变电站仿真系统的功能探究

【摘 要】本文结合高校及供用电企业对变电站运行培训的要求，对目前市场上变电站仿真系统的功能进行了分析，提出一个完善的变电站仿真培训系统应具备的基本功能，并对各功能应用进行了较为详细的分析。

【关键词】变电站仿真；变电运行；仿真培训

一个功能完善的变电站仿真系统可以提供其它培训方式所无法提供的培训环境：它可以模拟变电站的方方面面，让初级学员熟悉变电站的基本构成，熟悉基本的操作，让高级学员进一步掌握各设备的性能特点，提高他们的技术水平；它可以提供较为真实的现场环境，让学员学习变电站巡视的技巧；它可以使学员面对实际工作中有可能发生的各种事故或异常，熟悉这些故障或异常发生时出现的提示信息，掌握处理的方法，熟悉相应的处理过程；它还可作为电气运行技术考核的考试平台。变电站仿真系统的这些优势无疑扩大了培训触及的范围，能有效提高培训的质量。这也是变电站仿真培训系无论在大学校园还是在供电企业都有较大的应用空间的重要原因。

从目前市场上功能比较完善的变电站仿真系统来看，变电站仿真系统已具备了很强大的功能，但仍有不少功能值得斟酌、有些功能有待完善、性能有待提高。笔者认为，一个完善的变电站仿真系统至少应该具备如下几个方面的功能：

1、变电站设备场景仿真

1.1一次设备场景仿真

一次设备场景的仿真的目的是为使用者提供一个真实而实用的一次设备现场场景，供使用者完成以下仿真工作：

①巡视工作。使用者可以仿真现场进行一次设备的巡视工作，观察一次设备外观、状态及其它必要的巡视观察点（如开关的位置状态、油压、气压、温度、绝缘子等）。

②就地操作。使用者可以仿真进行一次设备的就地操作工作，如断路器、隔离开关的合闸、跳闸、解锁、闭锁等。

③布置安措。使用者可以仿真各种一次设备检修、操作时安全措施布置工作。

当然，仿真系统应提供一次设备正常状态及各种故障、异常状态的情境，而且各设备的工况及开合状态应与监控系统显示的状态一致——当运行人员发出操作指令后，相关设备应有正确的响应，当就地操作时，监控界面也应有正确的指示（除非为了仿真监控系统的故障而故意设置了不一致）；若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误。

现在先进的仿真技术往往采用3D画面来仿真变电站的一次设备，这样当然非常直观，但有些仿真产品也存在一些不足，如：操作开关时不方便，经常让初学者不知如何操作，或操作不到位等；没有将设备观测点表现清楚，甚至有不少遗漏；寻找目标设备时比较困难；五防闭锁解锁功能不真实或不直观等。实际上只要能将运行过程中可能碰到的情况表示清楚，不一定非要使用3D画面，平面图像一样可以有良好的表现。

1.2变电站二次系统设备仿真

二次系统的仿真的目的是给使用者提供一个较为真实的二次设备场景，使用者可以完成如下仿真工作：

①二次设备巡视。使用者借助于仿真系统可以观察到二次系统的所有设备、站用电及直流系统部分及必要的二次接线等的各巡视观察点，如端子箱、操作箱、保护及测控屏背面二次设备和端子，保护屏及测控屏前面控制转换开关、连接片、各种表计、光字牌、微机保护操作面板等。

②二次设备的操作。如二次部分小开关、保险的分合，保护、自动装置的投退等。

③布置安措。

④微机保护装置人机交互的操作。可查看保护装置监控的模拟量、开关量以及保护定值等。

当然，仿真系统应提供二次设备正常状态及各种故障、异常状态的情境，而且各保护、仪表、告警应与监控系统显示一致——当运行人员发出保护定值修改命令后，相关保护设备应有相应的修改，当就地操作投退保护时，监控界面也应有正确的指示。

有些仿真产品中对液晶面板的操作仿真不完整，许多仿真产品没有保护屏背面二次接线部分，端子箱、操作箱内部元件及接线仿真程度不够或根本没有，影响了初级使用者对变电站的全面认识程度，从而影响了整个仿真软件的质量。

2、变电站监控系统仿真

变电站后台监控系统（包括监控站、工程师站等）的仿真，提供值班员使用的各种界面仿真，应能实现正常监视、倒闸操作及变压器调压、事故及异常告警、保护定值管理及其它变电站运行日常管理等功能。

