0 引言
目前繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備一般采用“繼電保護(hù)測(cè)試儀 + 微機(jī)保護(hù)裝置”配置方式，繼電保護(hù)測(cè)試儀模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行( 故障) 狀態(tài)，微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)測(cè)試儀輸出電氣信號(hào)( 電壓、電流) 變化而動(dòng)作于出口并給出包含各種故障信息的報(bào)文。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在以下缺點(diǎn): ① 教學(xué)過(guò)程中雖然向?qū)W生介紹了微機(jī)保護(hù)裝置各插件，對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行外特性實(shí)驗(yàn)，卻不能開(kāi)設(shè)讓學(xué)生參與微機(jī)保護(hù)軟件的編程與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，他們不能很好地理解微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部的動(dòng)作邏輯過(guò)程。② 繼電保護(hù)測(cè)試儀可以模擬電力系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)，輸出精準(zhǔn)的電氣參數(shù)數(shù)據(jù)，但不能展示電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、故障位置等，從而造成學(xué)生不能很好理解“電力系統(tǒng)”－“保護(hù)裝置”之間對(duì)應(yīng)關(guān)系。
為了改進(jìn)上述問(wèn)題，提高實(shí)踐教學(xué)效果，我們從兩方面入手改進(jìn): ① 硬件設(shè)施建設(shè)，目前，隨著我院“雙**”學(xué)科建設(shè)的推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)正在按計(jì)劃進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)換代與擴(kuò)充，并且還自行研制了“電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀钡葘?shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境大大改善。② 從教學(xué)方法進(jìn)行改革，筆者根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)歷，結(jié)合“繼電保護(hù)與自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)”課程，在教學(xué)方法上進(jìn)行了改革探索。以“繼電保護(hù)與自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)”課程中的“線路保護(hù)”為例，圍繞課題對(duì)象的內(nèi)涵，從繼電保護(hù)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求和教學(xué)方法等方面入手，逐步改進(jìn)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
1 繼電保護(hù)與自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介
“繼電保護(hù)與自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)”是電氣工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)前的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程，是我們學(xué)院比較有特色的實(shí)驗(yàn)課程，我們一直堅(jiān)持“重理論，強(qiáng)實(shí)踐”的教學(xué)模式，為這門課程積極探索研究新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑M可能加大實(shí)踐教學(xué)的力度，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和較好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并取得了較好的教學(xué)。綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)安排見(jiàn)表 1。
每次實(shí)驗(yàn)完成后，教師都要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)方式等進(jìn)行反思，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的達(dá)成度進(jìn)行分析，評(píng)估是否達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，對(duì)于存在的問(wèn)題不斷更新、改進(jìn)。
2 高壓線路保護(hù)實(shí)驗(yàn)介紹
為了克服“繼電保護(hù)測(cè)試儀 + 微機(jī)保護(hù)裝置”實(shí)驗(yàn)方式的局限性，實(shí)驗(yàn)室還研制了電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷仍O(shè)備，可以展示電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀態(tài); 在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上，增設(shè)基于 PSCAD 的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深入到保護(hù)裝置內(nèi)部的保護(hù)原理及動(dòng)作邏輯，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
