仿真技術(shù)在電力系統中的應用實(shí)例

自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統中，應用較多的培訓仿真系統有電廠(chǎng)仿真、電網(wǎng)運行工況仿真和變電所仿真。一般說(shuō)來(lái)，凡是需要有一個(gè)或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實(shí)際系統，都需要對這些人員進(jìn)行培訓、教育與培養。早期的培訓大都是經(jīng)過(guò)理論講解和現場(chǎng)實(shí)習，通過(guò)實(shí)際操作經(jīng)驗的積累來(lái)完成的，這種培訓方式因是在實(shí)際運行的系統上進(jìn)行操作，不僅培訓成本高、培訓時(shí)間長(cháng)，而且有些故障只能在實(shí)際發(fā)生時(shí)才能得到實(shí)際操作的機會(huì )，致使一部分知識只有感性認識，得不到實(shí)際操作的鍛煉。隨著(zhù)系統規模的加大、復雜程度的提高，特別是造價(jià)日益昂貴，訓練時(shí)因操作不當引起的破壞而帶來(lái)的損失大大增加，因此，提高系統運行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問(wèn)題，出現了培訓仿真系統，模擬實(shí)際系統的工作狀況和運行環(huán)境，以避免運用實(shí)際系統時(shí)可能帶來(lái)的危險性及高昂的代價(jià)。

　　變電所培訓仿真系統集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數據庫等技術(shù)于一體，依據變電所電力設備實(shí)物、一次設備和二次設備接線(xiàn)圖進(jìn)行設計，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在模擬設備和二次接線(xiàn)圖上進(jìn)行相應操作，采用鼠標點(diǎn)擊的操作方式，簡(jiǎn)單、直觀(guān)、易學(xué)(見(jiàn)圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進(jìn)一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時(shí)間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行。

圖1

1　變電所仿真的現狀

　　目前，我國農網(wǎng)中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統和考慮簡(jiǎn)單電網(wǎng)的變電培訓仿真系統。前一種類(lèi)型的變電培訓仿真系統配置簡(jiǎn)單，造價(jià)相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網(wǎng)和變電所之間的相互影響，該類(lèi)型的變電培訓仿真系統在功能上比孤立變電所型的仿真系統要強。此外，還有將無(wú)人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統結合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統�？紤]到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統較為簡(jiǎn)單，能夠在單機上獨立運行的特點(diǎn)，以下只對該系統進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2　硬件配置的基本要求

　　微機一臺：主頻PENTIUM 200；32M內存；3.2G硬盤(pán)；16倍光驅?zhuān)伙@示卡、聲卡、音箱等。

3　軟件配置的基本要求

　　(1)　中文視窗Windows95以上版本；

　　(2)　多媒體仿真培訓軟件。

4　主要功能

　　(1)　正常操作訓練：斷路器操作、隔離開(kāi)關(guān)操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；

　　(2)　故障演習訓練：

　　斷路器故障：拒動(dòng)、誤動(dòng)、偷跳；

　　隔離開(kāi)關(guān)故障：帶負荷拉合隔離開(kāi)關(guān)、帶電合接地隔離開(kāi)關(guān)；

　　變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過(guò)負荷、變壓器油溫過(guò)高；

　　母線(xiàn)故障：母線(xiàn)短路、母線(xiàn)接地；

　　線(xiàn)路故障：近區短路、接地、斷線(xiàn)等；

　　此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。

　　培訓者可對設定操作任務(wù)或故障，依據系統標準操作票進(jìn)行操作，系統也可在出現故障時(shí)，給予提示并指出錯誤要點(diǎn)。

　　(3)　操作票生成與培訓系統：可對線(xiàn)路、主變壓器、母線(xiàn)、電容器等設備開(kāi)操作票；可對學(xué)員的操作以操作票的形式記錄；可對學(xué)員的操作票和標準操作票進(jìn)行比較；