变电站后台监控系统仿真应与一次系统、二次系统仿真相对应，一次、二次系统的操作或故障在后台监控都应有对应的现象，反之，后台监控的操作在一次、二次系统也应有正确的反应。

有些仿真系统在仿真故障情况时无简报信息窗报警与语音报警、故障推画面告警；有时在操作一次设备时，监控系统无对应的改变，这些缺陷都应该注意避免。

3、变电站五防系统仿真

“五防”系统也应按现场实际的功能仿真，模拟微机五防系统，从开操作票到执行操作命令整个流程应有必要的仿真。若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误；在“五防”系统退出状态下，运行人员发生误操作（如：误拉合开关，带负荷误拉合隔离刀闸，带地线合闸，带电挂地线或合接地刀闸，误入带电间隔等），均将自然引发相应的事故，保护和自动装置将按不同的地点、保护状态、开关状态相应动作，与实际运行一致。

4、变电站故障及异常模拟仿真

变电站故障及异常模拟仿真功能可提供变电站事故及异常处理的培训或考核。在仿真系统中可设置各类故障及异常，学员根据事故或异常现象进行综合分析，以确定事故或异常的类型、范围，并正确、快速地处理（隔离故障设备、恢复正常设备的供电，对重要用户应保证不停电；对已停电的用户应尽快恢复供电；调整系统运行方式使供电恢复正常等）。

变电站故障及异常模拟仿真功能的设计应考虑到各种可能出现的故障及异常：

①既可设置一次系统的故障及异常，也可设置二次系统及保护及自动装置自身的故障和异常；

②既可设置一次设备的单相接地、两相短路、三相短路故障，也可设置单一故障或由多重简单故障复合而成的复合故障；

③对于线路故障还可设置故障点距离保护安装处的距离，亦可设置永久或瞬时性故障；

④既考虑保护正确反应故障而动作的情况，也要考虑保护误动作的情况。

变电站故障及异常模拟仿真功能存在的问题主要是：对故障及异常模拟种类有限，有些情况没有到；对综合性故障考虑不足；故障性质（永久性或瞬时性、发展性故障）考虑不足等。

5、学习导航功能（或称在线帮助功能）

学习导航功能用于帮助使用者选择合适的学习策略。不同的使用者，其学习目标不同，选择不同的学习策略可以帮助他们提高学习效率，少走弯路。

学习策略可分成初学者、熟练者、非常熟练者等多个等级。对于不熟悉变电站的初学者，学习策略应引导他们学习设备的初步知识，逐步熟悉变电站的各种设备的性能，掌握变电运行的基本知识及技能；对于熟悉变电站各种设备及掌握了变电运行基本知识及技能的熟练者，学习策略应引导他们提高变电运行的水平，更加深入地了解变电站各种设备的功能、特性；对于高级使用者，学习策略应引导他们提高应变能力，准确快速处理各种故障或异常。

学习导航功能应该体现在仿真系统的各个环节，例如使用帮助，各设备的参数的查询、设备操作方法、要点及本体观测点的说明、故障处理策略等。

目前的情况，虽然有些变电站仿真系统的其它功能比较完善，却没有学习导航功能，这不能不说是一个缺憾。

6、智能评判功能

变电站仿真系统应提供智能评估功能，在实施考核时帮助教员方便快捷地对学员操作的正确性给出一个大致合理的评价。通过这个功能可以比较客观地给出评价，使得一些考核或竞技项目例如学校对学生成绩的评定以及适合于企业的技能鉴定、技术竞赛和反措演习等规范化、制度化、科学化，同时大大减轻教员的劳动强度，提高工作效率。

目前不少变电站仿真系统产品具备了这个功能，但还并不理想，需要改进。

结论

近年来，随着计算机技术的发展，变电站仿真技术也取得了很大进展，已由原来的纯物理仿真发展到现在的数字仿真或数字物理混合仿真，原来无法仿真的一次系统、无法模拟的各种故障以及其它功能也变得易于实现，真实性、实用性不断增强。如果能充分利用各种先进的技术，将变电站各细节仿真考虑进来，不断增强仿真系统的功能、性能、可操作性，那么必将对变电运行培训产生重大影响。