变压器实训总结篇（1）

电力变压器固体绝缘材料和油在电和热的双重作用下，会产生各种气体，而这些气体将溶解于变压器内部的油中，通过对油中气体种类和含量进行分析，就能判断变压器的故障。产生的气体主要有氢气、烃类、一氧化碳和二氧化碳，其中氢气、甲烷、乙炔、乙烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳是判断故障时用到的主要气体，称为特征气体。热性故障主要是因热应力造成绝缘加速老化引起的。当过热只影响到绝缘油分解而不影响到其他材料时，会发生低温过热，此时主要产生低分子烃，特征气体主要是甲烷和乙烷，并且这两种烃占总烃的80%以上。当温度较低时，甲烷所占比例最大；当温度继续升高到500℃时，即中温过热，乙烯和氢气的含量急剧增大；温度继续升高到700℃（高温过热）以上时，会产生乙炔，但含量不太大，不会超过总烃量的6%。电性故障是在高电应力的作用下导致绝缘老化而引起的内部故障。根据能量密度的不同可分成不同的几种故障类型：（1）高能放电，常见的是线圈匝和层间击穿，其次是对地闪络及分接开关飞弧或者引线断裂，发生前没有先兆现象，很难预测。特征气体主要有乙炔、氢气，其次有乙烯和甲烷。（2）低能放电，低能放电发生的情况较多，如铁芯接地片接触不良或者引线接触不良而引起放电等。特征气体主要有乙炔和氢气，但烃的含量不高。（3）局部放电，局部放电较上面两个放电发生的机率要小很多，发生局部放电时，特征气体会跟随放电能量密度的变化而变化，通常总烃的含量不高，主要是氢气，还有甲烷，氢气通常占氢和总烃的90%以上。

2基于径向基神经网络的变压器故障诊断模型

RBF神经网络是由输入层、隐含层和输出层构成的三层前向网络[10]。输入向量信号传递到隐层，隐层有S1个隐神经元，其节点径向基传递函数为高斯函数(radbas)；输出层有S2个神经元，节点函数是线性函数（pruelin）。函数网络的结构如图1所示。当输入向量进入网络的输入端时，径向基层的每个神经元都会输出一个值，代表输入向量和神经元权值向量之间的接近程度。如果输入向量与权值向量相差很多，则径向基层的输出接近0，经过第二层的线性神经元，也输出接近0；如果输入向量与权值向量很接近，则径向基层的输出接近1，经过第二层的线性神经元，输出值就更加接近第二层权值；在这个过程中，如果只有一个径向基神经元的输出为1，而其他的神经元输出均为0或者接近0，那么线性神经元层的输出就相当于输出为1的神经元对应的第二层权值的值。一般情况下，不止一个径向基神经元的输出为1，所以输出值就会有所不同。

2.1径向基神经网络输入输出设计网络输入层节点数就是一个故障模式包含的特征量数。基于油中溶解气体与内部故障的对应关系，本论文采用6种特征气体作为网络的输入向量，它们是H2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6，CO2，这样，网络的输入层的节点数被确定为6.在对变压器的故障识别中，采用6种故障类型：低温过热、中低温过热、高温过热、低能放电、高能放电和局部放电，这样输出层的节点数也为6。下图为实现变压器故障诊断的RBF网络拓扑结构。

2.2径向基网络径向基函数确定及样本数据处理针对变压器故障的特点，本文选用高斯函数为径向基函数，具体如下式所示。其中：x是6维输入向量；c为基函数的中心，是与x具有相同维数的向量；δ决定基函数围绕中心点的宽度。径向基函数的优点在于：（1）表现的形式简单，即使是多变量的输入也不会增加过多的复杂性；（2）径向对称；（3）便于理论分析；（4）函数光滑性好，任意阶的倒数都存在。为保证网络的学习信息准确和网络不出现饱和，以及网络的规模不会过大，在把数据输入网络前，把数据进行归一化处理，归一化公式如下。其中：xi表示特征气体的数值，xmin表示所有气体数值中的最小值，xmax表示所有气体数值中的最大值。

2.3用径向基网络进行变压器故障诊断的基本步骤用RBF神经网络诊断变压器故障大致分为三步：（1）收集变压器故障样本数据，对输入向量即6种特征气体数据进行归一化处理；（2）为得到网络训练的输出向量，对变压器故障样本数据中的故障类型进行编码。从RBF神经网络的输入和输出样本数据中选出一些作待测样本，剩下的作训练样本；（3）构建和训练RBF神经网络。根据第一步和第二步得到的RBF神经网络的输入和输出训练样本和待测样本数据，构建和训练RBF神经网络，直到达到满意的精度为止。

3径向基神经网络训练及变压器故障诊断

RBF神经网络训练及变压器故障诊断实验在Mat⁃lab应用软件的神经网络工具箱中进行，实验选取273组故障数据作为训练样本，另外60组故障数据作为待测样本。利用函数newrb（）构建RBF神经网络。newrb（）函数可自动增加网络的隐层神经元数目，直到均方差满足精度或者神经元数目达到最大为止。调用方式如下：Net=newrb（P,T,goal,spread）其中，P为归一化以后的输入向量构成的矩阵，T为归一化以后的期望输出向量构成的矩阵，goal为训练精度，spread为径向基层的散布常数。用sim（）进行故障诊断测试构建的RBF神经网络。调用方式如下：zhenduan=sim(netrbf,P1)其中，P1为归一化以后的待测样本的输入向量构成的矩阵。选取精度goal为0.02，径向基层的散布常数spread为5，构建和训练RBF神经网络，并用待测样本的输入向量P1进行故障诊断测试。RBF神经网络训练过程中的均方差变化情况如图3所示。从图中可以看到，均方差随着训练次数的增加而逐渐减小，当训练次数达到150次的时候，均方差达到目标值。RBF神经网络对待测样本的故障诊断结果如下所示。应用最大隶属原则，将zhenduan中的各个列向量的最大值取为1，其它分量的值取为0，然后与故障类型目标矩阵T1的各个列向量进行比较，有49个诊断结果正确，正确率为81.67%。选取精度goal为0.02，径向基层的散布常数spread分别取为spread=10、spread=14、spread=10.5，构建和训练RBF神经网络，并用待测样本的输入向量P1进行故障诊断测试，诊断结果准正确率列于表2。经比较可以得出，当spread=10.5时准确率最高。所以选择spread=10.5时训练得到的RBF神经网络模型变压器故障诊断模型。

4径向基神经网络故障诊断和三比值法的比较

三比值法的基本原理是变压器发生故障时,从变压器油中提取五种特征气体H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6的成分含量，计算出相应的三对比值C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6并赋予相应的编码，再由编码规则，得到一组编码表，然后根据提供的诊断标准就可找到相应的故障类型。用三比值法对上述60组样本检验数据P1进行故障诊断,结果如表3。从表3可以看出，用三比值法有26组数据无法诊断故障类型，有6组故障类型诊断错误，故有32组数据不能正确判断故障类型。三比值法与径向基神经网络模型故障诊断准确率的比较如表4所示。通过上面的实验可知，选择适合的spread参数，基于径向基神经网络模型的变压器故障诊断方法比三比值法具有很好的优越性，诊断的准确率有很大的提高。

变压器实训总结篇（2）

中图分类号： TM407 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）01-0045-03

1 引言

变压器是电力系统重要的运行设备之一，同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一。变压器内部电场分布不均匀，结构复杂，而且随着电压等级的增高，电网容量加大和覆盖面增广，变压器事故率成上升趋势。根据近几年全国电力可靠性统计分析结果来看，变压器故障率最大的部位是内绝缘，主要故障是因为变压器运行环境恶劣、绝缘老化严重、变压器制造质量有问题等引起的。变压器故障发生时，通常是伴随着电弧和放电以及剧烈燃烧，然后电力设备发生短路或其他故障，轻则停电检修，直接影响生产，重则会发生变压器爆炸，造成重大经济损失。所以变压器的运行状态直接影响系统运行的安全与稳定。

变压器故障诊断技术的研究一直是国内外的热点，并已经获得了大量的经验，形成了多种诊断方法。经大量研究和实测经验表明，采用油中溶解气体的气相色谱分析法（Dissolved Gas Analysis），简称DGA，是监视变压器安全运行的最有效的措施之一。DGA的原理是测量变压器溶解气体的组分和含量，用来分析变压器的潜伏性故障。

BP（Back Propagation）网络是1986年由Rumelhart和McCelland为首的科学家小组提出，是一种按误差逆传播算法训练的多层前馈网络。BP网络能学习和存贮大量的输入-输出模式映射关系，而无需事前揭示描述这种映射关系的数学方程。它的学习规则是使用最速下降法，通过反向传播来不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。

本文从多因素分析并诊断变压器内部故障，准确判断变压器的潜伏性故障或隐患的类型，及时排除故障或预测故障的可能发展，以保证电力系统运行的稳定性。可大量节省故障排除的人力物力，减轻工人繁重的体力劳动，从技术上保证电网的安全稳定运行，具有巨大的社会和经济效益。

2 基于BP网络的变压器故障诊断模型

网络结构如图1所示，BP神经网络模型拓扑结构包括输入层（input）、隐层（hide layer）和输出层（output layer），其中隐层的数量可以为一个或者多个。

隐节点的输出：

在确定输入向量时，将油中溶解气体含量的数据作为网络的输入特征向量。反应变压器状态的特征气体主要是H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2七种气体。经过综合考虑选取变压器色谱试验的五种关键气体，即H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6作为BP网络的输入，变压器状态模式用Ok表示，可表示多种故障状态。无故障（O1），中低温过热（O2，150℃700℃），低能量放电（O4），高能量放电（O5）五个状态来表示。

3 BP神经网络程序实现

BP 网络算法的中心思想是将学习过程分成正向传播和误差反向传播两个阶段。第一阶段，是将训练样本数据从输入层―隐含层―输出层的正向传播过程。经过第一阶段后，若输出层的实际输出与期望输出相差太大，则转向第二阶段。第二阶段，通过误差反向传播来修正权系数和阈值。将它们的误差以某种形式通过输出层一隐含层一输入层的反向传播。并将误差分摊给各层的所有神经元，从而获得各层单元的误差信号，将此误差信号作为下一次迭代的已知量。经过不断重复上述两个过程也就是对多个样本的反复训练，直到误差满足给定精度要求或己达到规定的学习次数，即完成了学习过程。学习流程图如图2所示。

