黃 肇， 羅隆福， 石賽美

(1．湖南大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 湖南 長沙 410082 ) (2．邵陽學(xué)院 電氣工程系， 湖南 邵陽 422004)

0 引言

電力系統(tǒng)是一個典型、復(fù)雜的大系統(tǒng)，“電力系統(tǒng)分析”課程是電氣類專業(yè)的基礎(chǔ)課，是通往后續(xù)專業(yè)課的橋梁[1]。

“電力系統(tǒng)分析”課程內(nèi)容主要涵蓋電力系統(tǒng)的正常運行、故障情況和穩(wěn)定性分析等相關(guān)理論、分析和計算。通常，課程的理論教學(xué)部分是由圖1所示的典型的單機——無窮大系統(tǒng)所貫穿。而課程的實驗教學(xué)部分則在圖2所示的相應(yīng)的電力系統(tǒng)綜合實驗平臺上進行，此實驗平臺能實現(xiàn)圖1所示的發(fā)電機組并網(wǎng)過程，能完成電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行、故障狀態(tài)以及斷相運行時的相關(guān)操作實驗，學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象和記錄實驗數(shù)據(jù)，并與理論緊密聯(lián)系起來，深化理論知識。

但在實驗教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)：①由于學(xué)生的理論知識比較單一，沒形成系統(tǒng)化的知識，并網(wǎng)之前與并網(wǎng)之后需要怎么操作不清楚；②由于學(xué)生很少

圖1 典型的電力系統(tǒng)單線圖

圖2 電力系統(tǒng)實驗平臺界面圖

接觸實際電力工程，對真實電力系統(tǒng)的工程化意識不強，隨意性較大，導(dǎo)致學(xué)生實驗操作不規(guī)范，容易出現(xiàn)誤操作，這在現(xiàn)實中的電力系統(tǒng)工程操作上是絕不允許的；③少數(shù)學(xué)生做實驗前，沒有充分預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，擔(dān)心安全問題，不敢動手操作。

為了克服上述缺陷，我們提出一種工程化的實驗教學(xué)模式來加以彌補，這種實驗教學(xué)模式就是依據(jù)電力系統(tǒng)安全操作規(guī)程，規(guī)范實驗操作步驟，制作安全操作指導(dǎo)說明，讓學(xué)生按照實驗基本要求完成各種操作實驗。

在工程化的實驗教學(xué)中首先詳細闡述電力系統(tǒng)綜合實驗平臺的開機操作順序和停機操作順序。其次講授同期操作應(yīng)有的條件以及在實驗過程中應(yīng)注意的安全事項。然后在電力系統(tǒng)綜合實驗平臺上完成穩(wěn)態(tài)運行實驗、斷相實驗和短路實驗的演示性操作。最后按照實驗要求讓學(xué)生完成各種操作實驗，觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，并在課后整理數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告。通過完成各種操作實驗，讓學(xué)生完全理解教材的理論知識，增加感性認識，加強動手能力，從中體現(xiàn)工程化的電力系統(tǒng)理論知識，為培養(yǎng)具有電力行業(yè)特色的應(yīng)用型人才奠定專業(yè)基礎(chǔ)。

1 實驗操作步驟工程化

電力系統(tǒng)綜合實驗平臺由發(fā)電機組、輸電網(wǎng)和無窮大系統(tǒng)三個部分組成，在發(fā)電機出口母線和無窮大系統(tǒng)電源之間是包含兩臺變壓器和雙回路線路構(gòu)成的輸電單元，用多個電抗繞組接成鏈型結(jié)構(gòu)來模擬，以此模仿長距離輸電線路。實驗平臺的規(guī)范操作過程如圖3所示，包括發(fā)電機啟動—勵磁啟動—建立電力網(wǎng)—發(fā)電機并網(wǎng)—調(diào)整發(fā)電機的功率等五大步驟，涉及到電力系統(tǒng)綜合實驗平臺的開機順序和停機順序這一操作過程，單項操作步驟都有相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)顯示，當(dāng)對應(yīng)參數(shù)值達到其設(shè)備的額定值時，才能進行下一個步驟，直到單個實驗完成。

圖3 電力系統(tǒng)實驗操作順序示意圖

在實驗操作過程中應(yīng)遵守以下幾點安全事項：

①在實驗過程中，絕對不允許學(xué)生任何部位接觸自耦調(diào)壓器的輸入、輸出接線端子，否則會造成人體觸電，危及生命安全[2]。②按照實驗要求確定發(fā)電機的啟動方式和勵磁方式，習(xí)慣采用微機控制的發(fā)電機啟動方式和他勵的勵磁方式，一旦確定了勵磁方式，在實驗操作過程中的后續(xù)操作絕不允許更改勵磁方式；③依據(jù)發(fā)電機的啟動方式和勵磁方式確定發(fā)電機并網(wǎng)的同期方式，如采用了微機控制的自動的發(fā)電機啟動方式和他勵的勵磁方式，應(yīng)確定全自動并網(wǎng)的同期方式。一旦確定了同期方式，在實驗操作過程中的后續(xù)操作也絕不允許更改同期方式；④并網(wǎng)之前，調(diào)整發(fā)電機的調(diào)速按鈕是調(diào)整發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，一般不能超過發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速，即1500 r/m；調(diào)整發(fā)電機的勵磁按鈕是調(diào)整發(fā)電機的出口電壓，不能超過發(fā)電機的額定電壓，即380 V。并網(wǎng)之后，調(diào)整發(fā)電機的調(diào)速按鈕是調(diào)整發(fā)電機的有功功率，不能超過發(fā)電機的額定功率，即2 kW；調(diào)整發(fā)電機的勵磁按鈕是調(diào)整發(fā)電機的無功功率；⑤在觀察實驗現(xiàn)象和記錄實驗數(shù)據(jù)之后，要進行停機操作，停機操作順序與開機并網(wǎng)順序相反，但必須保證在有功功率和無功功率為零的前提下切斷并網(wǎng)開關(guān)才能操作其他實驗步驟，否則會引起發(fā)電機失步，損害設(shè)備；⑥按照電力系統(tǒng)安全規(guī)程，規(guī)范實驗操作，培養(yǎng)具有良好地遵守電力系統(tǒng)操作票流程的素質(zhì)，使學(xué)生具備一定的電力系統(tǒng)工程意識。

