0 引言

 目前繼電保護實驗教學設備一般采用“繼電保護測試儀 + 微機保護裝置”配置方式，繼電保護測試儀模擬電力系統運行( 故障) 狀態，微機保護裝置根據測試儀輸出電氣信號( 電壓、電流) 變化而動作于出口并給出包含各種故障信息的報文。這種實驗教學方式存在以下缺點: ① 教學過程中雖然向學生介紹了微機保護裝置各插件，對微機保護裝置進行外特性實驗，卻不能開設讓學生參與微機保護軟件的編程與驗證實驗，他們不能很好地理解微機保護裝置內部的動作邏輯過程。② 繼電保護測試儀可以模擬電力系統各種運行狀態，輸出精準的電氣參數數據，但不能展示電力系統網絡結構、電力系統的運行方式、故障位置等，從而造成學生不能很好理解“電力系統”－“保護裝置”之間對應關系。

 為了改進上述問題，提高實踐教學效果，我們從兩方面入手改進: ① 硬件設施建設，目前，隨著我院“雙**”學科建設的推進，實驗室建設正在按計劃進行，實驗設備進行了升級換代與擴充，并且還自行研制了“電力系統實驗模型”等實驗設備，實驗教學環境大大改善。② 從教學方法進行改革，筆者根據自己的教學經歷，結合“繼電保護與自動化綜合實驗”課程，在教學方法上進行了改革探索。以“繼電保護與自動化綜合實驗”課程中的“線路保護”為例，圍繞課題對象的內涵，從繼電保護綜合實驗的教學內容、教學要求和教學方法等方面入手，逐步改進，提高實驗教學效果。

1 繼電保護與自動化綜合實驗簡介

 “繼電保護與自動化綜合實驗”是電氣工程專業學生畢業前的專業綜合實驗課程，是我們學院比較有特色的實驗課程，我們一直堅持“重理論，強實踐”的教學模式，為這門課程積極探索研究新的實驗模式，盡可能加大實踐教學的力度，為學生提供更多的實驗項目和較好的實驗環境，并取得了較好的教學。綜合實驗項目及學時安排見表 1。

 每次實驗完成后，教師都要對實驗內容，實驗方式等進行反思，通過對比實驗結果，對實驗目標的達成度進行分析，評估是否達到了預期的實驗目標，對于存在的問題不斷更新、改進。

2 高壓線路保護實驗介紹

為了克服“繼電保護測試儀 + 微機保護裝置”實驗方式的局限性，實驗室還研制了電力系統實驗模型等設備，可以展示電力系統的拓撲結構及運行狀態; 在實驗項目上，增設基于 PSCAD 的仿真實驗，實驗內容深入到保護裝置內部的保護原理及動作邏輯，改善了實驗教學效果。

2． 1 被保護對象 － 一次系統

系統參數:

( 1) 進線接無窮大系統。

 ( 2) 進線電源( T1) : UT1 = 220 /槡3 kV，等值阻抗: Z1T1 = Z2T1 = 30 Ω( *大運行方式) ，Z1T1 = Z2T1 =31． 6 Ω( *小運行方式) ，Z0T1 = 55 Ω。

 ( 3) 進線電源( 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°，所有負序阻抗角 Φ0 = 70°。

 ( 6) 線路長度: LM1 － M2 = 58． 5 km; LM2 － M3 = 23km; LM3 － M4 = 86 km。

( 7) LM1 － M2線路*大負荷電流 820 A，功率因數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 實驗設備簡介

( 1) CSC-101 數字式線路保護裝置:

具有閉鎖式縱聯距離保護; 三段式距離保護; 四段式零序電流保護; 綜合重合閘功能。

( 2) CSC-163 數字式線路保護裝置:

具有縱聯電流差動保護; 三段式距離保護; 四段式零序電流保護; 三相一次重合閘功能。

( 3) PW-30A 繼電保護測試儀:

 主要技術參數: 四路電壓( 120 V) ，三路電流( 30 A) 。該設備是繼電保護專用設備，可以手動或自動完成各種繼電器或保護裝置功能測試。

( 4) 電力系統實驗模型( 以下簡稱為模型，華北電力大學自制) ，特點如下:

 顯示電力系統網絡結構; 能夠模擬電力系統的各種運行狀態; 有多個測量點; 每條線路可設置 6 個故障點; 可以設置各種故障類型; 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分析中的專業仿真工具，可用于電力系統電磁暫態仿真。它使用圖形模塊的方式創建一個電路進行仿真分析，圖形模塊包括主設備、系統參數、測量、控制及繼電器模塊等 S 模塊［3］，對于初學者來說，上手比較容易。學生可以根據理論知識，搭建電力系統模型及各種繼電保護模型，然后設置各種系統故障，評估、檢驗各種保護方式，根據測試結果，反過來修改繼電保護模型，直到得到理想的實驗結果。

2． 3 實驗任務

 1) 線路 M1-M2 保護配置與設備選型根據相關電力規程，確定 220 kV 高壓線路保護配置:

