《吉林省综合变电仿真培训系统》仿与真的探讨

摘要：针对《吉林省综合变电仿真培训系统》的开发内容和模型分析，阐述了仿真培训系统的设计思想和开发理念。该系统采用综合仿真手段，解决了已往仿真系统单一、片面、抽象的缺点，达到了完整、真实、适用的培训效果。

关键词：综合变电仿真培训系统；设计思想；培训效果

中图分类号：G726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）26-0096-02

变电站运行仿真培训系统在电力企业生产技能人员培训中得到了广泛应用，是开展电网运行人员技能培训的先进设施。随着电网自动化技术的不断投入和智能电网建设工作的不断推进，对运行人员岗位技能的要求越来越高。因此，开发一套先进实用的综合变电仿真培训系统，对加强运行人员岗位技能、保证电网安全、稳定、可靠、经济运行具有十分重要意义。传统的单一的仿真系统开发思路难以满足新形势下对人才培训的需求，其原因是缺乏合理可行的仿真系统开发理念。2009年吉林省电力有限公司培训中心与北京四方公司联合开发了《吉林省综合变电仿真培训系统》，用于开展吉林省电力有限公司系统内员工岗位技能培训。仿真模型以长春供电公司的地区电网和相关变电站为原型，开发了典型的实际盘台等设备纯物理仿真，同时兼有利用计算机技术、网络技术开发的数字仿真。

一、开发目标

开发过程中仿真培训系统研制技术人员以内容真实丰富、模型先进标准、培训手段灵活为开发设计原则，以实用超前的仿真系统为研制开发目标，结合《吉林省综合变电仿真培训系统》具备原型的“真”模型，以及国家电网公司颁布的《变电站典型设计》和电网发展，对原型电网和原型变电站进行了恰当的改进，使该系统具备先进的、标准的、通用的“仿”模型。通过综合变电仿真培训系统的开发和应用，证明了该开发理念对保证系统开发质量起到了关键作用。

二、开发模型

1.仿真220kV长春变电站

220kV长春变电站作为长春地区电网的枢纽中心已运行了半个多世纪，承担着长春市区的重要负荷。近几十年来变电站逐步更新改造设备，涵盖了不同时期的设备产品，一次接线形式和运行方式不断改进完善，多年的发展历史和丰富的运行经验为仿真培训提供了大量的素材。

（1）主接线仿真部分。220kV长春变电站原型中，一号、二号主变低压侧两个回路均没有与66kV旁路母线连接，也就是说两台主变低压侧开关不能由旁路开关代出，这样接线供电可靠性较低，不符合典型设计。所以在设计仿真220kV长春变电站主接线部分时，按标准的典型接线建模，即一号、二号主变两个二次主开关可以由旁路开关代出。改进220kV长春变电站主接线的原型，建立典型的仿真一次模型，其相应的二次系统及信息、画面、保护配置等均进行了对应仿真。

（2）站用电源仿真部分。原站用电源是由一台站外变和一条66kV长双乙线的线路侧供电。这样站用电形式与典型设计不符，可靠性也不高。开发人员在站用电交流系统建模时改进了接线形式，站用电系统由66kV母线接引增加一台2号站用变。按照1号站用变实际情况，2号站用变的型号参数、保护配置、运行状态、异常表现、动作逻辑与1号站用变相同，并与1号站用变配合，配有备用电源自动投入装置（见图1）。

站用电源仿真模型在接线形式进行标准化改进的同时，开发人员对两台站用变的低压侧断路器型号进行了两种选型仿真：一是带有欠压脱扣机构的断路器，二是不带欠压脱扣机构的断路器。这样的设计思想是当变电站或所在系统发生短路故障时电压出现波动，站用变低压侧两种断路器仿真模型受到冲击后的动作行为不同。这为仿真培训系统提供了多样的培训案例，为学员开展不同的课题分析和不同方法的处理提供了仿真平台。开发人员在开发仿真培训系统时，科学把握了原型的真，又进行了标准化原型的仿，丰富了仿真培训系统的教学内容。

2.仿真220kV平泉变电站

220kV平泉变电站一次侧接线形式原来是线路――变压器组形式（见图2）。开发人员考虑到220kV平泉变电站线路――变压器组形式虽然是少见的特例形式，但却具有一定培训意义，决定保留其特例型式。同时也把220kV平泉变电站的一次主接线仿真模型按标准的内桥接线开发（见图3），即仿真220kV平泉变电站具有两种接线型式，培训时根据教学的需要装载不同的接线模型。

仿真220kV平泉变运行方式I为桥接线形式。平泉站侧线路春平甲、乙线7811断路器、7812断路器以及桥联7800的断路器在合位（见图4）。1号主变中性点为直接接地方式，2号主变中性点为间隙接地方式，且可依据运行方式的改变而改变。220kV侧为大电流接地系统，66kV为小电流接地系统。平泉变220kV线路侧保护配置和对侧220kV长春变的春平甲乙线保护配置相同。 220kV平泉变的两台主变保护配置相同，主保护有差动保护和重瓦斯保护，此两种保护在主变本身故障时跳开主变一、二次主开关，同时动作于桥联开关，启动66kV备自投装置，自动合上66kV侧分段开关。后备保护配有高压侧复压闭锁过电流保护，低压侧复压闭锁过电流保护，过负荷，轻瓦斯保护，零序过流灵敏两段，零序过电压保护。间隙接地保护按反措执行。桥开关配有过流II段、III段保护。两台主变高压侧的桥内侧增加相应的隔离开关。

