水電站運行仿真實驗教學(xué)方法探究

1、水電站運行仿真實驗教學(xué)方法探究 【摘要】本文結(jié)合大學(xué)學(xué)習(xí)和電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，闡述了進行水電站運行仿真實驗的必要性。在分析水電站運行仿真課程內(nèi)容的特點的基礎(chǔ)上，有針對性的采用應(yīng)用式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、案例式教學(xué)方式。并利用水電站運行仿真實驗教學(xué)中的實例說明了如何利用這三種教學(xué)方法提升該課程的教學(xué)效果。 【關(guān)鍵詞】水電站運行仿真實驗 應(yīng)用式教學(xué) 啟發(fā)式教學(xué) 案例式教學(xué) 【中圖分類號】g64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】a 【文章編號】2095-3089（2016）06-0220-02 一、水電站運行仿真實驗 大學(xué)本科學(xué)習(xí)有其特殊的特點：首先，分專業(yè)學(xué)習(xí)涉及到的專業(yè)知識和交叉學(xué)科知識眾多，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)

2、知識時往往很困惑：自己所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識與實際工作的聯(lián)系在哪里？其次，大學(xué)學(xué)習(xí)中的理論課程均以課程結(jié)業(yè)考試或考查的方式來檢驗學(xué)習(xí)效果，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中往往在學(xué)習(xí)后續(xù)課程的時候，前修課程的知識已經(jīng)部分遺忘?？紤]到這些特點，在學(xué)生走上工作崗位之前，如果能創(chuàng)造機會，讓他們將所有專業(yè)知識融會貫通，理論聯(lián)系實際，對他們在工作后能快速適應(yīng)工作是非常有利的。 電氣工程及其自動化專業(yè)的許多學(xué)生在畢業(yè)后會從事電力系統(tǒng)相關(guān)工作，成為電力系統(tǒng)的工作人員。他們工作的對象電力系統(tǒng)具有下列特點1： 1.電能的生產(chǎn)與消費具有同時性。 2.電能與國民經(jīng)濟和人民日常生活關(guān)系密切。 3.電力系統(tǒng)的過渡過程非常短暫。 上述電力

3、系統(tǒng)的特點也對從事電力系統(tǒng)相關(guān)工作的人員提出了特殊的要求：1.在系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，他們在工作中應(yīng)保證其操作的正確性，因為一旦出現(xiàn)誤操作，可能危及人身、設(shè)備安全或在短時間內(nèi)造成巨大的損失。2.若電力系統(tǒng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)、故障狀態(tài)，電力系統(tǒng)的工作人員應(yīng)迅速做出處理措施，讓系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常狀態(tài)，或是防止事故的擴大?？紤]到這些要求，如果能有一個模擬的電力系統(tǒng)供學(xué)員進行正常操作的練習(xí)，并能模擬電力系統(tǒng)的不正常和故障狀態(tài)以提高學(xué)員的事故分析處理能力，就能在短時間內(nèi)讓學(xué)員的工作能力有很大的提升，這對提高整個電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性有非常重大的意義。 水電站運行仿真實驗是三峽大學(xué)（后稱“我

4、?！保╇姎夤こ碳捌渥詣踊瘜I(yè)學(xué)生的必修的實踐環(huán)節(jié)。在我校的人才培養(yǎng)計劃中，水電站運行仿真實驗通常安排四年級的第一學(xué)期，16學(xué)時，通過我校自主開發(fā)的水電站運行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)完成。水電站運行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)利用計算機仿真模擬一個水電站所有設(shè)備協(xié)同工作，并將發(fā)電機發(fā)出的電能輸送給外部電力系統(tǒng)的完整過程。該培訓(xùn)系統(tǒng)在計算機上給參與該實踐環(huán)節(jié)的學(xué)生模擬水電站運行人員的工作環(huán)境，提供上位機操作和現(xiàn)地操作的兩種方式，讓他們完成一個水電站運行人員的日常工作。通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生明白自己在專業(yè)學(xué)習(xí)中學(xué)到的知識在實際生產(chǎn)中是什么、怎么用，所以，課程采用的教學(xué)理念和教學(xué)方法對學(xué)生能否迅速的勝任相關(guān)工作有著重要的作

