阐释变电站多功能继电保护及变电站自动化体系教学运用

论文导读：
摘要：介绍了多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的主要功能、特点及其在实验教学、科研和创新性实验等方面的应用。该实验装置性能优良、操作灵活、开放性好、逼真度高，为电气工程及其自动化专业电力方向的教师和学生提供了现代化的教学与科研手段。
关键词：变电站综合自动化；功能特点；继电保护
作者简介：李惜玉（1971-），女，广东揭阳人，广东工业大学自动化学院，高级实验师；谢创利（1991-），男，广东揭阳人，广东工业大学自动化学院本科生。（广东 广州 510090）
基金项目：本文系2011年广东工业大学大学生创新基金项目（项目编号：402102026）、2012年广东工业大学大学生创新基金项目（项目编号：xj201211845021）、广东省电气工程及其自动化特色专业基金项目（项目编号：402102299）的研究成果。
1007-0079（2013）17-0102-02
电力系统的猛速发展给继电保护提出了更高的要求，继电保护装置是电力系统重要的组成部分，也是电力系统安全、稳定和可靠运行的重要保证之一。继电保护数字仿真也已成为继电保护研究、设计和教学等各方面不可缺少的工具，电力系统变电运行中微机继电保护的参数确定、各种事故及继电保护操作等需要通过仿真来认识。然而，仅限于软件仿真，无继电保护装置、电缆等二次设备，没有真实的二次信号，操作缺乏真实感，仅靠提供一个模拟环境是无法达到教学应用和科研研究要求的。[1，2]
TQXBZ-III多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统是基于实时仿真技术的数字、物理混合仿真平台，该实验平台把实际的变电站继电保护运行“移植”到实验台中，非常接近现场变电继电保护运行，可以有效地加强学生对各种物理现象的认识，并进一步掌握和理解物理概念。[3，4]

一、多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的技术特点

TQXBZ-III多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统采用了试验台结构。该试验台由TQWX-III微机型继电保护实验测试仪、TQXBZ-III多功能微机型实验装置、常规保护继电器、成组保护接线图、控制回路模块、按钮开关、万能转换开关、保护模式切换开关及直流电源、信号灯、蜂鸣器等附件构成，并提供了三套配套软件：《继电保护特性测试系统软件》、《电力网信号源控制系统软件》和《多功能微机保护实验装置管理程序软件》。TQXBZ-III多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统面板示意图如图1所示。该实验系统主要有以下特点：

1.适用性强

该系统既可满足“电力系统继电保护原理”、“电力系统微机保护”、“发电厂电气部分”等相关课程实验教学的需求，也可作为学生课程设计、毕业设计和创新研究的开放性平台。这样不仅节省了多种实验设备的占地面积，同时也减少了花费。

2.接近电力系统实际

采用“微机型继电保护试验测试仪”替代了由传统实验系统调压器、移相器、滑线电阻和测量仪表等构成的“地摊”式实验设备，与电力系统进行继电保护的试验方法完全相同。同时也能够让学生了解到继电保护的最新测试技术，而不仅仅是停留于过去的陈旧技术。

3.实验现象直观

配备PC机，可直观显示实验过程中的各种测试数据、动作特性曲线、波形图等。对于数字式继电器可通过PC机操作修改整定值，方便简单。另外，可通过PC机选择变量的变化方式，可手控亦可程控。

4.组态灵活

装置均具有联网功能，利用多套实验系统可组态任意结构的电力系统，以满足实验教学、课程设计、创新研究的要求。

5.接口开放

考虑到面对学生教学的特点，该实验系统中的核心设备接口开放，可作为二次研究、开发平台，学生可自己开放程序下载到装置硬件中运行，构成具有任意功能的新装置。[5，6]

二、多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的功能

多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统主要具有以下功能：继电保护课程实验、微机保护课程实验和发电厂电气课程实验，详见图2。

1.继电保护课程实验

为了加深学生对继电器动作原理的认识和了解，该实验系统配备了电磁式电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、阻抗继电器、差动继电器等继电器，以加强学生对继电保护动作装置的认识；也可将多个继电器连接构成常规成组论文导读：线方法，以及发生事故时的应对方法和相应的操作。比如其中的闪光继电器构成的信号实验，通过此实验学生能够熟悉万能转换开关的位置与信号灯的状态的对应关系，并能够根据其对应关系做出相应的操作。这与在发电厂及变电站中的操作相同，能够提高学生的动手能力及锻炼学生在实际生产中对事故的应对能力。

三、多功能继电保

继电保护，以深入观察、学习不同保护的配合使用。
（1）常规继电器特性实验。本装置可通过PC机控制TQWX-III微机型继电保护试验测试仪，让其发源于：论文封面格式www.7ctime.com
出各种电流和电压信号，从而对各种继电器的特性进行测试，且可自动获取继电保护装置的动作信号，方便记录。同时，试验台上配备了24V电源及指示灯构成的信号指示回路，方便对继电器动作信号的观察。
（2）成组继电保护实验。试验台提供了一个典型的一次系统接线图用以成组保护实验，可从其上获取信号，将多个继电器连接构成常规成组继电保护，便可进行成组继电保护的实验。