4 BP算法的改进

BP算法实质上是非线性优化问题的梯度算法，它存在着收敛性问题，即该算法不能保证学习的结果一定收敛到均方误差的全局最小点，而可能陷入局部极小点，从而使网络收敛很慢，发生迟钝，甚至失去继续学习的能力。若系统在学习过程中停止在误差函数的局部最小值点上，则不管经历多少次迭代，系统误差函数都将停留在某个较大值上。从而导致虽然期望得到全局最小值所对应的｛ω｝min，但系统却留在某局部最小值所对应的｛ω｝local。可采用几种常用的改进方法。

a）自适应学习速率

太大的学习速率导致学习不稳定，太小的学习速率又导致极长的训练时间，因而在训练过程中，最好能自动调整学习速率。通常采用的方法是从某个学习速率η开始，增加和减小该速率，比较两者分别产生的结果，选择对应于产生结果较好的那个速率，即对应于总误差比较小的速率，作为下一步更新的起始点。

学习速率的调节公式如4-1所示：

η（t+1）=kincη（t） E（t+1）＜E（t）kdecη（t） E（t+1）＞E（t）η（t） 其他 （4-1）

式中，学习率增量因子kinc＞1，一般选为1.05；学习率减量因子0＜kdec＜1，一般选为0.7；E（t+1）第t+1次、第t次迭代后总的误差平方和；η为学习速率，在标准BP算法中，一般取为0～1的一个定值。若E（t+1）E（t）时，表明第t次迭代是无效的，乘以减量因子，减小学习步长，从而减小无效迭代，加快网络学习速度。

b）附加动量法

为了减小学习过程的振荡趋势，改善收敛性，可在梯度下降算法的基础上引入动量系数α，权值调节公式如4-2所示：

动量系数α取值必须在0～1之间，一般选为0.9。表示BP算法中的误差平方和对权值的负梯度。

该方法所加入的动量项实质上相当于阻尼项，它减小了学习过程的振荡趋势，降低了网络对于误差曲面局部细节的敏感性，有效地抑制了网络陷于局部极小。

附加动量法的缺点是，要求训练的初始值在误差曲面上的位置所在的误差下降方向与误差最小值的运动方向一致。如果初始误差点的斜率下降方向与通向最小值的方向相反，则附加动量法失败，训练结果将同样落入局部极小值而不能自拔。初始值选得太靠近局部极小值也不行，学习速率太小也不行。

c）自适应学习速率动量BP法

该算法是将自适应学习速率法和附加动量法相结合，在网络训练过程中，不但使学习速率根据局部误差曲面作出不断调整，而且利用动量项使同一梯度方向上权值的修正量增加，起到加速修正的作用。从而大幅度提高网络的收敛速度，减小陷入局部极小的概率。

d）LM优化法

LM（Levenberg Marquardt）算法是建立在一种优化方法基础上的训练算法。常规的BP算法需要较长的训练时间，而LM算法比常规BP算法要快得多，但它需要更多的内存。通常LM算法所需要的内存为BP算法的S・P倍。其中S为输出神经元个数，P为训练网络的输入输出矢量数。

LM调整公式如4-3所示：

w==（JTJ+μI）-1JTe （4-3）

其中J为误差对权值或阈值微分的雅可比矩阵，e为误差向量，μ为一个自适应调整的标量。变量μ确定了学习是根据牛顿法还是梯度法来完成的，随着μ的增大，上式就近似于梯度法；当μ很小时，上式就变成牛顿法，因此学习过程主要根据梯度下降法。只要迭代过程使误差e增加，μ也就会增加，直到误差不再增加为止。但是，如果μ太大，会使学习停止，当已经找到最小误差时，就会出现这种情况，所以μ达到最大值时要停止学习。

e）弹性BP法

在采用激活函数为S形函数的最速下降BP法训练网络时，可能会产生由于梯度的变化幅度很小，而导致权值和阈值的修正量也很小的，使训练时间变长的问题。在训练中可在权值修正中引入修正因子。当连续两次迭代的梯度方向相同时，将权值和阈值的修正量乘以增量因子，使修正值增加；当连续两次迭代的梯度方向相反时，将权值和阈值的修正量乘以减量因子，使修正值减小，从而克服梯度幅度的不利影响。权值和阈值修正量的调节公式如4-4所示：

5 BP网络的训练及检验

从理论上讲，BP神经网络对其输入无限制，因此对输入变量也不必预处理。但是，输入变量经过预处理后，就使网络训练一开始各变量的重要性处于同等地位，就可防止采用Sigmoid激活函数的BP网络因净输入的绝对值过大而使神经元饱和，继而使权值调整进入误差曲面的平坦区。

根据国内部分故障变压器色谱实际统计数据，选出比较可靠的36组数据作为训练样本，本文的神经网络训练中不直接将各种气体含量作为输入矢量以免影响正常训练和诊断。将训练样本作归一化处理，以上面五种气体含量各自占气体总量的相对百分比作为输入矢量。

本文的神经网络首先选择一个隐含层，通过调整隐含层神经元数提高网络性能，若获得满意性能，则不考虑增加隐含层数；反之则增加隐含层数。

隐层节点数往往根据前人设计所得的经验和自己的训练来确定。经验公式为：

其中，m是隐层节点数，n为输入节点数，l为输出节点数，α为1~10之间的常数。

本文中n=5，l=5，所以m∈[4，13]。在训练时，对不同隐层节点数训练，观察结果，最终确定为12。

综合各个因素，建立结构为5-12-5型的变压器故障诊断BP神经网络模型，并分析不同训练函数的训练精度和收敛速度。不同训练函数的比较结果如表5.1所示。

比较各种训练函数的收敛时间和最终训练精度，本文选取trainlm做为合适的训练函数。

使用检验样本进行检验时，正确率可达80%以上，验证了BP网络故障诊断的优越性。

6 小结

本文对基于BP网络的变压器故障诊断进行了研究。本文提出的方法其特点是选取变压器故障训练样本进行训练， 使BP 网络能够记忆不同情况下各种故障特征， 从而当系统处于每一种情况下都能获得正确的诊断效果。使用Matlab软件对模型进行仿真，通过对样本的训练和对故障诊断样本的诊断，故障诊断正确率达80%以上，满足实际要求，验证了该算法的优越性，说明本文建立的变压器故障诊断BP神经网络模型是合适的、可行的、正确的，能够很好的应用于变压器的故障诊断。

参考文献：

[1] 操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2] 闻新等.MATLAB神经网络应用设计[M].北京：科学出版社，2000.

[3] 李霜，王朗珠，张为，等.基于DGA的改进BP神经网络的变压器故障诊断方法[J].变压器，2010，47（12）：61-65.

[4] 孙志强等.神经网络理论与MATLAB7实现[M].北京：电子工业出版社，2005.

变压器实训总结篇（3）

中图法分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)01-254-03

Application of the Opto-Mechatronics Practice Training Equipment in Course Teaching of Mechanical Specialty

FANG Gui-sheng, SUN Ping

(Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College, Hangzhou 310018, China)

Abstract: The traditional teaching equipment is mainly used to verification experimental teaching. It is deficient to foster students practical ability and creativity. The opto-mechatronics practice training equipment which adopts open architecture and modular structure, applies various technologies, such as mechanical technology, electrical control technology, PLC technology, pneumatic technology, sensing technology to train students comprehensive ability. In this paper basic structure and main functions of the opto-mechatronics practice training equipment are introduced. Some course modules and course projects of mechanical specialty are designed based on the equipment. Finally, by making an example in the electrical control and PLC course teaching, the teaching method combining theory with practice is described.

Key words: opto-mechatronics; practice training equipment; teaching combining theory with practice; project teaching; modular teaching

1 概述

职业教育的核心是提高学生的实践动手能力和分析解决实际问题的能力。传统的职业教育模式是专业理论课和实训课分开进行,其弊端是理论和实践相分离,重理论而轻实践,教师教学缺乏新意,上课枯燥乏味,学生听课不感兴趣,上课昏昏欲睡,这样直接造成的后果就是培养的学生动手能力差,解决实际问题的能力差,课程教学难以达到职业教育培养目标的要求。解决该问题的关键是适当引入实训设备,探索理实一体化教学模式。

理实一体化教学作为职业院校专业教学中探索创新的一种教学模式,它强调充分发挥教师的主导作用,将理论学习和实际训练紧密结合起来,注重培养学生的动手能力,全程构建素质和技能培养框架,丰富课堂教学和实践教学环节,提高教学质量。理实一体化教学要求学校建立专业教室,配备相应的专业设备和计算机辅助教学设施,将有关专业设备和教学设备同置一室,将专业理论课和生产实习等实践性教学环节安排在专业教室中进行教学[1-2]。

高职高专机电类课程教学大多需要实验实训设备的支撑。传统的教学仪器设备主要为了满足某门课程验证性实验的需要,缺乏对学生实践动手能力和创新能力的培养。光机电一体化实训装置融合了机械、电气、PLC、气动、传感等多种技术,采用了开放式和模块式结构,可满足《电气控制与PLC》、《机电一体化设备安装与维护》等多门课程理论实践一体化教学的需要。正是基于以上考虑,我校在省财政的支持下,面向机电一体化、数控技术、电气自动化等专业课程教学的需要,引入了光机电一体化实训装置和模块化生产线等设备,并积极探索理实一体化教学模式,取得了初步成效,显著提高了学生的实践动手能力和社会竞争力。

2 光机电一体化实训装置的基本构成

2.1 光机电一体化实训装置的总体结构

光机电一体化实训装置由型材导轨式实训台、典型机电一体化设备机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、低压电器模块、模拟生产设备实训模块(包含上料机构、搬运机械手、皮带输送线、物件分拣等)、接线端子排、各种传感器、警示灯和气动电磁阀等组成。整体结构采用开放式和拆装式设计,学生可以组装、接线、编程和调试由上料机构、搬运机械手机构、皮带输送线和物料分拣组成的光机电一体化设备。装置的总体结构示意图如图1所示。

2.2 装置主要模块的基本组成

1) PLC主机:采用了CPU226 AC/DC/晶体管(24路数字量输入/16路晶体管输出)、两个RS-485通信口、EM222(8路数字量输出),在PLC的每个输入端均有开关,PLC主机的输入/输出接口均已连到面板上,方便用户使用。

2) 变频器模块:采用西门子MM420变频器,三相380V供电,输出功率0.75KW。集成RS-485通讯接口,提供BOP操作面板;集成3路数字量输入/1路继电器输出,1路模拟量输入/1路模拟量输出;具备过电压、欠电压保护,电机过热保护,短路保护等。提供调速电位器,所有接口均采用安全插连接。

3) 电机模块:包括三相交流异步电动机,步进电机和步进电机驱动器等。

4) 低压电器模块:配备了交流接触器、热继电器、电子式时间继电器、中间继电器、变压器、整流电路、能耗制动电阻、带灯按钮、断路器、熔断器、行程开关、组合开关、转换开关、速度继电器、磁性开关、急停按钮、复位按钮、自锁按钮等低压电器。

5) 气动模块:包括了静音气泵、单杆气缸、双杆气缸、气动手爪、单控电磁阀、双控电磁阀、旋转气缸等。

6) 传感器模块:具备了电感传感器、漫反射式光电传感器、对射式光电传感器、光纤传感器,可区分金属物料和非金属物料、不同颜色的物料。

7) 触摸屏与组态模块:配备了深圳步科EVIEW MT4200工业触摸屏和EV5000组态编程软件。

2.3 装置主要部件的工作原理[3]

