電力系統的猛速發展給繼電保護提出了更高的要求，繼電保護裝置是電力系統重要的組成部分，也是電力系統安全、穩定和可靠運行的重要保證之一。繼電保護數字仿真也已成為繼電保護研究、設計和教學等各方面不可缺少的工具，電力系統變電運行中微機繼電保護的參數確定、各種事故及繼電保護操作等需要通過仿真來認識。然而，**于軟件仿真，無繼電保護裝置、電纜等二次設備，沒有真實的二次信號，操作缺乏真實感，僅靠提供一個模擬環境是無法達到教學應用和科研研究要求的。[1，2]

TQXBZ-III多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統是基于實時仿真技術的數字、物理混合仿真平臺，該實驗平臺把實際的變電站繼電保護運行“移植”到實驗臺中，非常接近現場變電繼電保護運行，可以有效地加強學生對各種物理現象的認識，并進一步掌握和理解物理概念。[3，4]

一、多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統的技術特點

TQXBZ-III多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統采用了試驗臺結構。該試驗臺由TQWX-III微機型繼電保護實驗測試儀、TQXBZ-III多功能微機型實驗裝置、常規保護繼電器、成組保護接線圖、控制回路模塊、按鈕開關、萬能轉換開關、保護模式切換開關及直流電源、信號燈、蜂鳴器等附件構成，并提供了三套配套軟件：《繼電保護特性測試系統軟件》、《電力網信號源控制系統軟件》和《多功能微機保護實驗裝置管理程序軟件》。TQXBZ-III多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統面板示意圖如圖1所示。該實驗系統主要有以下特點：

1.適用性強

該系統既可滿足“電力系統繼電保護原理”、“電力系統微機保護”、“發電廠電氣部分”等相關課程實驗教學的需求，也可作為學生課程設計、畢業設計和**研究的開放性平臺。這樣不僅節省了多種實驗設備的占地面積，同時也減少了花費。

2.接近電力系統實際

采用“微機型繼電保護試驗測試儀”替代了由傳統實驗系統調壓器、移相器、滑線電阻和測量儀表等構成的“地攤”式實驗設備，與電力系統進行繼電保護的試驗方法完全相同。同時也能夠讓學生了解到繼電保護的*新測試技術，而不僅僅是停留于過去的陳舊技術。

3.實驗現象直觀

配備PC機，可直觀顯示實驗過程中的各種測試數據、動作特性曲線、波形圖等。對于數字式繼電器可通過PC機操作修改整定值，方便簡單。另外，可通過PC機選擇變量的變化方式，可手控亦可程控。

4.組態靈活

裝置均具有聯網功能，利用多套實驗系統可組態任意結構的電力系統，以滿足實驗教學、課程設計、**研究的要求。

5.接口開放

考慮到面對學生教學的特點，該實驗系統中的核心設備接口開放，可作為二次研究、開發平臺，學生可自己開放程序下載到裝置硬件中運行，構成具有任意定制功能的新裝置。[5，6]

二、多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統的功能

多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統主要具有以下功能：繼電保護課程實驗、微機保護課程實驗和發電廠電氣課程實驗，詳見圖2。

1.繼電保護課程實驗

為了加深學生對繼電器動作原理的認識和了解，該實驗系統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、差動繼電器等繼電器，以加強學生對繼電保護動作裝置的認識；也可將多個繼電器連接構成常規成組繼電保護，以深入觀察、學習不同保護的配合使用。

（1）常規繼電器特性實驗。本裝置可通過PC機控制TQWXIII微機型繼電保護試驗測試儀，讓其發出各種電流和電壓信號，從而對各種繼電器的特性進行測試，且可自動獲取繼電保護裝置的動作信號，方便記錄。同時，試驗臺上配備了24V電源及指示燈構成的信號指示回路，方便對繼電器動作信號的觀察。

（2）成組繼電保護實驗。試驗臺提供了一個典型的一次系統接線圖用以成組保護實驗，可從其上獲取信號，將多個繼電器連接構成常規成組繼電保護，便可進行成組繼電保護的實驗。

2.微機保護課程實驗

電力系統微機保護課程實驗包括數字式繼電器特性實驗、成組微機保護實驗及微機保護與繼電保護配合動作實驗三部分。

（1）數字式繼電器特性實驗。該系統利用單片機或DSP技術，由TQWX-III微機型繼電保護實驗測試儀產生信號，通過向裝置硬件中下載相應的程序模塊，便可實現數字式電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器、阻抗繼電器、反時限電流繼電器、零序反時限電流繼電器、負序反時限電流繼電器、零序電流繼電器、負序電流繼電器、零序電壓繼電器、負序電壓繼電器、零序功率方向繼電器及負序功率方向繼電器等多種常規繼電器的功能。