5、用。 二、應(yīng)用式教學(xué) 應(yīng)用式教學(xué)強調(diào)理論聯(lián)系實際，重視學(xué)以致用。水電站運行仿真實驗需要學(xué)生綜合運用發(fā)電廠動力部分、發(fā)電廠電氣部分、電力系統(tǒng)分析、電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)自動化等課程的知識，來完成相應(yīng)的實驗任務(wù)。 表1中列出了水電站運行仿真實驗課的主要實驗任務(wù)和各實驗任務(wù)中涉及到的專業(yè)知識。在教學(xué)中可以著重引導(dǎo)學(xué)生回顧相應(yīng)的重要知識點，通過完成相應(yīng)的實驗任務(wù)，學(xué)生就可以知道理論知識是如何用于實際工作的。 以水電站的認(rèn)識實驗為例，這一實驗項目是通過記錄仿真系統(tǒng)模擬的水電站內(nèi)各設(shè)備的運行工況，讓學(xué)生了解水電站的基本情況，為后續(xù)操作項目打下基礎(chǔ)。在理論課程的教學(xué)過程中，開關(guān)設(shè)備、電氣主接線、發(fā)電機、

6、變壓器、輸電線路、母線、自動裝置、廠用電、水輪機及輔助設(shè)備等都是分配在不同的課程或章節(jié)中來講解的，而在水電站運行仿真實驗課程中，通過仿真軟件將它們按照固有的規(guī)律結(jié)合在一起，形成模擬的水電站。學(xué)生會看到水輪機輔助系統(tǒng)（技術(shù)供水、油、壓縮空氣）的概況、發(fā)電機和變壓器的連接形式、升壓站的接線形式、發(fā)電機出口互感器的數(shù)量、各段廠用電之間的備用電源自投入裝置；也會知道調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器、輔助設(shè)備控制柜等是位于水電站的廠房的不同層里；更能明確，即便是在現(xiàn)地操作時的盤柜上操作開關(guān)設(shè)備，也應(yīng)該牢記水電站中各設(shè)備的連接方式，遵循開關(guān)操作的基本原則，才能避免誤操作。在完成這一部分的實驗過程中，雖然只是讓學(xué)生記錄了

7、設(shè)備的運行工況，但能驗證他們在理論課程上學(xué)過的知識，也能讓他們熟悉水電站各種設(shè)備的運行工況和安裝位置。 注重理論知識的應(yīng)用還應(yīng)體現(xiàn)在分析問題的方法上，在理論課程的學(xué)習(xí)中的計算和分析常采用向量圖分析的方法，而在實際的水電站中，往往需要分析的電氣量不是向量圖，而是波形圖。在教學(xué)的工作中，也應(yīng)注意思維方式的轉(zhuǎn)換，將波形圖轉(zhuǎn)化為向量圖再進行分析，幫助學(xué)生適應(yīng)實際工作中的思維方式。 除此之外，在教學(xué)的過程中，只要涉及到學(xué)生操作的內(nèi)容，可以讓學(xué)生每兩人一組，一位同學(xué)扮演操作人，另一位同學(xué)扮演監(jiān)護人，按照實際工作中的操作規(guī)范來完成。同樣，在形成實驗報告的時候都按照電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)操作票的形式記錄。 通過應(yīng)用式教

8、學(xué)，學(xué)生不僅能夠?qū)旧系睦碚撝R聯(lián)系到實際工作，而且能熟悉實際工作中的思維和處理問題的方式。 三、啟發(fā)式教學(xué) 啟發(fā)式的教學(xué)方法需要教師在指導(dǎo)實驗的過程中，根據(jù)專業(yè)知識之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生積極主動掌握相關(guān)知識。 在運行方式的切換和倒閘操作實驗任務(wù)中，需要學(xué)生完成三分之四斷路器接線形式下的輸電線路的停、送電操作。學(xué)生起初可能會感覺很茫然，因為他們并不熟悉這種接線形式。但是在發(fā)電廠電氣部分的課本上一定講過另一種供電可靠性很高的接線形式二分之三斷路器接線（一臺半斷路器接線）。在指導(dǎo)這一個實驗項目時，可以先從二分之三斷路器接線的命名原因引導(dǎo)學(xué)生去思考三分之四斷路器接線名稱的來由；然后提示學(xué)生類比這兩種