1) 机械手搬运机构

当存放料台检测光电传感器检测物料到位后,机械手手臂前伸,手臂伸出限位传感器检测到位后,延时0.5秒,手爪气缸下降,手爪下降限位传感器检测到位后,延时0.5秒,气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后;延时0.5秒,手爪气缸上升,手爪提升限位传感器检测到位后,手臂气缸缩回,手臂缩回限位传感器检测到位后;手臂向右旋转,手臂旋转一定角度后,手臂前伸,手臂伸出限位传感器检测到位后,手爪气缸下降,手爪下降限位传感器检测到位后,延时0.5秒,气动手爪放开物料,手爪气缸上升,手爪提升限位传感器检测到位后,手臂气缸缩回,手臂缩回限位传感器检测到位后,手臂向左旋转,等待下一个物料到位,重复上面的动作。在分拣气缸完成分拣后,再将物料放入输送线上。

2) 物料分拣机构

当入料口光电传感器检测到物料时,变频器接收启动信号,三相交流异步电机以30HZ的频率正转运行,皮带开始输送工件,当料槽一到位检测传感器检测到金属物料时,推料一气缸动作,将金属物料推入一号料槽,料槽检测传感器检测到有工件经过时,电动机停止;当料槽二检测传感器检测到白色物料时,旋转气缸动作,将白色物料导入二号料槽,料槽检测传感器检测到有工件经过时,旋转气缸转回原位,同时电动机停止;当物料为黑色物料直接导入三号料槽,料槽检测传感器检测到有工件经过时,电动机停止。

3 基于实训装置的课程模块与项目设计

光机电一体化实训装置融合了机械、电气、电动机、PLC、气动、传感等多项技术,并面向职业教育发展的需要,采用了开放式和拆装式结构,可根据课程内容需要选用不同的模块组合,满足《电气控制与PLC》、《液压与气动控制》、《变频调速技术》、《检测与传感技术》、《机电一体化设备安装与维护》等多门课程理实一体化教学的需要。表1为利用该实训装置开发的课程模块和教学项目。

4 基于实训装置的理实一体化教学

4.1 理实一体化教学场地安排

传统的职业教育模式是理论教学和实践教学分开进行,造成理论与实践分离,而且实验实训室功能单一,设备利用率低。为了改变这种现状,突出职业教育的实践性,我校引入了光机电一体化实训装置,并根据现场化教学的需要,将教学环境设计为现场教学模式, 建立理论与实践一体化教学的专业教室,融教室、实训、实验、考工于一体, 使专业教室具有传统教学、多媒体教学、实物展示、演练实训、考工强化训练和考工等多种功能, 营造出良好的职业氛围和环境。整个一体化实训室面积达150m2,室内配备了九台光机电一体化实训装置,一套MPS模块化生产线实训装置,以及46台电脑和投影、音响教学设备,配备了统一的实验桌椅、黑板、仪器柜等,可满足单班课程现场化教学的需要,实现课程教学做于一体,教学场地布置如图2所示。

电脑与操作台区属于基础教学部分,主要用于知识讲解、课程讨论、软件编程、低压电器实训等。实验桌上安装了网孔板,既用于液晶显示器的保护,又可固定常用的低压电器,作电工实训用。光机电一体化实训区属于应用部分,既可用于单门课程的实训需要,也可满足课程综合教学的需要,如PLC实训、变频调速实训、机电设备安装与调试操作等。模块化生产线区属于高级扩展部分,配备了自动传输、立体仓库、三坐标测量、模拟加工等八个模块,模块与模块之间采用了以太网和现场总线进行相互连接,侧重于生产线的总体控制实训等。

4.2 《电气控制与PLC》理实一体化教学思路

我校的《电气控制与PLC》课程在2005年被确定为省级精品课程,四年来项目组老师根据我校学生的特点探索了多种现代化教学方法,其中效果最显著的当属基于光机电一体化实训装置的理实一体化教学模式。以下为实施该教学模式而采取的一些有效措施:

1) 课前根据实训装置的特点,合理设计教学项目,编写教学讲义,制作多媒体教学课件和仿真动画,以提高课程教学的实用性和针对性,提高学生学习的积极性和趣味性。这部分工作是关键所在,直接关系到理实一体化教学模式能否顺利进行。

2) 在课程教学之初,组织学生到校工程训练中心进行参观,增加感性知识,了解普通车床、铣床、钻床的工作原理和控制要求,以及实际的电气控制电路;了解常用低压电器、PLC在数控车床、数控铣床、加工中心、电梯控制系统中的应用等。

3) 在讲解电气控制部分时,每个实验桌上放一套常用的低压电器和电工工具,方便学生了解各种低压电器的结构,学习基本控制电路的安装、调试方法等。

4) 在讲解PLC基础部分时,每个实验桌上放一个PLC和一套常用的低压电器,方便学生了解PLC的结构、接线方法等;方便学生自己动手设计、调试基于PLC的电机控制电路等。

5) 根据学生的特点,实行分类教学,充分发挥学生间的传、帮、带作用。对于平时表现优秀的学生,给与较高的要求,安排较难的设计任务,并要求不光自己学会设计和操作,还需要帮助组内的同学完成设计任务。对于平时表现一般的学生,需要加强引导和督促,适当加以鼓励,激发学生的学习兴趣和求知欲。对于平时表现较差的学生,则需要给予较多的关注,必要时采用强制措施,迫使他们掌握本课程的基础知识和基本技能。

6) 加强中间过程考核和期末实践考核,增添答辩环节,提高学生的口头表达能力,强化学生综合技能的培养。对教学过程中的每个项目组织考核,并根据学生的表现进行打分,计入平时成绩。在期末再安排一次实践考核,随机抽取平时训练过的项目任务,并给予评分,计入总评成绩。在实际操作过程中,这一招对平时不太爱学习的学生有很大的促进作用。

5 结束语

将光机电一体化实训装置引入课程教学,实现理论与实践一体,不仅提高了学生的学习兴趣和实践动手能力,同时也提高了教师的教学业务能力。整个实训装置包括了机械、电气、PLC、组态设计、气压、传感器等多项知识,不仅要求教师要有过硬的理论知识,更重要是具备综合运用知识和解决问题的能力,随时解决学生在操作中碰到的各种问题。另外新的实训设备引入,也需要教师根据实训装置编写合适的讲义,探索新的教学模式,这样对教师个人能力的培养也有很大的促进作用。

变压器实训总结篇（4）

电子实训课是技工学校教学中的重要环节。通过实训，既要巩固电子技术和其它专业课的理论知识，又具有一定的设计、制作、调试和维修能力。然而，由于诸多的原因，导致技工学校的学生综合素质不高，学习基础普遍较差，再加上对电子专业或家电维修专业的知识知之甚少，学生对专业理论知识、专业技能的学习感到困难很多，缺乏学习的信心。为了让学生通过电子实训课的学习，尽快提高学习的积极性和主动性，就成为电子专业教师的首要任务。值此，本人结合十多年电子实训课的教学实践，谈一些自己的做法和体会。

一、明确实训教学环节，重视基本技能训练

教师要手把手地教会学生技能，重要的是上好电子实训课。学生在刚开始学习电子实训课时，会接触到一些常用的电子元器件，例如电阻器、电容器、电源变压器、晶体二极管和晶体三极管等。在学习识别元器件的教学过程中，我经常发现学生普遍存在以下几个现象：

1.色环电阻器的阻值计算

由于色环电阻器不像采用直接标志法的电阻器能直接从其表面读出阻值，而是必须要懂得电阻器上各种颜色所代表的数值以及算法，才能计算出电阻器的阻值，很多学生在学习过程中感到最大的难点是：不懂得怎样先找出误差色环，无法确定色环的顺序应从电阻器的哪一端算起，以致于无法算出阻值。为此，我在课堂中重点教会学生首先从电阻器的头部或尾部，若四色环电阻器应找出金色或银色，五色环电阻器应找出棕色、红色、绿色、蓝色和紫色等色环，且这些色环是离邻近色环较远的，它们都是误差色环的标志，然后再从误差色环的另一端算起，依次为第一、第二、第三、第四或第五色环。学生掌握了这种查找方法后，很快就算出了阻值。

2.电源变压器初、次级的判别

学生在进行电路实训的过程中，因电源变压器的初、次级接错而烧毁的现象屡见不鲜。究其原因是有些学生单凭电源变压器的初、次级绕组外部接线的粗细来区分，总认为粗的外部接线为初级，细的外部接线为次级，但是当两者都是同一种规格的外部接线时，就会出现判别错误的现象。为此，我在讲课中着重教会学生采用电阻法来进行快速判别。具体的方法是：先采用万用表测量电源变压器初、次级绕组的阻值，再根据阻值的大小来判别。一般情况下，对于初级绕组来说，功率在几瓦以下的电源变压器，阻值为几百欧姆至几千欧姆；几瓦至几十瓦的电源变压器，阻值为几百欧姆至几十欧姆。总之，电源变压器的功率越大，则初级绕组的阻值越小。而对于次级绕组来说，阻值一般为零点几欧姆至几欧姆。学生掌握了这种判别方法后，大幅度减少了烧毁电源变压器的现象。

3.晶体三极管极性的外观判别

大多数学生在学习三极管极性的外观判别时，面对众多类型不同、极性排列不同的三极管，在进行电路实训时经常发生因用错极性而烧毁的现象。针对这种现象，我着重教会学生采用下列图示和口诀的方法，快速判别出一些常用三极管的极性。学生学习了这些方法后，感到直观、通俗、易懂、易学、易记。具体的方法如下：