（2）成組微機保護實驗。該實驗裝置實驗臺上有成組保護實驗模型圖，通過從該模型圖上獲取電壓、電流信號，可實現包括10kV線路微機保護裝置35kV線路微機保護裝置、110kV線路微機保護裝置、變壓器微機保護裝置、電容器微機保護裝置、發電機微機保護裝置、電動機微機保護裝置等保護的功能。

（3）微機保護與繼電保護配合動作實驗。將多個常規繼電器組合構成繼電保護，利用TQXBZ-III多功能微機保護實驗裝置實現需要的微機保護，在成組保護實驗模型圖上完成微機保護與繼電保護配合動作實驗。此實驗更貼近實際電力現場，通過此實驗可使學生更加熟悉實際的電力系統繼電保護，并加深對保護裝置的理解。

3.發電廠電氣課程實驗

該試驗臺可對斷路器控制回路及中央信號進行實驗。通過這些實驗，可以使學生了解、掌握斷路器控制回路的工作原理及其繼電保護的接線方法，以及發生事故時的應對方法和相應的操作。比如其中的閃光繼電器構成的中央信號實驗，通過此實驗學生能夠熟悉萬能轉換開關的位置與信號燈的狀態的對應關

系，并能夠根據其對應關系做出相應的操作。這與在發電廠及變電站中的操作相同，能夠提高學生的動手能力及鍛煉學生在實際生產中對事故的應對能力。[5]

三、多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統的主要應用

1.實驗教學

自多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統在廣東工業大學投入使用以來，已成為“電力系統繼電保護原理”、“電力系統微機保護”、“發電廠電氣”等課程教學的實驗平臺。

該實驗平臺以微機型繼電保護試驗測試儀作為實驗信號源，符合電力系統現場的實驗方式，并配套功能強大的電力系統信號源綜合控制系統軟件，具有豐富的組態功能。不但能夠進行實時參數分析計算，而且可以進行任意設定點的故障分析運算，并能控制測試儀實時輸出設定選配點在正常運行和故障情況下的二次電流、電壓信號，為學生提供具體、直觀、真實的學習環境，對繼電保護實驗教學有了明顯的改進。在傳統教學方式的基礎上，實現了繼電保護的測試、操作、監視和仿真，已成為電氣工程及其自動化專業電力方向現代化、數字化教學必不可少的工具。

2.**性實驗

微機型繼電保護試驗測試儀和多功能微機保護實驗裝置均具有聯網功能，多套（四臺以上）實驗培訓系統聯網方便實現了變電站綜合自動化的實驗仿真。其中，微機型繼電保護試驗測試儀是一臺性能良好的高精度信號源設備，為電力系統繼電保護測試提供了連續可調節的電流和電壓信號。多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統中的核心設備接口開放，可作為學生**研究和開發平臺，提高了學生的**思維與實踐能力，加強了學生分析問題和解決問題的能力。

3.科研平臺

多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統中的多功能微機保護實驗裝置其硬件平臺采用雙處理器結構，處理器采用80C196KC芯片，一塊CPU作為保護CPU，主要進行數據處理；另一塊CPU作為監控管理和通信CPU，用于人機界面接口與通信。兩塊CPU之間通過雙口RAM芯片（IDT7134）進行數據交

換，方便實行二次程序開發。[7]教師和研究生可在裝置的硬件與軟件基礎上進行有關繼電保護的設計和研究，比如通過自主編寫、修改接口程序，完成保護相應功能并實時模擬電網短路故障時保護的動作情況。

四、結束語

**能力培養是高等學校教育的核心內容，是培養**人才的關鍵。電氣工程及其自動化專業電力方向引入多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統作為先進的教學手段，能把課堂上所學的復雜的、抽象的理論融入到教學中，完整、具體、直觀地仿真，有效地培養了學生的實驗動手能力，提高了學生綜合分析問題的能力和運用能力，不斷推動了教學實踐，讓學生通過仿真更**地掌握了電力繼電保護知識，從而培養了學生的**能力。多功能繼電保護及變電站綜合自動化實驗培訓系統已逐漸成為電氣工程及其自動化專業教師和學生現代化的教學與科研手段。