仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實例

仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實例

自20世紀(jì)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(tǒng)中，應(yīng)用較多的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進(jìn)行操作、控制、管理與決策的實際系統(tǒng)，都需要對這些人員進(jìn)行培訓(xùn)、教育與培養(yǎng)。早期的培訓(xùn)大都是經(jīng)過理論講解和現(xiàn)場實習(xí)，通過實際操作經(jīng)驗的積累來完成的，這種培訓(xùn)方式因是在實際運行的系統(tǒng)上進(jìn)行操作，不僅培訓(xùn)成本高、培訓(xùn)時間長，而且有些故障只能在實際發(fā)生時才能得到實際操作的機(jī)會，致使一部分知識只有感性認(rèn)識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復(fù)雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓(xùn)練時因操作不當(dāng)引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問題，出現(xiàn)了培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，模擬實際系統(tǒng)的工作狀況和運行環(huán)境，以避免運用實際系統(tǒng)時可能帶來的危險性及高昂的代價。

　　變電所培訓(xùn)仿真系統(tǒng)集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)于一體，依據(jù)變電所電力設(shè)備實物、一次設(shè)備和二次設(shè)備接線圖進(jìn)行設(shè)計，如主控室、控制屏、保護(hù)屏及設(shè)備連接狀況，可在模擬設(shè)備和二次接線圖上進(jìn)行相應(yīng)操作，采用鼠標(biāo)點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(xué)(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓(xùn)手段大大更新，提高了培訓(xùn)效率，縮短了培訓(xùn)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(kuò)大化和縮短事故處理時間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行。

圖1

1　變電所仿真的現(xiàn)狀

　　目前，我國農(nóng)網(wǎng)中(110kV、35kV)變電所培訓(xùn)仿真系統(tǒng)主要有孤立變電所型變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)和考慮簡單電網(wǎng)的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。前一種類型的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)配置簡單，造價相對較低；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，該類型的變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在功能上比孤立變電所型的仿真系統(tǒng)要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統(tǒng)結(jié)合于一體的110kV/35kV集控站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)較為簡單，能夠在單機(jī)上獨立運行的特點，以下只對該系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

2　硬件配置的基本要求

　　微機(jī)一臺：主頻PENTIUM 200；32M內(nèi)存；3.2G硬盤；16倍光驅(qū)；顯示卡、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(xùn)軟件。

4　主要功能

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

　　(2)　故障演習(xí)訓(xùn)練：

　　斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；

　　隔離開關(guān)故障：帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)、帶電合接地隔離開關(guān)；

　　變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負(fù)荷、變壓器油溫過高；

　　母線故障：母線短路、母線接地；

　　線路故障：近區(qū)短路、接地、斷線等；

　　此外，還有電容器故障、繼電保護(hù)故障以及其它故障等。

　　培訓(xùn)者可對設(shè)定操作任務(wù)或故障，依據(jù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行操作，系統(tǒng)也可在出現(xiàn)故障時，給予提示并指出錯誤要點。

　　(3)　操作票生成與培訓(xùn)系統(tǒng)：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設(shè)備開操作票；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(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行比較；

　　(4)　理論知識的培訓(xùn)：可提供設(shè)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(hù)、電容器組保護(hù)、輸電線路保護(hù)、低周減載裝置等；還可進(jìn)行運行規(guī)程問答、典型故障處理、經(jīng)驗介紹以及提供考試題庫。

　　(5)　系統(tǒng)維護(hù)功能：系統(tǒng)可根據(jù)110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內(nèi)橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實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，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關(guān)、斷路器號進(jìn)行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。

　　操作實例：

　　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，其操作過程如下：

　　①運行仿真軟件，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)行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現(xiàn)一系列10kV倒閘操作題目的分項內(nèi)容，用鼠標(biāo)按鈕進(jìn)行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)操作票預(yù)覽，以便操作人員了解操作步驟后進(jìn)行正確操作�？蓡螕粢�點按鈕，查看提示注意事項。操作練習(xí)既可在線路圖上進(jìn)行，也可在模擬圖上進(jìn)行。

圖2

　�、垡来卫�開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關(guān)，拉開002-1隔離開關(guān)，在002-3隔離開關(guān)線路側(cè)掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標(biāo)準(zhǔn)操作票和操作要點提示。操作完畢后，調(diào)出操作記錄與標(biāo)準(zhǔn)操作票進(jìn)行比較，如果在操作過程中發(fā)生誤操作，系統(tǒng)會出現(xiàn)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(tǒng)不提供標(biāo)準(zhǔn)操作票和操作要點提示，考試時間到，系統(tǒng)不再進(jìn)行操作記錄。

5　結(jié)束語

　　目前，110/35kV變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在一些變電所已經(jīng)得到應(yīng)用，并取得實效。歸納起來，變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)具有如下的特點：

　　(1)　計算機(jī)仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設(shè)備實物進(jìn)行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標(biāo)點擊元器件，即可激發(fā)元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。

　　(2)　培訓(xùn)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(hù)裝置從動作原理到動作過程進(jìn)行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應(yīng)元器件，動畫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·電磁場測試儀·兆歐表· 。

　　(3)　可擴(kuò)充性強。仿真系統(tǒng)還應(yīng)提供維護(hù)功能，用戶可在使用過程中，按照各自變電所的實際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷�，使其更接近實際運行中的變電所。

　　(4)　人機(jī)界面友好，操作簡單，顯示直觀，具有真實性、正確性和靈活性的特點。

　　總之，變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)能提高培訓(xùn)效率、縮短培訓(xùn)周期、降低培訓(xùn)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(xùn)方式，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益是顯而易見的，具有廣泛的應(yīng)用前景。