（1）铁壳圆头管，如图一所示。

判别方法：管脚朝上，缺口向自己，则左“发”（射极）、右“集”（电极）、中间“基”（极）。

说明：如3DG6、3DG12等3DG系列，3DK4等3DK系列，以及3AX31等3AX系列三极管的极性均可用此法判别。

（2）半圆头塑封管，如图二所示。

判别方法：管脚朝上，字样平面向自己，则左“集”（电极）、右“发”（射极）、中间“基”（极）。

说明：如9011、9012、9013、9014、9015、9018和8050、8550等韩国系列三极管的极性均可用此法判别。

（3）两面扁平塑封管，如图三所示。

判别方法：管脚朝上，字样平面向自己，则左“发”（射极）、 右“基”（极）、中间“集”（电极）。

说明：如TIP41C、TIP42C、D880、D834等三极管的极性均可用此法判别。

（4）铁壳大功率管（平面图），如图四所示。

判别方法：首先找出管子两个脚靠近螺孔那一端的方向放置，则左“基”（极）、右“发”（射极）、外壳“集”（电极）。

说明：绝大多数铁壳大功率三极管的极性均可用此法判别。如3DD15D、3DD200、3DD207等3DD系列和3AD6、3AD30C等3AD系列的管子。

（5）圆头四脚超高频管，如图五所示。

判别方法：首先用万用表判出与外壳相通的一个管脚，剩下三个脚用铁壳圆头管的判别方法判出极性。

说明：如3DG56、3DG79、3DG80等四脚超高频管的极性均可用此法判别。

二、加强实训环节，锻炼实用技能

在电子实训课的教学中，不但要安排电子元器件检测的课程，而且还要安排案例电路实训环节的教学。在学生掌握了识别元器件和判别极性的方法后，还要求他们根据所学的知识，利用仪表仪器能熟练地进行检测，判断元器件的优劣好坏，从中发现问题、提出问题，再由教师进行启发式的指导。例如不少学生在检测行输出管和部分开关管时，发现用“两小四大” 判断普通三极管的方法不适用了，同样是三极管但不知道为什么不适用。这时教师可向学生解释这是由于行输出管和部分开关管内部增加了阻尼二极管或阻尼电阻这一特殊的结构所致，并告诉其正确的检测方法。这样做的结果，不仅加深了学生对元器件因型号不同而采用的检测方法就有所不同的印象，而且还学会了采用不同的方法去检测，判出极性。

三、强化实训环节，学会检修技能

变压器实训总结篇（5）

在变电站综合自动化培训教学中，学员要熟悉变压器、线路、电容器等设备的保护装置、测控装置、保护测控装置及各种自动控制装置。若在每个具体装置中都全面介绍装置的结构和工作原理，不但重复太多，浪费时间，而且也不容易全面深人地介绍清楚，且不利于学员理解掌握。因此在培训中，都要对各种装置的共性部分进行统一介绍，即介绍装置的基本结构、原理与接线。下面就装置部分教学培训工作进行iv"结，与大家分享。

一、装置的典型硬件结构

装置部分教学培训中，首先要把装置的典型硬件结构弄清楚。成套的综合自动化系统中微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是由若干模块组成的，它们的硬件结构都是大同小异，所不同的是软件及硬件模块化的组合与数量不同。一个变电站综合自动化系统中各种子系统的典型硬件结构主要包括模拟量输人/输出回路、开关量输人/输出回路、微机系统、人机对话接口回路、通信回路和电源，如图1所示。

装置采用统一硬件平台，变电站综合自动化装置硬件采用整体面板、国际标准机箱。装置强弱电彻底分离，cpu板采用印刷板、表面装贴技术，提高了装置的可靠性。可自检和互检，同时减少各部分的关联性。通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。可通过变电站监控系统对保护装置所具有的功能实施全遥控操作。装置采用统一软件平台，缩短了产品的研发周期，延长了产品的市场生命周期，从“作坊生产阶段”进人到“大规模生产阶段”。装置采用统一数据库处理，在设计装置功能模块时提炼不同功能应用信息的共性，建立一个统一的应用功能数据机构模块，包含每种功能所需的一切信息，形成功能程序的统一的开发平台，降低了功能模块程序开发的难度，提高了功能模块程序的可靠性。

二、模拟量的输入/输出回路

1.模拟量的输入电路

变电站综合自动化系统采集的一次设备的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是属于模拟量，由于微机只能识别数字量，故模拟信号必须转换成数字信号才能输人到微机中进行处理。典型的模拟量输人电路的结构框图如图2所示，主要包括电压形成电路、低通滤波电路、采样电路、多路转换开关及a/d变换芯片五部执电压形成电路除了起电量变换作用外，另一个重要作用是将一次设备的电流互感器ta、电压互感器tv的二次回路与微机a/d转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。通过低通滤波器与采样定理、采样保持器、模拟量多路转换开关、模/数变换(a/d)的详细讲解，使学员熟悉模拟量输人电路如何隔离、规范输入电压及完成模/数变换、与cpu接口，完成数据采集任务。

为了使学员更好地理解和掌握培训内容，讲变换器时向学员展示变换器插件实物，讲清楚变换器的输人信号和输出信号。讲解低通滤波时也将实物插件展示给学员，理论联系实际，可取得很好的培训效果。

2模拟量输出电路

培训中简要说明模拟量输出电路的组成、数/模(d/a)转换器工作原理。模拟量输出电路的作用是把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出，该任务主要由数/模(d/a)变换器来完成。由于d/a转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输人待转换的数字量应该保持不变，而微型机系统输出

的数据在数据总线上稳定的时间很短，因此在微机系统与d/a换器间必须用锁存器来保持数字量的稳定，经过d/a转换器得到的模拟信号一般要经过低通滤波器，使其输出波形平滑，同时为了能驱动受控设备，可以采用功率放大器作为模拟量输出的驱动电践 d/a转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量，其主要部件是电阻开关网络和集成运算放大器。

三、开关量输入及输出电路

开关量输人、输出电路是非常重要的教学内容。学员只有明白了断路器、变压器分接头的位置状态是如何被采集和输出后才能更好地工作。

在变电站综合自动化系统的数据采集中，除模拟信号外，还有大量的以二进制数字变化为特点的信号，如隔离开关、断路器的状态，按钮、普通的开关、刀闸、断路器的触点以及人机联系的功能键的状态等，称为开关量。

1.开关量输入电路

开关量输入电路的基本功能就是将变电站内需要的状态信号引人微机系统，如断路器状态、继电保护信号等。开关量输人电路由消抖滤波电路、信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成。培训中讲清消抖滤波电路与信号调节电路、电隔离技术的应用、驱动控制与端口地址译码问题，特别是要了解简单的开关量输人电路。开关量信号都是成组并行输人(出)微机系统的，每组一般为微机系统的字节，即8, 16或32位，对于断路器、隔离开关等开关量的状态，体现在开关量信号的每一位上，如断路器的分、合两种工作状态，可用0, 1表示。简单的开关量输人电路包括断路器和隔离开关的辅助触点、跳合闸位置继电器触点、有载调压变压器的分接头位置等输入、外部装置闭锁重合闸触点输人、装置上连接片位置输入等回路。

2开关量输出回路

开关量输出电路主要是将cpu送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节，如断路器跳闸命令和屏幕显示、报警信号等。开关量输出电路与输人电路基本一样。简单的开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出来控制有触点继电器(干簧或密封小中间继电器)的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。

四、微型机系统和变电站综合自动化算法

微型机系统的cpu是由一片大规模集成电路芯片制成，不仅能进行算法逻辑运算，还能执行各种控制功能。配备一定容量的存储器、输人/输出设备的接口电路及系统总线。计算机监控系统都应具有数据采集和输出控制部分，这两个部分构成了基本测控单元的主要内容。数字信号处理器(dsp)是一种经过优化后用于处理实时信号的微控制器。

在变电站综合自动化系统中，计算机对采样值进行分析、计算得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等，并根据这些参数的计算结果以及定值，通过比较判断决定装置的动作行为，而完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法就称为变电站综合自动化系统算法。其主要任务是如何从包含有噪声分量的输入信号中快速、准确地计算出所需的各种电气量参数。培训中要说明研究算法的目的主要是提高运算的精确度和提高运算的速度。算法的运算速度将影响自动化装置检测量的检测和自动化装置的动作速度。变电站综合自动化系统中保护和监控对算法有不同要求。

五、人机对话、通信和电源插件

1.人机时话

人机对话的主要内容有显示画面与数据(包括时间、日期);单线图的状态、潮流信息;报警画面与提示信息;事件顺序记录。事故记录;趋势记录;装置工况状态显示;保护整定值;控制系统的配置显示，包括退出运行的装置的显示以及信号流程图表;值班记录;控制系统的设定显示等。主要介绍人机对话微型机系统的硬件原理、键盘响应电路、屏幕(液晶)显示电路、打印机的接口电路、多机通信和巡检开关、人机对话插件等。重点讲清人机界面操作和命令菜单使用说明。

2.通信插件

通信插件承担着装置的管理和通信任务，是承接装置与夕卜界通信及交换信息的管理插件，如与面板、pc调试软件、监控后台、工程师站、远动、打印机等的联系，根据保护的配置组织上送遥测、遥信、soe、事件报文和录波信息等。通信插件可根据需要设置有lan网口、以太网口、rs485口和rs232口，满足不同监控和远动系统的要求。另外，还设置有gps对时功能，可满足网络对时和脉冲对时方式的要求。

3.电源插件

每个装置均有一个独立的开关电源，向其他插件供电，此开关电源与插件面板构成电源插件(又叫电源模件)。培训中要重点说明输出电压的作用。输出电压十sv为cpu及其芯片提供工作电源;15v为模拟输人回路运放提供工作电源;+24v为开出、开人回路提供电源。

六、操作回路

培训中分两个方面介绍操作回路。一是介绍断路器操作回路的原理框图，让学员明白操作回路的基本原理;二是让学员看懂实际的操作回路。

1断路器操作回路的原理框图

首先介绍断路器操作回路总体上分为合闸回路和跳闸回路两大部分，介绍合闸回路和跳闸回路的工作过程。手动操作时可选择遥控操作或就地操作。当就地/遥控选择开关打至遥控”位置时在后台机上手动遥控操作;当就地/遥控选择开关打至“就地”位置时工作人员在装置上就地操作断路器。然后介绍自动操作时保护接点通过连接压板直接接人控制电源进行断路器操作，并介绍防跳回路的作用和原理。最后介绍位置信号、控制回路断线和事故信号。

2.断路器操作回路实例

断路器操作回路的原理框图与实际操作回路还有一些距离，为了学员更好地工作，还需要讲解断路器实例操作回路，如南瑞继保电气有限公司rsc-941a型装置操作回路和南自iokv线路保护测控柜断路器操作回路。

七、测控装置

测控装置用于各种电压等级的变电站中，综合考虑变电站对数据采集、处理的要求，以微机技术实现数据采集、控制、信号等功能。采用现场测控网络与安装于控制室的中心设备连接，依靠变电站自动化系统的间隔测控单元实现全变电站的监控。装置完全按照间隔单元实现测量、记录、监视、控制等功能，能够满足各种电压等级的变电站综合自动化系统的要求。

1.测控装置硬件结构与功能

测控装置主要由交流变换插件、cpu插件、显示面板、通讯插件、开入开出插件、电源插件等模块构成。测控装置功能有开关量变位遥信;电压、电流的模拟量输入;断路器遥控分合，空接点输出，出口动作保持时间可程序设定;脉冲累加单元，空接点开入;遥控事件记录及事件soe;支持行业标准通讯接口。