仿真220kV平泉变运行方式II为单元接线形式。平泉变侧春平甲、乙线7811开关、7812开关在合位，桥联7800开关在分位（冷备用或热备用），如图5所示。此时运行方式即为线路――变压器组单元接线形式，1号、2号主变中性点均不接地，桥联7800开关配置了备自投装置，同时考虑和66kV侧分段开关备自投装置的时间配合，且220kV侧、66kV侧备自投装置配有投退压板。线路和主变的继电保护配置与运行方式I保护配置相同，主保护和后备保护均能进行投退，有跳主变一次、二次开关和桥联开关的压板。

3.模型分析

（1）运行方式II就是保留了原型平泉变正常运行方式，即线路――变压器单元接线方式。当春平乙线线路发生永久性接地故障时，长春变侧在继电保护正确动作下，保护动作出口跳开春平乙线2808开关，重合闸动作，监控机显示（语音报警），字幕显示平泉变66kV备自投保护动作，平泉变电站侧二号主变二次主开关跳闸，66kV分段开关合上。

处理过程：检查、记录、分析和报告相关调度；联系省调合上平泉变2号主变中性点接地刀闸后由长春变电站侧强送一次失败；按省调令拉开长春变电站春平乙线乙、西刀闸，平泉变二号主变二次主甲刀闸后，在长春变电站春平乙线乙刀闸线路侧三相验电确无电压，并装设接地线一组；在平泉变春平乙线7812乙刀闸线路侧三相验电确无电压，并装设地线一组。此时技术层面事故处理告一段落。此时平泉变的运行方式为春平甲线带1号主变及66kV两段母线运行。

（2）当运行方式为I时，即为标准的桥形接线方式。当春平乙线线路发生永久性接地故障时，220kV长春变电站、220kV平泉变电站在继电保护正确动作下，跳开春平乙线两侧2808开关和7812开关，重合闸动作，监控机显示（语音报警）220kV平泉变春平乙线7812开关跳闸。此时平泉变的运行方式为春平甲线带1号、2号主变运行。这种故障情况下无需变压器中性点刀闸操作，主变压器也避免过载的可能性，只需进行挂地线处理即可。

分析发现两种不同运行方式下分别发生同一类型故障时，保护及自动装置的动作不同。方式I继电保护的动作是跳开春平乙线两侧2808开关和7812开关即可。方式II继电保护的动作是在跳开春平乙线2808开关的同时，平泉变66kV备自投装置动作，跳开主变压器二次主开关，合上66kV分段开关。不同方式下保护或自动装置的动作断路器跳闸结果不同，也导致故障后的运行方式不同，因而运行值班员的事故处理也不同。两种模型的建立为教学提供了多样的培训素材，也为培训学员创造了丰富的讨论课题，极大地锻炼了培训学员的分析能力。

三、开发特点

1.完整的混仿设计思想

在调研国内变电仿真系统的基础上进行认真分析总结。对变电站及所在电网运行工况进行全面仿真，模型含有500kV、220kV、66kV电压等级的常规变电站、综自变电站、集控站多种仿真，能给培训学员以系统的、完整的概念。其中，220kV仿真长春变电站实现了物理仿真与数字仿真相结合的混合仿真培训系统。物理仿真按照常规变电站运行值班室的环境和设备进行仿真，控制屏、模拟屏、直留屏、保护屏、值班工作台等完全按照现场一比一仿真，给人以真实场景感受。数字仿真利用计算机技术、网络技术及其大屏幕投影系统，实现软盘台监控和3D室外设备巡视维护的模拟。该仿真系统可以进行运行监盘、设备巡视、倒闸操作、事故处理等相关运行工况和各项工作流程的岗位培训。

2.模型的置换设计思想

该系统另一个突出的特点是“一、二次设备模型元件库”的设计思想。根据培训的需求进行相应模型切换，通过丰富的培训内容实现不同培训的目标。仿真平泉变两种运行方式和仿真长春变电站站用变压器低压断路器的两种模型的仿真设计就是“元件置换”思想的体现，利用一、二次设备元件库置换其他不同设备模型，为培训教学提供了不同的演练平台，使该系统能满足变电运行培训所要求的真实性、灵活性。

四、结束语

在设计过程中以满足变电运行工种岗位培训需要为出发点，以国家电网公司颁布的《培训规范》为标准，把握仿真系统开发的仿与真原则，以实际变电站及所在电网为原型开发的综合仿真培训系统，保证了岗位培训教学的真实性和实用性，体现出仿真系统的真。按照国家电网公司颁布《变电站典型设计》的要求，改进和完善模型的开发，保证仿真系统具备典型性、通用性、先进性，为培训教学提供了标准的仿真模型，体现出仿真系统的仿。从近三年的培训来看，在对国网大学生岗前培训的教学中收到了很好的效果。