。
4.3 线上虚拟仿真实验
电工实验是一门具有一定危险性的课程，因此某些实验项目不能在实验室当中进行，同时电气设备体积庞大，造价昂贵，某些特定仪器设备高校也不具备采购和放置能力。但是不进行实践教学，学生对课本知识不能有具象理解，无法将课本知识化为解决问题的能力，因此需要应用现代化技术解决这一教学盲点。目前使用较多的是线上虚拟实验室，学生可以在电脑前进行诸如变压器参数调节等危险系数较大的实验和变电站工作原理这一类对场地和设备要求较高的实验，让学生将抽象的知识具体化，在“实际”动手过程中完成自己的思维体系构建。同时开设网上论坛，要求学生在网络上寻找可以借鉴的内容和可利用的公开课，为学生进一步学习提供了更多途径和信息，也督促教师提升自己的教学能力。线上线下相结合，各种现代化方法综合应用，成为电工实验教学的有力补充和强化。
5 结束语
基于电力系统专业方向实验教学的需求，构建了电力系统专业实验平台，既包括电力系统一次部分的发电、输电、用电和并网技术，又包括电力系统二次部分的继电保护和综合自动化技术，涵盖了多门专业课程的内容，为学生研究和实践电力系统方向相关技术提供了综合、研究、创新、开放的平台。基于电力系统专业实验平台构建的多层次综合实践教学体系在加强学生对专业理论知识的理解、提升动手实践的兴趣以及培养学生的综合实践能力和创新能力方面发挥了重要作用。
参考文献：
[1] 尹晓燕.电力系统继电保护与自动化综合实验室建设方案探索[J].通信电源技术,2018,35(11):241-242.
[2] 吴蓓,郝雯娟.供配电实验室的二次建设与规划[J].考试周刊,2015(A5):160.
[3] 刘传东,张明.基于网络技术的电力自动化实验室的研究与设计[J].信阳农林学院学报,2015,25(03):112-114.
[4] 杨培宏,张继红.电力系统自动化综合实验室建设与实践教学改革[J].中国电力教育,2011(30):152-154.
[5] 李胜,张军国,许彦峰.电力系统继电保护与自动化综合实验室建设方案探索[J].中国电力教育,2010(27):198-199.