2.psr650系列数字式综合测控装置

psr650系列数字式综合测控装置适用于各电压等级变电站等测量控制领域，实现四遥及同期合闸等自动功能。

psr650系列数字式综合测控装置为19英寸机箱装置配置，2一3块交流采集模件(ac)，共采集12路电流、12路电压、1块直流温度采集模件(dc, tdc)可选，共12路采集、2块数字量采集模件(di)，共40路采集(包括脉冲量采集);2块智能控制模件(out)，共20路开接点输出;cpu模件、power模件各一块。该装置插件图如图3所示。

psr652数字式综合测控单元面板由液晶显示屏、二级管指示灶复归按钮和键盘等四部分组成。psr 650系列数字式综合测控装置的键盘操作和液晶显示界面采用对话框结合菜单式操作方式。

变压器实训总结篇（6）

在变电站综合自动化培训教学中，学员要熟悉变压器、线路、电容器等设备的保护装置、测控装置、保护测控装置及各种自动控制装置。若在每个具体装置中都全面介绍装置的结构和工作原理，不但重复太多，浪费时间，而且也不容易全面深人地介绍清楚，且不利于学员理解掌握。因此在培训中，都要对各种装置的共性部分进行统一介绍，即介绍装置的基本结构、原理与接线。下面就装置部分教学培训工作进行IV"结，与大家分享。

一、装置的典型硬件结构

装置部分教学培训中，首先要把装置的典型硬件结构弄清楚。成套的综合自动化系统中微机保护系统、监控系统、自动控制系统等装置都是由若干模块组成的，它们的硬件结构都是大同小异，所不同的是软件及硬件模块化的组合与数量不同。一个变电站综合自动化系统中各种子系统的典型硬件结构主要包括模拟量输人/输出回路、开关量输人/输出回路、微机系统、人机对话接口回路、通信回路和电源，如图1所示。

装置采用统一硬件平台，变电站综合自动化装置硬件采用整体面板、国际标准机箱。装置强弱电彻底分离，CPU板采用印刷板、表面装贴技术，提高了装置的可靠性。可自检和互检，同时减少各部分的关联性。通信接口方式选择灵活，与变电站自动化系统配合，可实现远方定值修改和切换、事件记录及录波数据上传、压板遥控投退和遥测、遥信、遥控跳合闸。可通过变电站监控系统对保护装置所具有的功能实施全遥控操作。装置采用统一软件平台，缩短了产品的研发周期，延长了产品的市场生命周期，从“作坊生产阶段”进人到“大规模生产阶段”。装置采用统一数据库处理，在设计装置功能模块时提炼不同功能应用信息的共性，建立一个统一的应用功能数据机构模块，包含每种功能所需的一切信息，形成功能程序的统一的开发平台，降低了功能模块程序开发的难度，提高了功能模块程序的可靠性。

二、模拟量的输入/输出回路

1.模拟量的输入电路

变电站综合自动化系统采集的一次设备的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是属于模拟量，由于微机只能识别数字量，故模拟信号必须转换成数字信号才能输人到微机中进行处理。典型的模拟量输人电路的结构框图如图2所示，主要包括电压形成电路、低通滤波电路、采样电路、多路转换开关及A/D变换芯片五部执电压形成电路除了起电量变换作用外，另一个重要作用是将一次设备的电流互感器TA、电压互感器TV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。通过低通滤波器与采样定理、采样保持器、模拟量多路转换开关、模/数变换(A/D)的详细讲解，使学员熟悉模拟量输人电路如何隔离、规范输入电压及完成模/数变换、与CPU接口，完成数据采集任务。

为了使学员更好地理解和掌握培训内容，讲变换器时向学员展示变换器插件实物，讲清楚变换器的输人信号和输出信号。讲解低通滤波时也将实物插件展示给学员，理论联系实际，可取得很好的培训效果。

2模拟量输出电路

培训中简要说明模拟量输出电路的组成、数/模(D/A)转换器工作原理。模拟量输出电路的作用是把微型机系统输出的数字量转换成模拟量输出，该任务主要由数/模(D/A)变换器来完成。由于D/A转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输人待转换的数字量应该保持不变，而微型机系统输出

的数据在数据总线上稳定的时间很短，因此在微机系统与D/A换器间必须用锁存器来保持数字量的稳定，经过D/A转换器得到的模拟信号一般要经过低通滤波器，使其输出波形平滑，同时为了能驱动受控设备，可以采用功率放大器作为模拟量输出的驱动电践 D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量，其主要部件是电阻开关网络和集成运算放大器。

三、开关量输入及输出电路

开关量输人、输出电路是非常重要的教学内容。学员只有明白了断路器、变压器分接头的位置状态是如何被采集和输出后才能更好地工作。

在变电站综合自动化系统的数据采集中，除模拟信号外，还有大量的以二进制数字变化为特点的信号，如隔离开关、断路器的状态，按钮、普通的开关、刀闸、断路器的触点以及人机联系的功能键的状态等，称为开关量。

1.开关量输入电路

开关量输入电路的基本功能就是将变电站内需要的状态信号引人微机系统，如断路器状态、继电保护信号等。开关量输人电路由消抖滤波电路、信号调节电路、控制逻辑电路、驱动电路、地址译码电路、隔离电路等组成。培训中讲清消抖滤波电路与信号调节电路、电隔离技术的应用、驱动控制与端口地址译码问题，特别是要了解简单的开关量输人电路。开关量信号都是成组并行输人(出)微机系统的，每组一般为微机系统的字节，即8， 16或32位，对于断路器、隔离开关等开关量的状态，体现在开关量信号的每一位上，如断路器的分、合两种工作状态，可用0， 1表示。简单的开关量输人电路包括断路器和隔离开关的辅助触点、跳合闸位置继电器触点、有载调压变压器的分接头位置等输入、外部装置闭锁重合闸触点输人、装置上连接片位置输入等回路。

2开关量输出回路

开关量输出电路主要是将CPU送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节，如断路器跳闸命令和屏幕显示、报警信号等。开关量输出电路与输人电路基本一样。简单的开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号等，一般都采用并行接口的输出来控制有触点继电器(干簧或密封小中间继电器)的方法，但为提高抗干扰能力，最好也经过一级光电隔离。

四、微型机系统和变电站综合自动化算法

微型机系统的CPU是由一片大规模集成电路芯片制成，不仅能进行算法逻辑运算，还能执行各种控制功能。配备一定容量的存储器、输人/输出设备的接口电路及系统总线。计算机监控系统都应具有数据采集和输出控制部分，这两个部分构成了基本测控单元的主要内容。数字信号处理器(DSP)是一种经过优化后用于处理实时信号的微控制器。

在变电站综合自动化系统中，计算机对采样值进行分析、计算得到所需的电流、电压的有效值和相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等，并根据这些参数的计算结果以及定值，通过比较判断决定装置的动作行为，而完成上述分析计算和比较判断以实现各种预期功能的方法就称为变电站综合自动化系统算法。其主要任务是如何从包含有噪声分量的输入信号中快速、准确地计算出所需的各种电气量参数。培训中要说明研究算法的目的主要是提高运算的精确度和提高运算的速度。算法的运算速度将影响自动化装置检测量的检测和自动化装置的动作速度。变电站综合自动化系统中保护和监控对算法有不同要求。 五、人机对话、通信和电源插件

1.人机时话

人机对话的主要内容有显示画面与数据(包括时间、日期);单线图的状态、潮流信息;报警画面与提示信息;事件顺序记录。事故记录;趋势记录;装置工况状态显示;保护整定值;控制系统的配置显示，包括退出运行的装置的显示以及信号流程图表;值班记录;控制系统的设定显示等。主要介绍人机对话微型机系统的硬件原理、键盘响应电路、屏幕(液晶)显示电路、打印机的接口电路、多机通信和巡检开关、人机对话插件等。重点讲清人机界面操作和命令菜单使用说明。

2.通信插件

通信插件承担着装置的管理和通信任务，是承接装置与夕卜界通信及交换信息的管理插件，如与面板、PC调试软件、监控后台、工程师站、远动、打印机等的联系，根据保护的配置组织上送遥测、遥信、SOE、事件报文和录波信息等。通信插件可根据需要设置有Lan网口、以太网口、RS485口和RS232口，满足不同监控和远动系统的要求。另外，还设置有GPS对时功能，可满足网络对时和脉冲对时方式的要求。

3.电源插件

每个装置均有一个独立的开关电源，向其他插件供电，此开关电源与插件面板构成电源插件(又叫电源模件)。培训中要重点说明输出电压的作用。输出电压十SV为CPU及其芯片提供工作电源;15V为模拟输人回路运放提供工作电源;+24V为开出、开人回路提供电源。

六、操作回路

培训中分两个方面介绍操作回路。一是介绍断路器操作回路的原理框图，让学员明白操作回路的基本原理;二是让学员看懂实际的操作回路。

1断路器操作回路的原理框图

首先介绍断路器操作回路总体上分为合闸回路和跳闸回路两大部分，介绍合闸回路和跳闸回路的工作过程。手动操作时可选择遥控操作或就地操作。当就地/遥控选择开关打至遥控”位置时在后台机上手动遥控操作;当就地/遥控选择开关打至“就地”位置时工作人员在装置上就地操作断路器。然后介绍自动操作时保护接点通过连接压板直接接人控制电源进行断路器操作，并介绍防跳回路的作用和原理。最后介绍位置信号、控制回路断线和事故信号。

2.断路器操作回路实例

断路器操作回路的原理框图与实际操作回路还有一些距离，为了学员更好地工作，还需要讲解断路器实例操作回路，如南瑞继保电气有限公司RSC-941A型装置操作回路和南自IOKV线路保护测控柜断路器操作回路。

七、测控装置

测控装置用于各种电压等级的变电站中，综合考虑变电站对数据采集、处理的要求，以微机技术实现数据采集、控制、信号等功能。采用现场测控网络与安装于控制室的中心设备连接，依靠变电站自动化系统的间隔测控单元实现全变电站的监控。装置完全按照间隔单元实现测量、记录、监视、控制等功能，能够满足各种电压等级的变电站综合自动化系统的要求。

1.测控装置硬件结构与功能

测控装置主要由交流变换插件、CPU插件、显示面板、通讯插件、开入开出插件、电源插件等模块构成。测控装置功能有开关量变位遥信;电压、电流的模拟量输入;断路器遥控分合，空接点输出，出口动作保持时间可程序设定;脉冲累加单元，空接点开入;遥控事件记录及事件SOE;支持行业标准通讯接口。

2.PSR650系列数字式综合测控装置

PSR650系列数字式综合测控装置适用于各电压等级变电站等测量控制领域，实现四遥及同期合闸等自动功能。

PSR650系列数字式综合测控装置为19英寸机箱装置配置，2一3块交流采集模件(AC)，共采集12路电流、12路电压、1块直流温度采集模件(DC， TDC)可选，共12路采集、2块数字量采集模件(DI)，共40路采集(包括脉冲量采集);2块智能控制模件(OUT)，共20路开接点输出;CPU模件、POWER模件各一块。该装置插件图如图3所示。

PSR652数字式综合测控单元面板由液晶显示屏、二级管指示灶复归按钮和键盘等四部分组成。PSR 650系列数字式综合测控装置的键盘操作和液晶显示界面采用对话框结合菜单式操作方式。

