電力系統(tǒng)的猛速發(fā)展給繼電保護(hù)提出了更高的要求，繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)重要的組成部分，也是電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的重要保證之一。繼電保護(hù)數(shù)字仿真也已成為繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)和教學(xué)等各方面不可缺少的工具，電力系統(tǒng)變電運(yùn)行中微機(jī)繼電保護(hù)的參數(shù)確定、各種事故及繼電保護(hù)操作等需要通過(guò)仿真來(lái)認(rèn)識(shí)。然而，**于軟件仿真，無(wú)繼電保護(hù)裝置、電纜等二次設(shè)備，沒(méi)有真實(shí)的二次信號(hào)，操作缺乏真實(shí)感，僅靠提供一個(gè)模擬環(huán)境是無(wú)法達(dá)到教學(xué)應(yīng)用和科研研究要求的。[1，2]

TQXBZ-III多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的數(shù)字、物理混合仿真平臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)把實(shí)際的變電站繼電保護(hù)運(yùn)行“移植”到實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，非常接近現(xiàn)場(chǎng)變電繼電保護(hù)運(yùn)行，可以有效地加強(qiáng)學(xué)生對(duì)各種物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步掌握和理解物理概念。[3，4]

一、多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

TQXBZ-III多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)采用了試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)。該試驗(yàn)臺(tái)由TQWX-III微機(jī)型繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀、TQXBZ-III多功能微機(jī)型實(shí)驗(yàn)裝置、常規(guī)保護(hù)繼電器、成組保護(hù)接線圖、控制回路模塊、按鈕開(kāi)關(guān)、萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、保護(hù)模式切換開(kāi)關(guān)及直流電源、信號(hào)燈、蜂鳴器等附件構(gòu)成，并提供了三套配套軟件：《繼電保護(hù)特性測(cè)試系統(tǒng)軟件》、《電力網(wǎng)信號(hào)源控制系統(tǒng)軟件》和《多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置管理程序軟件》。TQXBZ-III多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)面板示意圖如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：

1.適用性強(qiáng)

該系統(tǒng)既可滿足“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”、“電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)”、“發(fā)電廠電氣部分”等相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，也可作為學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和**研究的開(kāi)放性平臺(tái)。這樣不僅節(jié)省了多種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的占地面積，同時(shí)也減少了花費(fèi)。

2.接近電力系統(tǒng)實(shí)際

采用“微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀”替代了由傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)壓器、移相器、滑線電阻和測(cè)量?jī)x表等構(gòu)成的“地?cái)偂笔綄?shí)驗(yàn)設(shè)備，與電力系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)的試驗(yàn)方法完全相同。同時(shí)也能夠讓學(xué)生了解到繼電保護(hù)的*新測(cè)試技術(shù)，而不僅僅是停留于過(guò)去的陳舊技術(shù)。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀

配備PC機(jī)，可直觀顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種測(cè)試數(shù)據(jù)、動(dòng)作特性曲線、波形圖等。對(duì)于數(shù)字式繼電器可通過(guò)PC機(jī)操作修改整定值，方便簡(jiǎn)單。另外，可通過(guò)PC機(jī)選擇變量的變化方式，可手控亦可程控。

4.組態(tài)靈活

裝置均具有聯(lián)網(wǎng)功能，利用多套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可組態(tài)任意結(jié)構(gòu)的電力系統(tǒng)，以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、**研究的要求。

5.接口開(kāi)放

考慮到面對(duì)學(xué)生教學(xué)的特點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的核心設(shè)備接口開(kāi)放，可作為二次研究、開(kāi)發(fā)平臺(tái)，學(xué)生可自己開(kāi)放程序下載到裝置硬件中運(yùn)行，構(gòu)成具有任意定制功能的新裝置。[5，6]

二、多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的功能

多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)主要具有以下功能：繼電保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)、微機(jī)保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)和發(fā)電廠電氣課程實(shí)驗(yàn)，詳見(jiàn)圖2。

1.繼電保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)

為了加深學(xué)生對(duì)繼電器動(dòng)作原理的認(rèn)識(shí)和了解，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備了電磁式電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、阻抗繼電器、差動(dòng)繼電器等繼電器，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作裝置的認(rèn)識(shí)；也可將多個(gè)繼電器連接構(gòu)成常規(guī)成組繼電保護(hù)，以深入觀察、學(xué)習(xí)不同保護(hù)的配合使用。

（1）常規(guī)繼電器特性實(shí)驗(yàn)。本裝置可通過(guò)PC機(jī)控制TQWXIII微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀，讓其發(fā)出各種電流和電壓信號(hào)，從而對(duì)各種繼電器的特性進(jìn)行測(cè)試，且可自動(dòng)獲取繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)，方便記錄。同時(shí)，試驗(yàn)臺(tái)上配備了24V電源及指示燈構(gòu)成的信號(hào)指示回路，方便對(duì)繼電器動(dòng)作信號(hào)的觀察。

（2）成組繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)臺(tái)提供了一個(gè)典型的一次系統(tǒng)接線圖用以成組保護(hù)實(shí)驗(yàn)，可從其上獲取信號(hào)，將多個(gè)繼電器連接構(gòu)成常規(guī)成組繼電保護(hù)，便可進(jìn)行成組繼電保護(hù)的實(shí)驗(yàn)。

2.微機(jī)保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)

電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)課程實(shí)驗(yàn)包括數(shù)字式繼電器特性實(shí)驗(yàn)、成組微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)及微機(jī)保護(hù)與繼電保護(hù)配合動(dòng)作實(shí)驗(yàn)三部分。

