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篇1

作者簡(jiǎn)介：徐光舉（1961-），男，江蘇連云港人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地，工程師；張長(zhǎng)營(yíng)（1968-），男，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地，高級(jí)工程師。（江蘇　連云港　222069）

中圖分類號(hào)：TM4?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）36-0138-03

電力變壓器是一個(gè)重要的電氣設(shè)備，不同電壓等級(jí)的電力線路要依靠不同型式的電力變壓器將其連接起來(lái)，組成一個(gè)強(qiáng)大的電力系統(tǒng)，而處于電力系統(tǒng)末端的配電網(wǎng)中大量的配電變壓器更是發(fā)揮著重要的作用，它直接為電力用戶提供電能，一旦配電變壓器出現(xiàn)故障將會(huì)影響電力用戶的生產(chǎn)和生活用電，因此能否準(zhǔn)確、快速地判別配電變壓器故障進(jìn)而排除故障，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)配電變壓器運(yùn)行不僅事關(guān)電力優(yōu)質(zhì)服務(wù)質(zhì)量，而且考驗(yàn)著電力運(yùn)行和檢修人員的技能水平。因此，對(duì)電力變壓器運(yùn)行和檢修人員進(jìn)行變壓器基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)技能培訓(xùn)，使他們掌握相應(yīng)的變壓器運(yùn)行和檢修知識(shí)、技能尤為重要。

基于配電變壓器故障模擬的智能實(shí)訓(xùn)裝置研究與開發(fā)，將通過(guò)模擬配電變壓器在運(yùn)行中常見的故障現(xiàn)象，讓學(xué)員在實(shí)訓(xùn)中通過(guò)故障現(xiàn)象準(zhǔn)確地對(duì)故障類型進(jìn)行判別，同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的儀器儀表測(cè)量對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行確定，進(jìn)而提出排除故障的方法，對(duì)于提高配電變壓器運(yùn)行與檢修人員的技能水平將起到事半功倍的效果。

一、國(guó)內(nèi)外研究水平綜述

經(jīng)查證，國(guó)內(nèi)外對(duì)變壓器相關(guān)技能的教學(xué)與培訓(xùn)方法，目前僅限于對(duì)變壓器原理的講解和對(duì)某一類型變壓器進(jìn)行解剖觀察，還不能對(duì)變壓器運(yùn)行中可能發(fā)生的故障現(xiàn)象進(jìn)行再現(xiàn)，同時(shí)由于培訓(xùn)用的變壓器一旦選定，在變壓器相關(guān)性能測(cè)試和試驗(yàn)中，只要變壓器本身電氣特性沒(méi)有變化，測(cè)試數(shù)據(jù)具有唯一性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多位學(xué)員進(jìn)行個(gè)性化測(cè)試考核，這種培訓(xùn)方式不利于學(xué)員的理解和學(xué)習(xí)，在教學(xué)實(shí)踐中詬病頗多。因此，提高員工實(shí)際操作技能以及維護(hù)、檢修和測(cè)試技術(shù)水平，進(jìn)行配電變壓器智能仿真實(shí)訓(xùn)裝置的研發(fā)和設(shè)計(jì)，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)與培訓(xùn)方式勢(shì)在必行。

據(jù)了解，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)尚未出現(xiàn)類似的理論研究和產(chǎn)品研發(fā)，本實(shí)訓(xùn)裝置的研發(fā)結(jié)合變壓器實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，模擬變壓器發(fā)生故障時(shí)的參數(shù)變化，揭示不同故障時(shí)變壓器參數(shù)變化的規(guī)律性，屬國(guó)內(nèi)外技術(shù)首創(chuàng)。

二、裝置研發(fā)的理論和實(shí)踐依據(jù)