2 實驗安全操作體現(xiàn)工程化知識

電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，要建立一個完整地反映電力系統(tǒng)運行特性的實驗室極其困難。但是通過電力系統(tǒng)綜合實驗平臺可建立相應(yīng)的物理模擬系統(tǒng)，學(xué)生通過各種操作實驗可以加深理解電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行與暫態(tài)過程的基本原理和運行特性。在實驗安全操作中體現(xiàn)工程化知識，樹立工程化意識，如同期操作體現(xiàn)同期條件知識，解列操作體現(xiàn)有關(guān)解列條件的知識等。

電力系統(tǒng)的控制裝置可保證電能質(zhì)量，同步發(fā)電機自動并網(wǎng)可保證發(fā)電機并網(wǎng)的正確性、可靠性和安全性，當(dāng)電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定后要及時防止事故繼續(xù)擴大的自動裝置。發(fā)電機組與系統(tǒng)并網(wǎng)之后，調(diào)整發(fā)電機組的出力(PG=2 kW)，完成相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)運行、故障和斷線運行的實驗項目。在做實驗過程中可能遇到電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞出現(xiàn)失步振蕩時，發(fā)電機和無窮大系統(tǒng)的電壓表和功率表指針出現(xiàn)搖擺，此時不要慌張，在失步時應(yīng)優(yōu)先采用切機，應(yīng)立即手動切斷并網(wǎng)開關(guān)，再仔細觀察發(fā)電機和無窮大系統(tǒng)的電壓表和功率表的數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗設(shè)備的具體情況消除失步振蕩的措施，重新并網(wǎng)，按實驗要求完成實驗。

發(fā)電機組與系統(tǒng)的解列操作，需減小發(fā)電機的出力，把必須保證發(fā)電機組的有功功率和無功功率降到零時，手動直接斷開并網(wǎng)開關(guān)[3]。如果發(fā)電機組的出力很大時，直接斷開并網(wǎng)開關(guān)，將使得斷路器觸點產(chǎn)生較強的“拉弧”現(xiàn)象，可能直接損壞斷路器或縮短斷路器的使用壽命，因此要先減小發(fā)電機的出力，使發(fā)電機組的P=0，Q=0，然后逆著開機順序操作，直到斷開總電源開關(guān)才算是單個實驗項目做完。

電力系統(tǒng)綜合實驗平臺的各種操作實驗?zāi)芊从痴鎸嶋娏ο到y(tǒng)的運行特性，如單機無窮大系統(tǒng)實驗臺能等效模擬簡單電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行和故障狀態(tài)的各種操作，實驗臺的規(guī)范操作與真實電力系統(tǒng)操作的流程一致。學(xué)生必需規(guī)范操作，遵循電力系統(tǒng)安全規(guī)程，逐漸形成現(xiàn)實電力系統(tǒng)實際工程意識。

僅用單機對無窮大系統(tǒng)模型來研究電力系統(tǒng)，不能全面反映電力系統(tǒng)物理特性，如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，潮流分布，多臺發(fā)電機并列運行等。因此電力系統(tǒng)綜合實驗平臺由多臺單機發(fā)電系統(tǒng)組建成含有4機的復(fù)雜系統(tǒng)，在原有輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)前提下，通過分別改變發(fā)電機有功、無功來改變潮流的分布；可以通過投、切負荷改變電力網(wǎng)潮流的分布；也可以在各種動態(tài)負荷下觀察電力網(wǎng)潮流分布；可以改變輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來觀察電力網(wǎng)的潮流分布。

通過電力系統(tǒng)綜合實驗平臺上開展的實驗與理論有機結(jié)合，加之有效運用工程化實驗教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生從感性知識上升為理性知識，從單純的知識深化為系統(tǒng)化知識，并樹立先進的工程意識。

3 結(jié)語

在“電力系統(tǒng)分析”課程的實驗教學(xué)中引入工程化教學(xué)模式，目的在于通過實驗中可以運用所學(xué)的理論知識去分析和解決實際電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種問題，強化學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)電力系統(tǒng)的工程意識。因此應(yīng)用工程化的實驗教學(xué)模式，并在“電力系統(tǒng)分析”實驗教學(xué)中得到了有效地實施，通過實驗來驗證理論，促使理論和實踐相結(jié)合，使感性認識、工程認識不斷提高和深化，為今后從事的工作打下堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

[1] 黃肇,羅隆福,羅慶躍.“電力系統(tǒng)分析”課程教學(xué)體系的構(gòu)建[J].南京,電氣電子教學(xué)學(xué)報,2013,35(1):47-48.

[2] 祝淑萍.電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計與綜合實驗[M].中國電力出版社.北京,2007:51-53.

[3] 許正亞.電力系統(tǒng)安全自動裝置[M].中國水利水電出版社.北京，2006:84.