2． 1 被保護(hù)對(duì)象 － 一次系統(tǒng)
系統(tǒng)參數(shù):
( 1) 進(jìn)線接無(wú)窮大系統(tǒng)。
( 2) 進(jìn)線電源( T1) : UT1 = 220 /槡3 kV，等值阻抗: Z1T1 = Z2T1 = 30 Ω( *大運(yùn)行方式) ，Z1T1 = Z2T1 =31． 6 Ω( *小運(yùn)行方式) ，Z0T1 = 55 Ω。
( 3) 進(jìn)線電源( T2) : UT2 = 220 /槡3 kV，等值阻抗: Z1T2 = Z2T2 = 48． 1 Ω，Z0T2 = 92 Ω。
( 4) 所有 220KV 線路的電抗: Z1 = 0． 4 Ω/km，Z0 = 0． 8 Ω/km。
( 5) 所有正序阻抗角 ΦL = 70°，所有負(fù)序阻抗角 Φ0 = 70°。
( 6) 線路長(zhǎng)度: LM1 － M2 = 58． 5 km; LM2 － M3 = 23km; LM3 － M4 = 86 km。
( 7) LM1 － M2線路*大負(fù)荷電流 820 A，功率因數(shù)0． 8。
( 8) 電壓互感器變比: 220 kV/100 V; 線路電流互感器變比: 3 kA/5 A。
2． 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介
( 1) CSC-101 數(shù)字式線路保護(hù)裝置:
具有閉鎖式縱聯(lián)距離保護(hù); 三段式距離保護(hù); 四段式零序電流保護(hù); 綜合重合閘功能。
( 2) CSC-163 數(shù)字式線路保護(hù)裝置:
具有縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù); 三段式距離保護(hù); 四段式零序電流保護(hù); 三相一次重合閘功能。
( 3) PW-30A 繼電保護(hù)測(cè)試儀:
主要技術(shù)參數(shù): 四路電壓( 120 V) ，三路電流( 30 A) 。該設(shè)備是繼電保護(hù)專用設(shè)備，可以手動(dòng)或自動(dòng)完成各種繼電器或保護(hù)裝置功能測(cè)試。
( 4) 電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ? 以下簡(jiǎn)稱為模型，華北電力大學(xué)自制) ，特點(diǎn)如下:
顯示電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu); 能夠模擬電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài); 有多個(gè)測(cè)量點(diǎn); 每條線路可設(shè)置 6 個(gè)故障點(diǎn); 可以設(shè)置各種故障類型; 額定電壓低( 100V/57． 7 V) 。
( 5) PSCAD/EMTDC 仿真軟件:
目前流行的電力系統(tǒng)分析中的專業(yè)仿真工具，可用于電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真。它使用圖形模塊的方式創(chuàng)建一個(gè)電路進(jìn)行仿真分析，圖形模塊包括主設(shè)備、系統(tǒng)參數(shù)、測(cè)量、控制及繼電器模塊等 S 模塊［3］，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，上手比較容易。學(xué)生可以根據(jù)理論知識(shí)，搭建電力系統(tǒng)模型及各種繼電保護(hù)模型，然后設(shè)置各種系統(tǒng)故障，評(píng)估、檢驗(yàn)各種保護(hù)方式，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，反過(guò)來(lái)修改繼電保護(hù)模型，直到得到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2． 3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)
1) 線路 M1-M2 保護(hù)配置與設(shè)備選型根據(jù)相關(guān)電力規(guī)程，確定 220 kV 高壓線路保護(hù)配置:
( 1) 主保護(hù) 1: 縱聯(lián)距離保護(hù)，設(shè)備: CSC-101A( B) ; 通道: 光纖通信。
( 2) 主保護(hù) 2: 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，設(shè)備: CSC163A; 通道: 光纖通信。
( 3) 后備保護(hù) 1: 三段式距離保護(hù)。
( 4) 后備保護(hù) 2: 四段式零序電流保護(hù)。
2) 所選定保護(hù)類型的整定計(jì)算
( 1) 三段式距離保護(hù)整定計(jì)算。
( 2) 四段式零序電流保護(hù)整定計(jì)算。
( 3) 縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算。
3) PSCAD/EMTDC 繼電保護(hù)仿真實(shí)驗(yàn)
( 1) 采用 PSCAD/EMTDC 仿真軟件，搭建一次系統(tǒng)及保護(hù)裝置模塊。
( 2) 在一次系統(tǒng)模型上，設(shè)置不同故障點(diǎn)及不同故障類型，測(cè)試故障電流、電壓、相位角( 阻抗) 等參數(shù)。
( 3) 在一次系統(tǒng)模型上，選擇保護(hù) 1，保護(hù) 2 兩個(gè)保護(hù)安裝處，配置縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，設(shè)置不同故障點(diǎn)及不同故障類型，保護(hù)模型動(dòng)作結(jié)果，根據(jù)保護(hù)
模型動(dòng)作結(jié)果，確定保護(hù)整定值及靈敏度校驗(yàn)是否滿足要求。
( 4) 在一次系統(tǒng)模型上，選擇保護(hù) 1，保護(hù) 3 兩個(gè)保護(hù)安裝處，配置三段式距離保護(hù)，設(shè)置不同故障點(diǎn)及不同故障類型，保護(hù)模型動(dòng)作結(jié)果，根據(jù)保護(hù)模