1.原理簡(jiǎn)述

配電變壓器在出廠試驗(yàn)和正常運(yùn)行以及故障發(fā)生時(shí)的電氣參數(shù)檢測(cè)中需要進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻試驗(yàn)、直流電阻測(cè)試、容量測(cè)試、變比及連接組別等測(cè)試試驗(yàn)，該類試驗(yàn)如耐壓試驗(yàn)在實(shí)際進(jìn)行時(shí)危險(xiǎn)性較大，技術(shù)要求也較高，一般在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下均不進(jìn)行該類試驗(yàn)；絕緣電阻試驗(yàn)在實(shí)際試驗(yàn)中，無(wú)法模擬多種絕緣特性，使用真實(shí)變壓器作為試驗(yàn)對(duì)象，測(cè)試數(shù)據(jù)單一，變壓器故障發(fā)生時(shí)的參數(shù)變化無(wú)法模擬；直流電阻和變壓器容量參數(shù)在不同變壓器上體現(xiàn)不同的測(cè)試電阻值，電阻值從mΩ到幾十Ω不易模擬；變比及連接組別無(wú)法加載實(shí)際電壓實(shí)現(xiàn)變比測(cè)試。針對(duì)以上變壓器試驗(yàn)存在的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有變壓器進(jìn)行模擬實(shí)訓(xùn)具有一定的現(xiàn)實(shí)必要性。

現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中，通常是將實(shí)際應(yīng)用的某一型號(hào)配電變壓器搬到實(shí)訓(xùn)室，讓學(xué)員進(jìn)行測(cè)試實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)變壓器到位后，各類參數(shù)均恒定不變，學(xué)員很難從變壓器參數(shù)的變化中判別故障狀態(tài)和故障類型，非常不利于教學(xué)及考核。因此，為了便于教學(xué)與考核，減少操作時(shí)的危險(xiǎn)性，需要對(duì)現(xiàn)有變壓器實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行改進(jìn)?；谂潆娮儔浩鞴收夏M的實(shí)訓(xùn)裝置將應(yīng)用模擬技術(shù)通過(guò)改進(jìn)10kV油浸電力變壓器內(nèi)部的原理結(jié)構(gòu)，將原配電變壓器內(nèi)部鐵心及線圈去掉，在變壓器內(nèi)部安裝直流電阻模擬部件、容量測(cè)量模擬部件、絕緣耐壓部件、變比設(shè)定模擬部件等需要進(jìn)行變壓器模擬實(shí)訓(xùn)的部件，同時(shí)保持實(shí)訓(xùn)裝置外觀、實(shí)訓(xùn)用的測(cè)試設(shè)備與真實(shí)測(cè)試設(shè)備完全一致，并通過(guò)軟件控制設(shè)定實(shí)現(xiàn)變壓器不同容量參數(shù)的設(shè)定和模擬，測(cè)試變壓器通過(guò)無(wú)線方式與計(jì)算機(jī)控制主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線化、參數(shù)設(shè)定智能化、數(shù)據(jù)模擬多樣化的設(shè)計(jì)，實(shí)訓(xùn)人員操作測(cè)試設(shè)備和使用真實(shí)測(cè)試設(shè)備的方法和步驟一樣，實(shí)現(xiàn)各類配電變壓器的電氣參數(shù)的測(cè)試和分析，從而解決了配電變壓器電氣參數(shù)檢測(cè)實(shí)訓(xùn)中試驗(yàn)安全性和試驗(yàn)多樣性的技術(shù)難題，同時(shí)也為模擬配電變壓器不同狀態(tài)下的電氣參數(shù)量提供了可能。

2.研發(fā)依據(jù)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有變壓器技術(shù)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，總結(jié)現(xiàn)有變壓器需要進(jìn)行的試驗(yàn)及檢定項(xiàng)目，根據(jù)GB-50150-2006《電氣裝置安裝工程-電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》的技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，油浸電力變壓器需要進(jìn)行的交接試驗(yàn)及滿足標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）測(cè)量繞組連同套管的直流電阻，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）測(cè)量應(yīng)在各分接頭的所有位置上進(jìn)行。

2）1600kVA及以下電壓等級(jí)三相變壓器，各相測(cè)得值的相互差值應(yīng)小于平均值的4%，線間測(cè)得值的相互差值應(yīng)小于平均值的2%；1600kVA以上三相變壓器，各相測(cè)得值的相互差值應(yīng)小于平均值的2%；線間測(cè)得值的相互差值應(yīng)小于平均值的1%。