9、接線形式的可靠性和操作方法；最后聯(lián)系繼電保護選擇性的要求，讓學(xué)生分析出輸電線路停、送電操作時具體需要操作的開關(guān)設(shè)備。這樣學(xué)生就能很快掌握這種平時不太熟悉的主接線形式中的線路停、送電操作。 除了完成實驗任務(wù)外，也可以運用啟發(fā)式的教學(xué)方法來讓學(xué)生掌握更多的專業(yè)知識。在輸電線路的操作中，學(xué)生會觀察到超高壓輸電線路的并聯(lián)電抗器。并聯(lián)電壓器是為了防止高壓輸電線路輕載或空載時，線路末端出現(xiàn)過電壓，根據(jù)實際需要而配置的。并聯(lián)電抗器能夠防止輸電線路末端過電壓的原因是因為它的實質(zhì)是電感，可以吸收系統(tǒng)多余的感性無功功率。另外，電力系統(tǒng)中用來保證電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性的還有很多其它的措施。從并聯(lián)電抗器入手，可

10、以從上述兩方面來啟發(fā)學(xué)生思考更多電力系統(tǒng)的原理。圖1表示的是由并聯(lián)電抗器出發(fā)，讓學(xué)生聯(lián)想的相關(guān)知識點。 在實驗過程中，通過教師的啟發(fā)，學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)到與水電站相關(guān)的知識，更能通過自覺思考掌握更多與專業(yè)相關(guān)的知識。 四、案例式教學(xué) 案例式教學(xué)需要教師根據(jù)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)模擬的水電站的運行工況，設(shè)計相應(yīng)的案例，鼓勵學(xué)生積極思考，完成實驗任務(wù)。 電氣故障和事故處理是通過教師利用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，在模擬的水電站中設(shè)置各種設(shè)備發(fā)生故障，讓學(xué)生分析故障現(xiàn)象，進行故障處理。案例教學(xué)法在這一部分的實驗教學(xué)中運用較多。 案例1：1號輸電線路短路故障（電力系統(tǒng)常見的四種短路三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相短路接地之

11、一），需要學(xué)生記錄、分析故障現(xiàn)象，判斷故障類型，完成故障后的處理。 通過仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)置模擬水電站1號輸電線路發(fā)生短路故障后，學(xué)生可以從仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中看到故障有關(guān)信息，包括：斷路器跳閘信息、各種微機保護裝置動作于發(fā)信號或跳閘的信息、自動重合閘裝置信息等。相應(yīng)的，在課堂上可以先不公布故障設(shè)備（1號輸電線路）以及該設(shè)備上發(fā)生故障的具體類型，提示學(xué)生根據(jù)繼電保護選擇性的要求，結(jié)合已跳閘的斷路器可以判斷故障設(shè)備；聯(lián)系微機保護裝置提示已動作的保護，回顧課本上這些保護的工作原理，區(qū)分故障設(shè)備的具體故障類型；依據(jù)自動重合閘是否啟動和斷路器最終是否跳閘來判斷所發(fā)生的故障性質(zhì)是瞬時性的或永久性的。最后，要求學(xué)生

12、通過分析和討論判斷故障設(shè)備和故障類型；在故障發(fā)生后是否存在斷路器、保護誤動或拒動；根據(jù)分析的結(jié)論，完成故障后的處理，涉及到的具體操作，按標(biāo)準(zhǔn)操作票規(guī)范形成實驗報告。 案例2： 1號水輪發(fā)電機組水輪機推力軸承瓦溫升高現(xiàn)象，需要學(xué)生排除故障，使水輪發(fā)電機組恢復(fù)正常運行。 通過仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)置推力軸承冷卻水故障后，出現(xiàn)推力軸承瓦溫升高現(xiàn)象。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)定，瓦溫高于60時，發(fā)報警信號，當(dāng)瓦溫高于70，發(fā)電機事故停機。所以，當(dāng)學(xué)生看到系統(tǒng)提示推力軸承瓦溫過高的報警信息時，留給他們排除故障的時間也是有限的。所以，這就要求學(xué)生在看到溫度報警信號后，保持頭腦冷靜，迅速在溫度監(jiān)視中確認(rèn)發(fā)生異常的設(shè)備，并在技術(shù)供水系統(tǒng)中逐一排查進水口閥門、加壓泵、濾過器、推力軸承冷卻水閥門是否存在故障，若存在故障，應(yīng)迅速倒換相應(yīng)的備用設(shè)備，監(jiān)視技術(shù)供水系統(tǒng)恢復(fù)正常，推力軸承瓦溫下降，恢復(fù)正常，故障排除。 案例教學(xué)法，讓學(xué)生完成實驗任務(wù)的同時更能身臨其境的感受到一個水電站運行人員的責(zé)任。 五、結(jié)語 水電站運行