型動(dòng)作結(jié)果，確定保護(hù)整定值及靈敏度校驗(yàn)是否滿足要求。
( 5) 在一次系統(tǒng)模型上，選擇保護(hù) 1，保護(hù) 3 兩個(gè)保護(hù)安裝處，配置四段式零序電流保護(hù)，設(shè)置不同故障點(diǎn)及不同故障類型，保護(hù)模型動(dòng)作結(jié)果，根據(jù)保
護(hù)模型動(dòng)作結(jié)果，確定保護(hù)整定值及靈敏度校驗(yàn)是否滿足要求。
4) 微機(jī)保護(hù)裝置測(cè)試實(shí)驗(yàn)
( 1) 保護(hù)裝置模擬量檢查。
( 2) 保護(hù)裝置開(kāi)入量檢查。
( 3) 保護(hù)裝置開(kāi)出量檢查。
( 4) 光纖通道檢查。
( 5) 保護(hù)裝置整組試驗(yàn) 1 － 包括縱聯(lián)，距離，零序過(guò)負(fù)荷保護(hù); 模擬 TVDX，失靈啟動(dòng)。
( 6) 保護(hù)裝置整組試驗(yàn) 2 － 系統(tǒng)震蕩對(duì)距離保護(hù)影響。
5) 系統(tǒng)整組實(shí)驗(yàn)
( 1) 在電力系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，?jiàn)圖 2，在不同故障點(diǎn)，設(shè)置不同故障類型，測(cè)量故障電流、電壓及電壓電流相位角。
( 2) 保護(hù)裝置與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒泳€。
( 3) 線路主保護(hù)實(shí)驗(yàn)之一—縱聯(lián)距離保護(hù)及重合閘實(shí)驗(yàn)。
( 4) 線路主保護(hù)實(shí)驗(yàn)之二—縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)及重合閘實(shí)驗(yàn)。
( 5) 線路后備保護(hù)實(shí)驗(yàn)之一—三段式距離保護(hù)及重合閘實(shí)驗(yàn)。
( 6) 線路后備保護(hù)實(shí)驗(yàn)之二—四段式零序電流保護(hù)及重合閘實(shí)驗(yàn)。
2． 4 實(shí)驗(yàn)要求
( 1) 針對(duì)被保護(hù)對(duì)象，理解及分析保護(hù)功能流程所必需的基本理論知識(shí); 在此基礎(chǔ)之上，完成實(shí)驗(yàn)方案的制定、系統(tǒng)故障分析及整定計(jì)算。
( 2) 利用仿真軟件，完成一次系統(tǒng)搭建及故障分析; 按制定的保護(hù)方案，完成保護(hù)模塊的搭建及保護(hù)動(dòng)作及靈敏度校驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)保護(hù)方案及整定計(jì)算的正確性、合理性。
( 3) 保護(hù)裝置基本功能檢查與分析，包括開(kāi)機(jī)檢查裝置啟動(dòng)、顯示檢查; 電源檢查; 模擬輸入通道檢查; 開(kāi)關(guān)量輸入( 壓板、手柄、操作) 狀態(tài)檢查; 開(kāi)關(guān)量輸出( 跳/合閘、信號(hào)、操作) 狀態(tài)檢查; 光纖通道信號(hào)檢查; 保護(hù)裝置整組檢查; 保護(hù)裝置功能、參數(shù)設(shè)置; 定值輸入等。
( 4) 掌握完成實(shí)驗(yàn)的基本方法，包括完成裝置測(cè)試的基本流程; 實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備和保護(hù)裝置的操作方法、操作步驟。
( 5) 裝置報(bào)文的讀取，包括系統(tǒng)狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài); 故障信息、參數(shù)等; 如何利用這些指標(biāo)對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行判斷、總結(jié)和分析。
( 6) 能夠按照制定的測(cè)試方案，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析結(jié)果并對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
( 7) 安全要求，掌握繼電保護(hù)、儀表二次回路安全操作規(guī)范，了解操作票制度，制定實(shí)驗(yàn)接線、安全操作規(guī)程。
3 結(jié)語(yǔ)
本文總結(jié)了以往“繼電保護(hù)與自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)方式，指出存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出面對(duì)對(duì)象( 被保護(hù)線路) 的實(shí)驗(yàn)方式，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增加仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出了實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)要求，并應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。
通過(guò)實(shí)施→反饋，總結(jié)如下: ① 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋比較**，包含保護(hù)裝置調(diào)試、外特性實(shí)驗(yàn)，保護(hù)之間配合實(shí)驗(yàn)，電力系統(tǒng)( 模型) － 保護(hù)裝置整組實(shí)驗(yàn)，保護(hù)原理以及動(dòng)作邏輯等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。② 實(shí)驗(yàn)過(guò)程一環(huán)套一環(huán)，從而促使學(xué)生對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都必須重視，努力完成。③ 實(shí)驗(yàn)過(guò)程是制定方案→實(shí)施方案→修改方案→再實(shí)施方案，不斷改進(jìn)、完善的過(guò)程，在改進(jìn)、完善過(guò)程中，提高解決工程問(wèn)題實(shí)踐能力。