（1）數(shù)字式繼電器特性實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)利用單片機(jī)或DSP技術(shù)，由TQWX-III微機(jī)型繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀產(chǎn)生信號(hào)，通過(guò)向裝置硬件中下載相應(yīng)的程序模塊，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字式電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、差動(dòng)繼電器、阻抗繼電器、反時(shí)限電流繼電器、零序反時(shí)限電流繼電器、負(fù)序反時(shí)限電流繼電器、零序電流繼電器、負(fù)序電流繼電器、零序電壓繼電器、負(fù)序電壓繼電器、零序功率方向繼電器及負(fù)序功率方向繼電器等多種常規(guī)繼電器的功能。

（2）成組微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有成組保護(hù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D，通過(guò)從該模型圖上獲取電壓、電流信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)包括10kV線路微機(jī)保護(hù)裝置35kV線路微機(jī)保護(hù)裝置、110kV線路微機(jī)保護(hù)裝置、變壓器微機(jī)保護(hù)裝置、電容器微機(jī)保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置、電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置等保護(hù)的功能。

（3）微機(jī)保護(hù)與繼電保護(hù)配合動(dòng)作實(shí)驗(yàn)。將多個(gè)常規(guī)繼電器組合構(gòu)成繼電保護(hù)，利用TQXBZ-III多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)需要的微機(jī)保護(hù)，在成組保護(hù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D上完成微機(jī)保護(hù)與繼電保護(hù)配合動(dòng)作實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)更貼近實(shí)際電力現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生更加熟悉實(shí)際的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，并加深對(duì)保護(hù)裝置的理解。

3.發(fā)電廠電氣課程實(shí)驗(yàn)

該試驗(yàn)臺(tái)可對(duì)斷路器控制回路及中央信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生了解、掌握斷路器控制回路的工作原理及其繼電保護(hù)的接線方法，以及發(fā)生事故時(shí)的應(yīng)對(duì)方法和相應(yīng)的操作。比如其中的閃光繼電器構(gòu)成的中央信號(hào)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)學(xué)生能夠熟悉萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的位置與信號(hào)燈的狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)

系，并能夠根據(jù)其對(duì)應(yīng)關(guān)系做出相應(yīng)的操作。這與在發(fā)電廠及變電站中的操作相同，能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力及鍛煉學(xué)生在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)事故的應(yīng)對(duì)能力。[5]

三、多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)的主要應(yīng)用

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)

自多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)在廣東工業(yè)大學(xué)投入使用以來(lái)，已成為“電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理”、“電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)”、“發(fā)電廠電氣”等課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)源，符合電力系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方式，并配套功能強(qiáng)大的電力系統(tǒng)信號(hào)源綜合控制系統(tǒng)軟件，具有豐富的組態(tài)功能。不但能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)分析計(jì)算，而且可以進(jìn)行任意設(shè)定點(diǎn)的故障分析運(yùn)算，并能控制測(cè)試儀實(shí)時(shí)輸出設(shè)定選配點(diǎn)在正常運(yùn)行和故障情況下的二次電流、電壓信號(hào)，為學(xué)生提供具體、直觀、真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境，對(duì)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有了明顯的改進(jìn)。在傳統(tǒng)教學(xué)方式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)的測(cè)試、操作、監(jiān)視和仿真，已成為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)電力方向現(xiàn)代化、數(shù)字化教學(xué)必不可少的工具。

2.**性實(shí)驗(yàn)

微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀和多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置均具有聯(lián)網(wǎng)功能，多套（四臺(tái)以上）實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方便實(shí)現(xiàn)了變電站綜合自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)仿真。其中，微機(jī)型繼電保護(hù)試驗(yàn)測(cè)試儀是一臺(tái)性能良好的高精度信號(hào)源設(shè)備，為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試提供了連續(xù)可調(diào)節(jié)的電流和電壓信號(hào)。多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)中的核心設(shè)備接口開(kāi)放，可作為學(xué)生**研究和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提高了學(xué)生的**思維與實(shí)踐能力，加強(qiáng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.科研平臺(tái)

多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)中的多功能微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置其硬件平臺(tái)采用雙處理器結(jié)構(gòu)，處理器采用80C196KC芯片，一塊CPU作為保護(hù)CPU，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；另一塊CPU作為監(jiān)控管理和通信CPU，用于人機(jī)界面接口與通信。兩塊CPU之間通過(guò)雙口RAM芯片（IDT7134）進(jìn)行數(shù)據(jù)交

換，方便實(shí)行二次程序開(kāi)發(fā)。[7]教師和研究生可在裝置的硬件與軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行有關(guān)繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和研究，比如通過(guò)自主編寫、修改接口程序，完成保護(hù)相應(yīng)功能并實(shí)時(shí)模擬電網(wǎng)短路故障時(shí)保護(hù)的動(dòng)作情況。

四、結(jié)束語(yǔ)

**能力培養(yǎng)是高等學(xué)校教育的核心內(nèi)容，是培養(yǎng)**人才的關(guān)鍵。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)電力方向引入多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)作為先進(jìn)的教學(xué)手段，能把課堂上所學(xué)的復(fù)雜的、抽象的理論融入到教學(xué)中，完整、具體、直觀地仿真，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，提高了學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力和運(yùn)用能力，不斷推動(dòng)了教學(xué)實(shí)踐，讓學(xué)生通過(guò)仿真更**地掌握了電力繼電保護(hù)知識(shí)，從而培養(yǎng)了學(xué)生的**能力。多功能繼電保護(hù)及變電站綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)系統(tǒng)已逐漸成為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教師和學(xué)生現(xiàn)代化的教學(xué)與科研手段。