变压器实训总结篇（7）

中图分类号：G712？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）17-0190-02

随着全国职业院校技能大赛影响力逐渐扩大，人们对近几年实行的“以赛促教、全面培优”的赛前培优班的学生表示高度的认可。因此，在结合我校其他项目培优班培养方案的基础上，分析建筑设备安装与调控（给排水）赛项的各项考核指标，结合我校建筑设备安装专业多年来的教学成果，探索提出“建筑设备安装与调控（给排水）”赛项培优班的教学方案。

一、指导思想以及领导机构

一个赛项是否取得好的成绩，很大程度上取决于是否规范化的制定方案和落实具体实施工作。我校在组织上首先确定指导思想，具体领导机构由主管教学工作的副校长领导培优班全面开展工作，土木科科长作为副组长负责培优班、集训队各项工作安排与协调，抽调具有实际工作经验和多年教学经验的专业教师成员负责技能培训指导，启用心理教师负责学生心理辅导等工作，安排体育教师负责学生的体能训练工作，做到全方位、立体式地培训学生成为技术过硬、素质优秀的高技能型人才。

二、培训方案

1.资格审核。动员在校建筑相关专业学生报名参加培训班。结合专业课教师、班主任对学生的平时表现，对学生进行资格审核，择优选择具有良好的心理和身体素质，有良好的团队合作精神，谦虚、谨慎、细心、活泼，严于律己、善于观察、服从指挥的学生。

2.第一阶段基本知识及绘图培优。此阶段主要培训学生以建筑设备安装与调控（给排水）技能比赛对建筑给排水和电气控制施工图的考核要求进行制定，先对学生的专业知识进行培训，再对建筑给排水和控制电气施工图识读和绘制进行培训，实施时段为周一至周五下午第七、第八节课以及晚上，时间约四周。（1）给排水基本知识及识图训练。培训内容：建筑给水排水工程基础知识培训。建筑给排水平面图、系统图、大样图的识图与绘制，建筑水电材料工程量表和材料清单编制基础。考核方式：根据平面图结合提供的给排水设备，利用绘图工具快速、正确绘制建筑给排水施工图。（2）电气基本知识及识图训练。培训内容：建筑电气工程基础知识培训。建筑电气平面图、原理图的识图与绘制。考核方式：根据平面图结合提供的电气设备，利用绘图工具快速、正确绘制建筑电气施工图。（3）阶段考核。综合考核前四周所学知识点，重点测试学生给水排水、建筑电气识图能力，遴选出10～20人进入下一阶段培训。考试要求：试卷答题，独立完成图纸绘制。

3.第二阶段水电基本操作培优。此阶段主要培训学生对建筑给排水和电气控制施工考核要求进行制定，先对学生进行“管工”实操训练，再对学生进行“电工”基本操作训练，实施时段为周一至周五下午第七、第八节课以及晚上，时间约五周。（1）各种管材的加工与连接训练。培训内容：不锈钢复合管、镀锌钢管、PPR管、UPVC管下料、切割和连接。管材的螺纹连接、法兰连接、沟槽连接、卡压连接、热熔连接、粘结。考核方式：利用学校现有工具和设备完成管道的下料、切割和连接。（2）管道配件、附件的安装以及施工验收训练。培训内容：水泵、压力变送器、水表、信号蝶阀、湿式报警阀、水流指示器、闭式喷头、末端试水装置、水龙头、淋浴器、洗脸盆等水暖器材。管道水压试验、水冲洗、排水管道的通水试验、通球试验。考核方式：利用学校现有工具和设备完成简单器件的安装和连接，管道试验。（3）电气安装与接线训练。培训内容：信号蝶阀、压力开关、水流指示器、压力变送器、水表、液位传感器到控制箱端子排之间的连接；水泵到控制箱端子排的连接。考核方式：利用学校现有工具和设备完成简单自动喷淋系统安装和连接。（4）阶段考核。综合考核学生前五周所学知识点，以手动启动生活给水系统和喷淋系统为重点。考核完毕后，结合心理测试、体能测试、知识水平和动手能力，培优小组老师指定学生两两组合，力求达到一名水工和一名电工相配对。

4.第三阶段自动化操作培优。此阶段主要培训学生以建筑设备安装与调控（给排水）技能比赛对自动化仪器设置、调试考核要求进行制定，对学生进行PLC、变频器和接触器等器件的安装和连接，实施时段为周一至周五下午第七、第八节课以及晚上，时间约二周。（1）系统控制与调试训练。培训内容：电气控制柜PLC、变频器、接触器等器件的安装和连接，变频控制程序设计与调试，抄表计费程序设计与调试，喷淋灭火控制程序设计与调试，给排水监控程序设计与调试，组态监控系统设计与调试。考核方式：利用学校现有工具和设备完成简单自动化控制程序设计以及组态设计。（2）阶段考核。综合考核学生手动仪器控制和自动化设计、调试技能，以PLC自动启动生活给水系统和排水系统重点。

5.培优强化集训阶段。此阶段主要培训学生以建筑设备安装与调控（给排水）技能比赛要求对前述考核过关学生两两配对进行综合集训，实施时段为周一至周五下午第七、第八节课以及晚上，时间约一个月。阶段考核：对学生综合素质进行测验，根据实际情况可调整配对。重点考核绘图准确性，材料表编制，水电系统安装快速，手动启动顺利，自动化程序编写快速，纠错查错准确，文明施工程序，队员配合默契程度，以及体能和心理素质。

6.体能训练及文明施工要求。以上训练计划需适当安排体能训练，如长跑训练体能，铃训练上肢力量，由专业体育老师具体制定体能计划。培训全过程贯穿安全文明施工重要性，训练过程做到佩戴安全帽、手套，材料、工具摆放，工作区卫生清洁，废料处理得当。

三、所需要设备设施条件

第一阶段需要40～60人多媒体教室一间，第二、三阶段需要10～20人建筑设备安装实训室，需要THPWSD-1型给排水设备安装与控制实训装置4套、PC电脑4台、配套管材、线材、电气元器件一批。

四、总结

全国技能大赛培优方案的制定是一个系统教学任务，随着越来越多的学校高度重视此项工作，大赛呈现越来越强的竞争态势。上述是我校在交流总结各省队指导教师的经验基础上，积极探索实践的培训方法与手段，以此保证培训的连续性与整体性，努力提高培训效果。同时，指导老师亦应结合学生技能水平、态度、素质等各方面进行科学系统全面的评价，加强培优班学员的心理辅导，增强选手的抗压能力及实际操作能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国住房和城乡建设部.房屋建筑制图统一标准，GB/T50001-2010[S].北京：中国计划出版社，2010.

变压器实训总结篇（8）

我校电力工程系发电专业的人才培养模式是在发电厂及电力系统专业建设委员会的全程参与下，依据中、高级电气工种职业资格能力标准，按照学生学习认知特点和职业能力成长规律，开发而成的。这种人才培养模式采用“工学结合、三步对应、三段推进”[1]模式，充分体现了产业、行业、企业、职业、实践五要素。

其中，该模式中的“三步对应”是指，实现发电厂及电力系统专业人才培养目标与电力行业岗位需求相对应；实现发电厂及电力系统专业课程内容与职业岗位标准相对应；实现教学过程与岗位生产过程相对应。这就要求人才培养过程当中，必须在某一阶段实施以拓展学生的职业能力和顶岗实习为主要内容学习，这一阶段通常安排在学生的第五、六学期，根据学生就业预期和企业用人情况，安排学生到企业一线进行顶岗实习，或者在校内进行生产项目模拟实训和岗位技能综合实训，针对就业方向强化岗位技能，提高综合职业能力和就业竞争力。

高压开关类设备运行与检修能力是发电厂、变电站变电检修工必须具备的基本技能，掌握该技能有助于学生就业，有助于学生到工作岗位后尽快熟悉工作任务、掌握工作方法。基于此，依据校内现有实训设备，开发并设计基于高压开关类设备运行与检修的综合训练项目，满足学生的岗位技能训练。

一、项目开发的总体思路

本项目的开发与设计正是通过对高压开关类设备运行、检修方面等的综合专业技能训练，使学生具备对高压开关类设备进行巡视、维护、调整、试验、异常分析判断等能力，提高学生的职业技能水平。

本项目依据我校变电检修综合实训室现有设备，设计典型工作任务，每个工作任务的开展都包括理论和技能方面的训练。典型工作任务的选取要符合发电厂、变电所变电检修工职业岗位群的需要，同时设计的训练内容要符合变电检修工的职业能力需要。通过本项目的训练，使学生的综合技能得到进一步提高，提高学生的就业竞争力。

二、项目设计的具体内容

本项目要求学生根据典型工作任务完成理论、技能方面的综合训练。

典型工作任务的选取要符合发电厂、变电所变电检修工职业岗位群的需要。为此，设计高压断路器的巡视检查、高压断路器的操作、高压断路器的检修调整与试验、高压开关柜的五防检查、高压隔离开关的操作与调整五个典型工作任务。每个工作任务中都明确规定理论方面和技能方面的考核目标，即学生应掌握的知识目标和能力目标。

这样的综合训练更加注重学生的动手能力及综合素质，通过此改革使学生摆脱以前“重理论轻实践”的学习态度，在动手实践中对高压开关类设备的运行与检修能力得到提高。

高压开关类设备运行与检修综合训练项目理论、技能内容构建表如表1所示。

高压开关类设备运行与检修综合训练项目理论、技能目标要求如表2所示。

三、项目具体改革目标

1.制定完善的《高压开关类设备运行与检修综合训练项目任务书》，内容包括高压断路器的巡视检查、高压断路器的操作、高压断路器的检修调整与试验、高压开关柜的五防检查、高压隔离开关的操作与调整五个典型工作任务。

2.针对每个典型工作任务，制定学生应掌握的理论知识及理论知识的考核目标；制定技能训练内容及技能训练的能力目标。

3.指导学生按照典型工作任务完成理论知识学习和技能训练学习，理论阶段之后进行理论方面的综合考核，技能训练阶段之后进行技能方面的综合考核。

4.训练任务结束，完成所有训练项目的报告内容，包括设备认知、设备控制回路图、设备调整与试验数据的结果分析等。

5.进行答辩，综合考核。

四、项目的特色与创新

本项目是对传统毕业设计的全面改革，注重技能培训，注重动手能力，注重理论与实践的结合，更加接近现场实际。该项目的创新之处主要体现在以下方面：

1.依据“工学结合、三步对应、三段推进”的人才培养模式；

2.依托现有实训设备开展，具备可行性；

3.符合变电检修工职业岗位群的需要；

4.“理实一体”。

五、结语

本项目的开发与设计依据发电厂及电力系统专业人才培养模式制定，依托我校现有实训设备，包括户外高压断路器、户外隔离开关、各类开关柜等，在此基础上提取的典型工作任务，使之更符合现场变电检修工职业岗位需求。该项目成熟后，可在电力相关的各专业班级中展开，使学生的综合技能得到提高，就业竞争力得到强化。

参考文献：

[1]关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见[Z].教高[2006]16号，2006-11-16.