2.微机保护课程实验

电力系统微机保护课程实验包括数字式继电器特性实验、成组微机保护实验及微机保护与继电保护配合动作实验三部分。
（1）数字式继电器特性实验。该系统利用单片机或DSP技术，由TQWX-III微机型继电保护实验测试仪产生信号，通过向装置硬件中下载相应的程序模块，便可实现数字式电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、差动继电器、阻抗继电器、反时限电流继电器、零序反时限电流继电器、负序反时限电流继电器、零序电流继电器、负序电流继电器、零序电压继电器、负序电压继电器、零序功率方向继电器及负序功率方向继电器等多种常规继电器的功能。 （2）成组微机保护实验。该实验装置实验台上有成组保护实验模型图，通过从该模型图上获取电压、电流信号，可实现包括10kV线路微机保护装置、35kV线路微机保护装置、110kV线路微机保护装置、变压器微机保护装置、电容器微机保护装置、发电机微机保护装置、电动机微机保护装置等保护的功能。
（3）微机保护与继电保护配合动作实验。将多个常规继电器组合构成继电保护，利用TQXBZ-III多功能微机保护实验装置实现需要的微机保护，在成组保护实验模型图上完成微机保护与继电保护配合动作实验。此实验更贴近实际电力现场，通过此实验可使学生更加熟悉实际的电力系统继电保护，并加深对保护装置的理解。

3.发电厂电气课程实验

该试验台可对断路器控制回路及信号进行实验。通过这些实验，可以使学生了解、掌握断路器控制回路的工作原理及其继电保护的接线方法，以及发生事故时的应对方法和相应的操作。比如其中的闪光继电器构成的信号实验，通过此实验学生能够熟悉万能转换开关的位置与信号灯的状态的对应关系，并能够根据其对应关系做出相应的操作。这与在发电厂及变电站中的操作相同，能够提高学生的动手能力及锻炼学生在实际生产中对事故的应对能力。[5]

三、多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统的主要应用

1.实验教学

自多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统在广东工业大学投入使用以来，已成为“电力系统继电保护原理”、“电力系统微机保护”、“发电厂电气”等课程教学的实验平台。该实验平台以微机型继电保护试验测试仪作为实验信号源，符合电力系统现场的实验方式，并配套功能强大的电力系统信号源综合控制系统软件，具有丰富的组态功能。不但能够进行实时参数分析计算，而且可以进行任意设定点的故障分析运算，并能控制测试仪实时输出设定选配点在正常运行和故障情况下的二次电流、电压信号，为学生提供具体、直观、真实的学习环境，对继电保护实源于：党校毕业论文范文www.7ctime.com
验教学有了明显的改进。在传统教学方式的基础上，实现了继电保护的测试、操作、监视和仿真，已成为电气工程及其自动化专业电力方向现代化、数字化教学必不可少的工具。

2.创新性实验

微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置均具有联网功能，多套（四台以上）实验培训系统联网方便实现了变电站综合自动化的实验仿真。其中，微机型继电保护试验测试仪是一台性能良好的高精度信号源设备，为电力系统继电保护测试提供了连续可调节的电流和电压信号。多功能继电保护论文导读：
及变电站综合自动化实验培训系统中的核心设备接口开放，可作为学生创新研究和开发平台，提高了学生的创新思维与实践能力，加强了学生分析问题和解决问题的能力。

3.科研平台

多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统中的多功能微机保护实验装置其硬件平台采用双处理器结构，处理器采用80C196KC芯片，一块CPU作为保护CPU，主要进行数据处理；另一块CPU作为监控管理和通信CPU，用于人机界面接口与通信。两块CPU之间通过双口RAM芯片（IDT7134）进行数据交换，方便实行二次程序开发。[7]教师和研究生可在装置的硬件与软件基础上进行有关继电保护的设计和研究，比如通过自主编写、修改接口程序，完成保护相应功能并实时模拟电网短路故障时保护的动作情况。
四、结束语
创新能力培养是高等学校教育的核心内容，是培养创新人才的关键。电气工程及其自动化专业电力方向引入多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统作为先进的教学手段，能把课堂上所学的复杂的、抽象的理论融入到教学中，完整、具体、直观地仿真，有效地培养了学生的实验动手能力，提高了学生综合分析问题的能力和运用能力，不断推动了教学实践，让学生通过仿真更全面地掌握了电力继电保护知识，从而培养了学生的创新能力。多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统已逐渐成为电气工程及其自动化专业教师和学生现代化的教学与科研手段。
参考文献：
周有庆，周成林，彭红海，等.变电站综合自动化数字物理仿真培训系统[J].电力系统及其自动化学报，2010，（3）：113-117，122.
王宇，陈铸华.变电站微机继电保护培训系统的研制[J].湖南电力，2010，（1）：16-19，29.
[3]周有庆，邵霞，彭红海.多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统[J].大众用电，2004，（5）：23-24.
[4]张镇.继电保护及测控数字物理混合仿真培训系统的应用[J].东北电力技术，2011，（3）：40-43.
[5]周有庆，等.TQXBZ-III多功能继电保护及变电站综合自动化实验培训系统实验指导书[Z].
[6]周有庆，等.TQDB-III多功能微机保护实验装置用户手册[Z].
[7]周有庆，等.TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册[Z].