 ( 1) 主保護 1: 縱聯距離保護，設備: CSC-101A( B) ; 通道: 光纖通信。

( 2) 主保護 2: 縱聯電流差動保護，設備: CSC163A; 通道: 光纖通信。

( 3) 后備保護 1: 三段式距離保護。

( 4) 后備保護 2: 四段式零序電流保護。

2) 所選定保護類型的整定計算

( 1) 三段式距離保護整定計算。

( 2) 四段式零序電流保護整定計算。

( 3) 縱聯電流差動保護整定計算。

3) PSCAD/EMTDC 繼電保護仿真實驗

( 1) 采用 PSCAD/EMTDC 仿真軟件，搭建一次系統及保護裝置模塊。

 ( 2) 在一次系統模型上，設置不同故障點及不同故障類型，測試故障電流、電壓、相位角( 阻抗) 等參數。

 ( 3) 在一次系統模型上，選擇保護 1，保護 2 兩個保護安裝處，配置縱聯電流差動保護，設置不同故障點及不同故障類型，保護模型動作結果，根據保護

模型動作結果，確定保護整定值及靈敏度校驗是否滿足要求。

 ( 4) 在一次系統模型上，選擇保護 1，保護 3 兩個保護安裝處，配置三段式距離保護，設置不同故障點及不同故障類型，保護模型動作結果，根據保護模

型動作結果，確定保護整定值及靈敏度校驗是否滿足要求。

 ( 5) 在一次系統模型上，選擇保護 1，保護 3 兩個保護安裝處，配置四段式零序電流保護，設置不同故障點及不同故障類型，保護模型動作結果，根據保

護模型動作結果，確定保護整定值及靈敏度校驗是否滿足要求。

4) 微機保護裝置測試實驗

( 1) 保護裝置模擬量檢查。

( 2) 保護裝置開入量檢查。

( 3) 保護裝置開出量檢查。

( 4) 光纖通道檢查。

 ( 5) 保護裝置整組試驗 1 － 包括縱聯，距離，零序過負荷保護; 模擬 TVDX，失靈啟動。

( 6) 保護裝置整組試驗 2 － 系統震蕩對距離保護影響。

5) 系統整組實驗

 ( 1) 在電力系統實驗模型上，見圖 2，在不同故障點，設置不同故障類型，測量故障電流、電壓及電壓電流相位角。

( 2) 保護裝置與實驗模型接線。

( 3) 線路主保護實驗之一—縱聯距離保護及重合閘實驗。

( 4) 線路主保護實驗之二—縱聯電流差動保護及重合閘實驗。

( 5) 線路后備保護實驗之一—三段式距離保護及重合閘實驗。

( 6) 線路后備保護實驗之二—四段式零序電流保護及重合閘實驗。

2． 4 實驗要求

 ( 1) 針對被保護對象，理解及分析保護功能流程所必需的基本理論知識; 在此基礎之上，完成實驗方案的制定、系統故障分析及整定計算。

 ( 2) 利用仿真軟件，完成一次系統搭建及故障分析; 按制定的保護方案，完成保護模塊的搭建及保護動作及靈敏度校驗仿真實驗，檢驗保護方案及整定計算的正確性、合理性。

 ( 3) 保護裝置基本功能檢查與分析，包括開機檢查裝置啟動、顯示檢查; 電源檢查; 模擬輸入通道檢查; 開關量輸入( 壓板、手柄、操作) 狀態檢查; 開關量輸出( 跳/合閘、信號、操作) 狀態檢查; 光纖通道信號檢查; 保護裝置整組檢查; 保護裝置功能、參數設置; 定值輸入等。

 ( 4) 掌握完成實驗的基本方法，包括完成裝置測試的基本流程; 實驗測試設備和保護裝置的操作方法、操作步驟。

 ( 5) 裝置報文的讀取，包括系統狀態、保護狀態; 故障信息、參數等; 如何利用這些指標對測試的結果進行判斷、總結和分析。

( 6) 能夠按照制定的測試方案，開展實驗、記錄數據、分析結果并對實驗效果進行評價。

 ( 7) 安全要求，掌握繼電保護、儀表二次回路安全操作規范，了解操作票制度，制定實驗接線、安全操作規程。

3 結語

 本文總結了以往“繼電保護與自動化綜合實驗”實驗方式，指出存在的問題，進而提出面對對象( 被保護線路) 的實驗方式，改進實驗設備，增加仿真實驗項目，提出了實驗任務、實驗要求，并應用于實踐教學。

 通過實施→反饋，總結如下: ① 實驗內容涵蓋比較**，包含保護裝置調試、外特性實驗，保護之間配合實驗，電力系統( 模型) － 保護裝置整組實驗，保護原理以及動作邏輯等實驗內容。② 實驗過程一環套一環，從而促使學生對每個實驗過程都必須重視，努力完成。③ 實驗過程是制定方案→實施方案→修改方案→再實施方案，不斷改進、完善的過程，在改進、完善過程中，提高解決工程問題實踐能力。