变压器实训总结篇（9）

由于我国的基本国情，农村电网在我国国家电网中占据着绝大部分。然而，由于一些自然和历史因素，我国农网存在着较多的问题。我国农村面积广大，农网支断电站密度小，导致线路供电直径长，末端功率因数低，无功不足，增大了压降，加重电路负荷，最后增加了线损。所以，提高农网电压无功管理水平，合理配置农网无功补偿装置已经是箭在弦上。

一、建立健全科学化管理体系

首先，必须建立管理专责人员体系。电力公司成立由相关领导带头的电压无功管理小组，在公司各相关部门、工区和班组配备专职技术人员进行专项技术管理工作。二是建立高效的管理体系。充分利用无功电压管理过程中的“PDCA”循环法，总公司站在工作全局的高度上负责电压无功管理目标以及管理计划的制定，即“PDCA”循环法中的“P”――制定措施计划。总公司的下属公司在总公司制订的管理框架下自我发挥，采取多种有效的办法提高农网电压无功管理水平，即“PDCA”循环法中的“D”――执行。总公司需要对下属公司进行有效的共组监督和绩效考核，即PDCA”循环法中的“C”――检查预期效果。最后，电压无功管理小组应该定时地召开会议总结经验，交流经验，学习先进管理技术，即PDCA”循环法中的“A”――总结提高。及时处理和协调无功管理过程中出现的问题，使每一次循环之后电压质量有一定程度上的提高。

二、分解业务指标，明确管理目标

在每一年的年初都要对公司农村电网现状、农网电压无功管理水平和管理方法、过去一年公司电压无功管理经验等进行分析研究和总结，并在此基础上，结合新一年度电网规划、农网电压无功配置措施、电网负荷发展预测等情况，制定《年度农网电压无功管理方法和优化方案》和电压合格率达成指标，经上级相关管理部门审批同意后，再对电压合格率达成指标进行逐层分解，制定相应的具有可操作性、激励性、可考核性以及先进性的实施方案。同时还应制定相应的考核奖惩条例，与个人经济效益挂钩以保障管理方法和优化方案能够被贯彻执行。除此之外，各相关部门、工区和班组也制定并落实相应的提高电网无功管理水平的保证措施。最后，还可以实行电网无功管理及相关指标的月度分析和季度考核，保障电压合格率达成指标月度可控，年年在控。

三、搞好农网无功规划，开展无功管理技术培训工作

在农网建设和改造过程中，企业应该依据全面规划、分散补偿、合理布局、就地平衡等无功补偿原则，做好区域内农村电网的无功电力和电压质量的建设规划，同时还要根据实际情况做好定期修改工作，使得区域内农村电网架构、电站布局、供电直径分布合理经济。公司电压无功管理负责人在规划和设计时，要注重电网负荷预测、变压器参数等技术资料的收集整理工作，关注农网电压无功补偿及无功电源设备的配置，全方位考虑农网无功电力的调节能力和检修的备用容量，确保无论负荷高峰还是用电低谷时期都能保证电压无功管理的正常运行。企业还应制订详细的培训计划以及培训安排，和高校合作，确定培训大纲、培训内容、培训行程等，定期选派公司优秀员工参与培训，或者不定期地邀请相关方面的技术专家为员工举办专题技术讲座或者技术研讨和交流会。也可以邀请技术专家对区域内农网电压无功管理工作进行专业性指导，全面提高区域内农网电压无功管理水平。根据时间段的不同，分别做好日无功平衡、月度无功平衡以及年度无功平衡。调度部门根据昼夜的电路负荷变化情况来做好电网无功分层平衡工作，确保无功电力不会倒送向上级电网。根据月度负荷情况和设备检修情况来做好月度的无功平衡工作；依据上一年的实际无功负荷情况和当年预计的无功负荷和无功电源情况，运用等网损微增率法计算和平衡总量，做好年度的无功平衡工作。

四、加强统计分析研究工作，建立健全数据采集制度

严格遵照《国家电网公司农村电网电压质量和无功电力管理办法》的有关要求，配置建立各类电压质量监测点，健全农网电压质量监测网络体系，完善电压无功统计数据收集汇总和整理上报体系，保证农网电压无功统计数据的真实、可靠和完整。建立快捷通畅的上下级信息传输渠道，使得农网电压无功统计数据能够及时反馈到上级部门。上级部门对所掌握的相关数据进行加工处理时运用“控制图法”、“分层法”、“排列法”等科学统计方法，借以发现区域内农网各个环节与电压质量的内在联系，继而找出影响电压质量的原因和电压质量的规律性，进行针对性地治理和改进。统计整理各个电压监测点和无功管理设备的反馈信息，针对相关信息及统计指标，进行月度、季度和年度的分析，通过与往年同期情况的比较，查找问题，制定措施，做好电压无功管理工作。

五、加强电压调控力度，做好巡视检查工作

研究电压输送的昼夜性和季节性的变化特点，对于能够自动调节的变压器和电容器要根据系统的电压无功情况及时进行调节；对于无法自动调节的配电变压器，在用高负荷时段，调整好配电变压器的分解开关，在用电低估时期根据实际情况再调整回来，确保电压质量满足用电客户的需求。加强对主变压器、配电变压器、电容器的维护工作，配置专人管理电压检测仪，值班人员每月至少巡视检查一次，每月至少一次熄灯巡视检查电力电容器，确保设备安全、正常地运行。

做好农网电压无功管理任重而道远。随着科学技术的进步，电压无功管理的方法也在不断进步，做好农网电压无功管理工作对我国社会主义新农村建设和可持续发展具有很重要的实际意义。

变压器实训总结篇（10）

中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0015-04

变电站作为电力系统的一个重要部分，其运行状况好坏直接影响到整个电网运行的安全，变电站事故中有相当一部分是由人为操作不当造成的。这其中既有由于电网调度员误发调度令、对异常处理措施不当造成的事故，也有由于变电运行人员走错间隔导致的误操作事故、安全措施不到位误入带电间隔的人身伤亡事故、带电误合接地刀闸、带接地刀闸误合开关、带负荷拉合刀闸、设备缺陷和异常未能及时发现造成的事故。对事故判断不准和向调度汇报不清楚而延误故障处理时间、事故发生后处理不当使事故范围扩大化、对二次设备误操作而引发的事故等情况较多，造成了人身伤亡、设备损坏，甚至发生电网解列、电网崩溃等大面积停电事故。

因此，为保证电网安全、可靠、经济地运行，就必须提高电网调度员、变电站运行人员的技术素质和技能水平，加强变电站运行人员和电网调度员的培训。近年来，随着电力行业培训仿真技术的发展，各类培训仿真系统在电力行业应用越来越广，在提高生产运行人员的生产技能方面发挥了重要的作用。

一、变电站培训系统仿真的发展现状

近十几年来，我国变电站培训仿真系统获得了很大的发展。仿真范围逐步扩大、仿真的逼真度逐步提高。现存的变电站培训仿真系统，根据变电站一次部分控制操作以及保护屏柜实现方式，主要可分为三类：有硬件屏盘模式、软仿真模式、混合仿真模式。

（一）带盘台模式

带盘台模式是指用外观与实际变电站1：1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室，主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。该系统的硬件配置主要有模拟控制盘、模拟继电器保护盘、变电站配电装置、变电站主接线操作模拟盘、计算机控制仿真系统。其中计算机控制仿真系统是变电站培训仿真系统的核心，它担负模拟变电站的仿真，复现变电站主控室现象的任务。接收模拟盘的信息，控制模拟盘的动作和信号。这种带有硬件盘台的变电站仿真培训系统是最早应用的培训系统模式。带硬件盘台的仿真培训系统需要配备大量的硬件装置、设备，扩展性差，升级改造困难，同时硬件盘台并没有包括变电站中保护、测控柜等实际装置，与现场相比逼真度存在差距，培训效果不够理想。

（二）纯软件仿真培训模式

纯软件仿真培训模式是指变电站内的开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等所有设备全都用软件仿真，除计算机外没有任何硬件，该系统采用多媒体仿真模式，仿真变电站的有关电气设备，包括一次设备、控制系统、中央信号系统以及继电保护和自动装置的面板均可在计算机屏幕上动态显示。软件模式的仿真培训系统很快便以其便捷、经济等优点受到电力部门的青睐，目前应用较广。在这种模式中传统控制室中的保护屏、控制屏、中央信号屏等物理设备均被计算机监控平台所代替，所有监控功能都通过人机交互界面实现与培训人员的互动。省去了大量硬件设备，大大提高了可靠性，并且有利于系统更新升级。但是软仿真模式的培训仿真系统由于所有的操作和显示都是在微机屏幕上进行，与实际现场环境差距大，真实感较差，培训效果也不太理想。

（三）混合仿真培训模式

混合仿真培训模式将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备（包括监控系统、保护柜、测控柜、音响、灯光等）有机结合成为的混合仿真培训系统。目前，该类系统主要采用将数字化电网仿真与部分真实设备相结合的仿真模式，将数字化电网仿真结果通过数字模拟量转换卡转换为-3.53~3.53V的弱电交流量，再输出到经过改造的保护装置的内部采样插件上，并通过开关量输入卡采集模拟断路器的位置，从而实现断路器的动作的仿真，这种仿真方式只采用部分真实设备，并且需要对实际的保护柜进行改造才能以适应该仿真系统，并且可扩展性较差，新增加的保护设备无法直接接入（必须经过改造）培训仿真系统，该类系统的仿真效果与现场的一致性仍存在差距。

二、变电站数字物理混合仿真培训系统概述

变电站数字物理混合仿真培训系统是将数字化的电网一次设备仿真与实际变电站二次设备相结合的数字物理混合仿真技术。即监控系统、保护及测控装置、五防系统、灯光、音响等采用现场真实物理设备，而该变电站一次设备、邻近电网及其一次设备、二次设备等采用数字仿真。其中数字仿真部分采用变电站实时仿真与全动态电网混合仿真技术，即详细仿真的变电站采用实时仿真技术，变电站所在电网采用暂态、中期、长过程一体化仿真计算技术，实现电网的全动态仿真，从而既能详细而真实再现变电站一次设备的行为，也能逼真地再现大电网的各类动态过程对变电站的影响。数字仿真电网再通过高速的通信系统，高速的开关量采集、输出系统，高速、高精度的数字模拟量转换系统和仿真功率放大器与真实的变电站二次设备有机结合，实现了变电站软仿真子系统、数字电网仿真的一次、真实的二次设备仿真放置于同一个仿真系统中，有机连接、灵活配置，营造了十分逼真的变电站运行环境。从而实现对现场各类运行人员的培训需求：如变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员等，同时能完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作。

