(重慶電力高等?？茖W校，重慶 400053 )

變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現(xiàn)對變電站電氣二次設備(包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調的一種綜合性自動化系統(tǒng)。

如此復雜的一個分布式系統(tǒng)對教學來說是非常抽象的，為了更好地理解和學習變電站綜合自動化系統(tǒng)，開設相關的實踐教學環(huán)節(jié)非常必要?；诖耍瑪M開設理實一體化的變電站綜合自動化實訓課程來解決這個問題。

1 變電站綜合自動化實訓

1.1 實訓課程開設原則

變電站綜合自動化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)現(xiàn)場運行的重要系統(tǒng)，它的安全穩(wěn)定運行需要時刻保障。開設變電站綜合自動化實訓就必須依照現(xiàn)場施工運行的規(guī)范和規(guī)程進行教學設計，強調實訓過程的嚴肅性和紀律性，在實訓過程中培養(yǎng)學生自覺遵守現(xiàn)場安全規(guī)章和操作規(guī)范的職業(yè)素養(yǎng)。

需要參照的相關規(guī)范和規(guī)程有：《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程(變電部分)》的“10.二次系統(tǒng)上的工作”；《繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程》(DL/T 995—2006)；《國家電網(wǎng)公司變電站監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面規(guī)范》(Q/GDW 11162—2014)；《220～750 kV變電所設計技術規(guī)程》(DL/T 5218—2012)的“6.系統(tǒng)及電氣二次”。

1.2 實訓課程開設項目

通過了解相關變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場工作，將變電站綜合自動化系統(tǒng)的相關工作劃分為設計、施工、界面繪制、調試、故障處理、運行與操作等方面的工作任務，分別對應工程設計人員、工程安裝人員、軟件工程師、檢修維護人員、售后維修人員和變電站值班員。結合教學實際，變電站綜合自動化實訓課程應該考慮開展以下項目的教學：系統(tǒng)認識與講解；系統(tǒng)的設計與施工；系統(tǒng)監(jiān)控畫面的繪制；系統(tǒng)聯(lián)合調試與故障處理；系統(tǒng)運行與在線操作。

通過以上項目的實踐教學，達到讓學生認識變電站綜合自動化系統(tǒng)的構成，理解系統(tǒng)各個部分的通信連接和數(shù)據(jù)交互，掌握變電站綜合自動化系統(tǒng)的調試方法，熟悉變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行和在線操作的目的。

1.3 實訓條件要求

開展變電站綜合自動化實訓課程，達到一定的教學目的，相應的實訓條件就應該滿足以下要求。

系統(tǒng)的完整性：一個完整的變電站綜合自動化系統(tǒng)幾乎包括了電力系統(tǒng)中所有的二次設備，要開設相關實踐課程，就應該保證系統(tǒng)的完整性。

施工的便捷性：課程中要開設施工教學環(huán)節(jié)，必須考慮電纜敷設連接，網(wǎng)絡連接等步驟的可操作性。

工位的充足性：在所有的操作環(huán)節(jié)中，要保證一定工位數(shù)量，以便多人同時操作。

環(huán)節(jié)的實用性：開設的實訓環(huán)節(jié)應該考慮現(xiàn)場工作的需要。一些實用技能在變電站綜合自動化系統(tǒng)中非常重要，如網(wǎng)絡電纜的接口制作和測試等，是在實際工作中經(jīng)常遇到的問題。

2 實訓系統(tǒng)的構建

開設變電站綜合自動化系統(tǒng)實訓，必須先構建配套的實訓系統(tǒng)。實訓系統(tǒng)的構建可以是虛擬仿真系統(tǒng)，也可以是真實的變電站設備，也可以是二者的結合。下面介紹兩種以仿真系統(tǒng)配合真實的變電站二次設備構建的變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)。

1)110 kV變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)

110 kV變電站多采用繼電保護裝置與測控裝置合二為一的微機型設備，如果原有的110 kV繼電保護實訓系統(tǒng)比較完善，可以考慮通過網(wǎng)絡改造的方式搭建變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 110 kV變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)結構圖

圖1所示方案模擬了多個簡單的110 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)，每個系統(tǒng)由1個35 kV線路保護測控裝置、1個變壓器保護測控裝置和1個110 kV線路保護測控裝置和1臺監(jiān)控主機構成，利用繼電保護測試儀作為控制對象和數(shù)據(jù)源，模擬發(fā)送接收變電站四遙信息，保護測控裝置和監(jiān)控主機采用控制器局域網(wǎng)(controller area network，CAN)進行連接，或者采用RS485、Lonworks。每個工位都可以進行相關實訓項目，各個工位之間可以相互獨立，也可進行交互，教師機通過網(wǎng)絡監(jiān)控各個工位的操作情況。此方案優(yōu)點在于結構簡單，可根據(jù)現(xiàn)有的繼電保護測控裝置直接組合而成，組網(wǎng)的成本低，缺點在于系統(tǒng)不夠完整，系統(tǒng)擴展功能不足。