　　(4)　理論知識的培訓：可提供設備的圖片和產(chǎn)品介紹；可進(jìn)行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線(xiàn)路保護、低周減載裝置等；還可進(jìn)行運行規程問(wèn)答、典型故障處理、經(jīng)驗介紹以及提供考試題庫。

　　(5)　系統維護功能：系統可根據110kV變電所的主接線(xiàn)方式(如：?jiǎn)文妇�(xiàn)接線(xiàn)方式、內橋接線(xiàn)方式、單元接線(xiàn)方式)和正常運行方式的差異及實(shí)際變電所的工作情況進(jìn)行選擇和修改，可對考試題目進(jìn)行增加或修改，還可對二次接線(xiàn)圖上的線(xiàn)路名稱(chēng)和隔離開(kāi)關(guān)、斷路器號進(jìn)行更改，使其更加接近變電所的實(shí)際運行情況。

　　操作實(shí)例：

　　倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過(guò)程如下：

　�、龠\行仿真軟件，進(jìn)行操作人員登陸。

　�、谶M(jìn)行功能選擇，進(jìn)入倒閘操作模塊，進(jìn)行題目分類(lèi)選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會(huì )出現一系列10kV倒閘操作題目的分項內容，用鼠標按鈕進(jìn)行選擇，選擇"紡織線(xiàn)002斷路器停電，紡織線(xiàn)線(xiàn)路檢修"(見(jiàn)圖2)。選擇題目后，可進(jìn)行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進(jìn)行正確操作�？蓡螕粢�點(diǎn)按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線(xiàn)路圖上進(jìn)行，也可在模擬圖上進(jìn)行。

圖2

　�、垡来卫�開(kāi)紡織線(xiàn)002斷路器，拉開(kāi)002-3隔離開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)002-1隔離開(kāi)關(guān)，在002-3隔離開(kāi)關(guān)線(xiàn)路側掛接地線(xiàn)(見(jiàn)圖3)。遇到困難時(shí)，可查閱標準操作票和操作要點(diǎn)提示。操作完畢后，調出操作記錄與標準操作票進(jìn)行比較，如果在操作過(guò)程中發(fā)生誤操作，系統會(huì )出現報警。

圖3

　�、苓x擇操作題目后，也可進(jìn)入考試狀態(tài)。在此狀態(tài)下，系統不提供標準操作票和操作要點(diǎn)提示，考試時(shí)間到，系統不再進(jìn)行操作記錄。

5　結束語(yǔ)

　　目前，110/35kV變電培訓仿真系統在一些變電所已經(jīng)得到應用，并取得實(shí)效。歸納起來(lái)，變電培訓仿真系統具有如下的特點(diǎn)：

　　(1)　計算機仿真程度高。仿真畫(huà)面完全按照變電所的電力設備實(shí)物進(jìn)行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線(xiàn)圖上用鼠標點(diǎn)擊元器件，即可激發(fā)元器件動(dòng)作，元器件動(dòng)作后仿真變電所同實(shí)際變電所情況一致。

　　(2)　培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進(jìn)行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動(dòng)作原理到動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行分步講解，突出顯示動(dòng)作斷路器和響應元器件，動(dòng)畫(huà)模仿電流軌跡電池測試儀·電流變送器·頻率變送器·電壓變送器·微阻計/毫歐表·電力分析儀·高壓棒·電流計/表·電磁場(chǎng)測試儀·兆歐表· 。

　　(3)　可擴充性強。仿真系統還應提供維護功能，用戶(hù)可在使用過(guò)程中，按照各自變電所的實(shí)際情況進(jìn)行適當的修改，使其更接近實(shí)際運行中的變電所。

　　(4)　人機界面友好，操作簡(jiǎn)單，顯示直觀(guān)，具有真實(shí)性、正確性和靈活性的特點(diǎn)。

　　總之，變電培訓仿真系統能提高培訓效率、縮短培訓周期、降低培訓成本、提高運行人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)，作為一種新型的培訓方式，其經(jīng)濟效益和社會(huì )效益是顯而易見(jiàn)的，具有廣泛的應用前景。