三、变电站数字物理混合仿真培训系统架构

图1给出了变电站数字物理混合仿真系统的总体架构。其中电网及变电站的数字仿真部分通过接口系统实现变电站电磁暂态仿真与电网全动态仿真的有机结合，其他变电站软仿真也是基于同一个的电网仿真，从而可以实现变电站软仿真、混合仿真的一体化。数字电网仿真结果的瞬时值通过高速通信系统传送到高速、高精度同步数字模拟转换器形成0～10V的模拟交流量，该模拟量通过电流或电压功率放大器得到放大的电流或电压电气量驱动变电站的实际二次设备。数字仿真系统通过高速开关量采集系统实时检测到变电站开关和刀闸的状态，从而将数字仿真和实际二次设备有机结合起来，实现了数字仿真与变电站实际二次设备的无缝闭环连接。仿真培训系统通过开关量输出系统驱动非电气量保护动作模拟硬接点、变压器有载调压模拟硬接点、风冷控制模拟硬接点等，实现变压器的非电气量保护动作的模拟。

四、变电站数字物理混合仿真培训系统功能

变电站数字物理混合仿真培训系统是将电网仿真、变电站实时仿真、变电站综合自动化系统仿真和教员与学员系统有机结合为一体化的系统，不但实现了地区电网生产运行过程的全仿真，也可以正确反映变电站、变电站综合自动化系统和电网的相互作用、相互影响，可以对运行人员进行全方位的仿真培训。系统的主要应用功能如下：

（一）培训运行人员和相关管理人员

培训基本的运行技能。对新员工进行上岗培训，对老员工的基本运行能力进行培训及考核，使其熟悉变电站一二次设备、变电站综合自动化系统、集控站监控系统、电网结构、运行方式、电网潮流，掌握基本运行操作及运行规程，熟练使用实时监控系统（变电站综合自动化系统和电网调度自动化系统）及其他应用软件。

事故分析及处理。可进行开关、刀闸、变压器、母线、线路、发电机组、电容器等各种设备及其相关的故障处理培训，训练变电站运行人员发现事故、异常，依据仿真的电网环境判断故障和处理故障，并在训练结束后对事故进行分析，重放事故发生和处理的全过程。通过仿真训练可以使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程，总结积累处理经验，增强他们事故处理时的自信心。

变电站一次设备正常和特殊巡视训练。通过变电站一次设备三维交互式漫游巡视系统，实现变电站一次设备的三维重现和虚拟操作，受训人员感到富有直观性、形象性，有助于其熟悉了解现场情况，更好地将理论知识与实践经验相结合。

对于管理人员进行电网及变电站运行的概念性培训。管理人员通过仿真培训可以了解电网及变电站的现状、运行方式、操作规程及电网和变电站运行的特性。

（二）联合反事故演习

本系统可用于研究电网、变电站特点，对薄弱环节做好事故预想工作，完善各种事故应对方案，从而提高事故情况下的应对能力，克服以往反事故演习纸上谈兵的局限性。仿真电网设置的常见事故及复杂事故发生后，将引起继电保护的连锁动作和电网潮流的变化，并显示越限设备的报警提示，对此研究后可以总结事故处理经验，制订出合理的事故处理预案。做到事前有分析，事后有反馈，切实提高电网安全运行能力。

五、硬件系统

变电站数字物理混合仿真培训系统的硬件系统由以下几部分组成：教员台，学员台，仿真主机，变电站实际二次设备，电流、电压功率放大器，高速、高精度同步输出数字模拟转换器，高速通信及开关量输入输出系统，混合仿真集成支撑平台。

（一）教员台

可以用仿真主机，运行教员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台。

（二）学员台

使用与现场完全一致的监控系统工程画面，保留所有现场监控系统功能，并与仿真模型建立通信连接。使学员在监控系统仿真界面上获得在现场监控系统上相同的操作。

（三）仿真主机

运行全动态电网仿真子系统，是仿真系统的核心和中枢。仿真系统模型包括：邻近电网的全动态电网计算模型、包括一次、二次设备模型、故障模型和异常模型。

（四）变电站实际二次设备

保护、测控、音响、灯光等装置采用与现场完全相同的硬件设备，可以为受训者提供真实的操作、监视手段，使得仿真机不仅可以培训变电站运行人员的常规操作和监视，同时还能使他们熟悉和了解变电站重要二次保护装置和屏面设备。

（五）电压、电流功率放大器

功率放大器接收DA输出的弱电模拟信号，进行功率放大使电流信号放大至0～20A、使电压信号放大至0～100V，以驱动实际二次设备。放大器在与仿真信号连接是采用高阻差分方式，无公共连接点，这样可保证仿真系统的安全工作，又可长线连接抗干扰，提高系统的小信号精度。仿真培训专用的功率放大器多路的电流或电压输出，从而能保证更好的同步输出精度，同时降低电流功率放大器的最大输出电流。

（六）高速、高精度同步输出数字模拟转换器

将变电站实时仿真计算出的电压和电流的数字量转化为模拟量，是决定仿真精度的重要环节，其关键技术是实现各路数字模拟转化（DA）的同步输出，同时为了保证输出波形的质量，每工频周波的输出点数大于60点，DA向功率放大器输入模拟弱电信号。为了保证混合仿真系统的可扩展性，更好地适应变电站规模的变化，采用分布式同步实时仿真技术，即根据变电站电气量需要严格同步的程度对各电气量进行分组，每组电气量在同一块DA转换器进行输出保持严格的同步，多组DA转换器通过高速PCI总线分布式工作，因此降低了以前依赖专用的DA转换器的程度，这样既可以保证仿真培训的效果，又可以保证系统的高可扩展性和系统造价。

（七）高速通信及开关量输入输出系统

通过开关量输入系统采集开关、刀闸动作情况、有载调压接点，实现开关、刀闸状态及变压器抽头位置的高速采集，将实际设备的状态实时发送给变电站实时仿真计算。通过开关量输出和继电器模拟非电量保护动作、变压器风冷控制硬接点等。

（八）混合仿真集成支撑平台

混合仿真集成支撑平台采用PCI总线技术将高速、高精度同步输出数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统紧密集成。变电站实时仿真子系统和实时操作系统均运行在混合仿真集成支撑平台，实时操作系统通过硬件系统驱动软件驱动数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统（即用于对DA转换器、开关量输出和开关量输入板卡的控制）是实现数字一次设备与二次物理设备有机联系的接口系统，将变电站实时仿真计算结果实时刷新DA卡、将接口系统的自身状态定时刷新DA转换器的某个通道、通过开关量输入系统采集开关、刀闸

的状态、通过开关量输出系统向实际设备发送指令。

六、软件系统

混合仿真培训系统的软件系统主要由以下几部分组成：交互式、分布式仿真软件支撑平台，全动态电网仿真子系统，教员与学员子系统，变电站实时仿真子系统，实时操作系统，硬件系统驱动子系统。

全动态电网仿真子系统、变电站软仿真子系统、变电站实时仿真子系统、教员与学员系统软件通过交互式、分布式仿真软件支撑平台的运行管理系统有机结合在一起组成整个数字仿真培训系统，变电站实时仿真子系统通过实时操作系统的内核级调用与硬件系统驱动软件集成，与物理设备完成无缝连接。

交互式、分布式仿真软件支撑平台是混合仿真培训系统基础，包括数据库管理系统、仿真运行管理系统、人机界面系统、变电站一二次设备人机界面系统和仿真建模系统。数据库管理系统采用商用数据库与实时数据库相结合的方式，实时数据库是常驻内存数据库，用来支持数据的快速访问、处理。实时数据库与商用数据库有机结合的方式保证了数据库的实时性和高效性，商用数据库作为实时数据库的持久存储，较好地解决了分布式系统中数据库系统的开放性、实时性和一致性问题，从而充分发挥了实时数据库和商用数据库各自的优势。仿真运行管理系统，作为分布式仿真的运行支撑系统，实现了各个仿真应用之间的交互操作，是联系各仿真子系统（软仿真、电网仿真、混合仿真）各部分的纽带，是分布式仿真系统的核心，为各个仿真应用软件提供了位置透明、高效的虚拟运行环境，向子系统提供交互对象管理服务、时间管理服务、数据分发管理服务和应用程序接口。人机界面系统是全图形人机接口，为教员和学员提供交互式操作媒介。变电站一二次设备人机界面系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和虚拟现实技术，可以构建各种电压等级的虚拟变电站，包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、中央信号屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备，分为变电站一二次设备人机界面编辑系统、在线系统及变电站一次设备三维交互式虚拟场景系统。仿真建模系统通过图形、模型和数据库一体化建模技术，在画面编辑时能够提供特定电气元件的计算模型，在生成画面同时，能够自动地生成或人为输入电气元件计算模型的参数，并插入到数据库相关表格中，为电网仿真、变电站实时仿真等子系统提供拓扑数据和运行数据。

全动态电网仿真子系统采用暂态、中期、长过程一体化计算再现真实的电力系统的动态响应过程，采用了固定结构的稀疏矩阵、微分方程隐式梯形差分方程与网络代数方程的联立求解、强鲁棒性牛顿―拉夫逊法非线性方程求解、自动变步长等技术保证电网仿真计算的快速性和稳定性。

教员与学员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台，功能由四部分组成，即：系统管理功能、培训前运行方式和教案准备、培训中的操作和进度控制、培训后分析和评估。系统管理功能包括时间管理、用户管理、运行方式管理等；培训前运行方式和教案准备包括选择运行方式数据、整定初始方式、预设故障和事件；培训中的操作和进度控制是指教员对培训进程的控制、对电力系统模型的操作、设置故障和事件、管理和监视学员的操作；培训后分析和评估包括使用事件记录、曲线、报表等工具分析学员操作的效果，利用事故追忆再现学员的处理过程和系统的变化过程，利用评价工具对学员的操作进行评价。

变电站实时仿真子系统在变电站中一次设备的三相暂态模型及外网动态等值模型基础上，采用电磁暂态计算理论实现变电站的详细仿真计算。通过接口算法实现变电站实时仿真与全动态仿真的在线交互，保证变电站的动态响应的准确性。变电站实时仿真子系统运行在实时操作系统基础上，实时操作系统可配置成单任务模型，保证实时仿真子系统的最高优先级的运行级别，实时操作系统运行于混合仿真集成支撑平台，并通过硬件系统驱动软件驱动硬件系统。

七、结论

本文研究开发的变电站数字物理混合仿真培训系统是在软仿真模式的变电站仿真技术基础上，结合电力系统的实时仿真技术，将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备有机结合成为的物理与数字混合仿真培训系统，使受训的变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员在完全真实的变电站环境内接受训练，同时能够完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作，能有效地提高现场运行人员素质水平。该系统已在石家庄电力培训学校220kV教学变电站培训仿真系统中，取得了很好的培训效果。

参考文献

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