2)220 kV變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)

方案2則可以通過新建一個220 kV變電站綜合自動化系統(tǒng)來搭建，如圖2所示。

圖2 220 kV變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)結構圖

這套系統(tǒng)是完全模擬現(xiàn)場的變電站綜合自動化系統(tǒng)來構建的，變電站A和B完全相同，兩個站的220 kV線路保護裝置通過光纖通信，其他裝置通過以太網(wǎng)和學生機及教師機(監(jiān)控主機、操作站)連接。時鐘同步信號由時鐘同步裝置接收GPS信號以后廣播給各個裝置?；旌戏抡嫦到y(tǒng)采用計算機控制，通過放大器模擬互感器二次側出口的電壓和電流(模擬量)，開關矩陣模擬變電站二次系統(tǒng)的開關量，以此模擬變電站四遙信息。監(jiān)控端工位數(shù)量由接入系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡的學生機數(shù)量決定，調試端工位數(shù)量由變電站的測控裝置數(shù)量決定。這套系統(tǒng)比較完整，工位充足，通過混合仿真系統(tǒng)可以解決系統(tǒng)的操作對象和數(shù)據(jù)來源的問題。

上述兩種方案在建設過程中都要考慮到實訓環(huán)節(jié)的可操作性。例如，電纜溝蓋的開啟要便捷，網(wǎng)絡接線走向要清晰，學生機的位置要能正常觀測各個裝置的運行情況等。

3 實訓環(huán)節(jié)的開發(fā)

變電站綜合自動化實訓相關的實訓環(huán)節(jié)開發(fā)應該按照系統(tǒng)設計、施工、監(jiān)控界面編輯、調試、運行操作幾個模塊來進行。

系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)的主要任務是認識系統(tǒng)中各種裝置，了解系統(tǒng)相關原理，然后完成系統(tǒng)結構圖和網(wǎng)絡連接圖。

系統(tǒng)施工環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)的主要任務是完成系統(tǒng)中各個部分的電纜連接和通信連接，掌握電纜敷設和通信測試的一些基本知識。

界面編輯環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)的主要任務是在監(jiān)控主機上編輯監(jiān)控界面并做好數(shù)據(jù)鏈接，包括系統(tǒng)的主接線圖、各間隔分圖、報表等，編輯過程中可以了解各裝置的實現(xiàn)原理以及各部分之間的數(shù)據(jù)交互等知識。

系統(tǒng)調試環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)的主要任務是檢查系統(tǒng)的各部分是否正常，以及數(shù)據(jù)交互是否正常，包括模擬量通道測試、開關量通道測試、四遙信息對點測試、保護功能測試等子環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)利于理解變電站綜合自動化系統(tǒng)的整體概念，對于微機保護裝置與自動裝置的原理理解也有一定幫助。

運行操作環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)在整個系統(tǒng)搭建調試過后進行?？梢酝ㄟ^繼電保護測試儀或者混合仿真系統(tǒng)模擬變電站中的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，觀測系統(tǒng)的運行狀況，并且可以通過輸出一些常見的電力系統(tǒng)狀態(tài)來進行后臺端的常規(guī)及緊急操作訓練。

4 變電站綜合自動化實訓實踐

筆者在多年的實踐教學過程中都開設并主講了變電站綜合自動化實訓課程，早期在實訓條件的限制下，利用圖1所示的實訓系統(tǒng)進行教學，獲得了一定的教學經(jīng)驗。近期通過實訓場地的建設，搭建了圖2所示的變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)，逐漸完善了相關實訓環(huán)節(jié)，以此為基礎開設了2～4周的變電站綜合自動化實訓課程，幫助學生更好地理解變電站綜合自動化系統(tǒng)，熟悉相關的設計施工和調試操作的方法，得到了學生的一致好評。

5 結語

變電站綜合自動化系統(tǒng)是一個復雜的分布式系統(tǒng)，通過理論教學環(huán)節(jié)來講解顯得過于抽象，只有通過理實一體化的教學來進行教授效果更好。文章介紹了兩種變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)的搭建方法，并開發(fā)了相關的實訓環(huán)節(jié)，開設了變電站綜合自動化實訓課程，通過理實一體的教學來講解變電站綜合自動化實訓系統(tǒng)，取得了很好的教學效果。