3）變壓器的直流電阻與同溫下產(chǎn)品出廠的實(shí)測(cè)數(shù)值進(jìn)行比較，相應(yīng)變化不應(yīng)大于2%；不同溫度下電阻值按照下式換算：

R2=R1（T+t2）/（T+t1）

式中R1、R2分別為溫度在t1、t2時(shí)的電阻值；T為計(jì)算用常數(shù)，銅導(dǎo)線取235，鋁導(dǎo)線取225。

（2）檢查所有分接頭的電壓比，與制造廠銘牌數(shù)據(jù)相比應(yīng)無(wú)明顯差別，且應(yīng)符合電壓比的規(guī)律。

（3）檢查變壓器的三相接線組別和單相變壓器引出線的極性；必須與設(shè)計(jì)要求及銘牌上的標(biāo)記和外殼上的符號(hào)相符。

（4）測(cè)量與鐵芯絕緣的各緊固件（連片可拆開者）及鐵芯（有外引接地線的）絕緣電阻，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）進(jìn)行器身檢查的變壓器，應(yīng)測(cè)量可接觸到的穿心螺栓、軛鐵夾件及綁扎鋼帶對(duì)鐵軛、鐵心、油箱及繞組壓環(huán)的絕緣電阻。當(dāng)軛鐵梁及穿心螺栓一端與鐵心連接時(shí)，應(yīng)將連接片斷開后進(jìn)行試驗(yàn)。

2）不進(jìn)行器身檢查的變壓器或進(jìn)行器身檢查的變壓器，所有安裝工作結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行鐵心和夾件（有外引接地線的）的絕緣電阻測(cè)量。

3）鐵心必須為一點(diǎn)接地；對(duì)變壓器上專用的鐵心接地線引出套管時(shí)，應(yīng)在注油前測(cè)量其對(duì)外殼的絕緣電阻。

4）采用2500V兆歐表測(cè)量，持續(xù)時(shí)間為1min，應(yīng)無(wú)閃絡(luò)及擊穿現(xiàn)象。

（5）測(cè)量繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）絕緣電阻值不低于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值的70%。

2）當(dāng)測(cè)量溫度與產(chǎn)品出廠試驗(yàn)時(shí)的溫度不符合時(shí)，可按表1換算到同一溫度時(shí)的數(shù)值進(jìn)行比較。

注：表中K為實(shí)測(cè)溫度減去20℃的絕對(duì)值；測(cè)量溫度以上層油溫為準(zhǔn)。

當(dāng)測(cè)量絕緣電阻的溫度差不是表1中所列數(shù)值時(shí)，其換算系數(shù)A可用線性插入法確定，也可按下述公式計(jì)算：

A=1.5K/10

校正到20℃時(shí)的絕緣電阻值可用下述公式計(jì)算：

當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20℃以上時(shí)：

R20=ARt

當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20℃以下時(shí)：

R20=Rt/A

式中R20為校正到20℃時(shí)的絕緣電阻值（MΩ）；Rt是在測(cè)量溫度下的絕緣電阻值（MΩ）。

（6）繞組連同套管的交流耐壓試驗(yàn)，應(yīng)符合表2規(guī)定。

針對(duì)以上變壓器交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目，特設(shè)計(jì)模擬變壓器及模擬測(cè)試設(shè)備進(jìn)行要求的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)試滿足以上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)

裝置研發(fā)的主要內(nèi)容是對(duì)配電變壓器的模擬，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試設(shè)備的步驟及方法，裝置根據(jù)設(shè)定項(xiàng)目制定的相應(yīng)測(cè)試分析項(xiàng)。

（1）本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)一是解決了實(shí)際耐壓試驗(yàn)危險(xiǎn)性較高的問(wèn)題。二是解決了直流電阻按照變壓器容量的不同從毫歐級(jí)到歐姆級(jí)線性變化等多種量級(jí)模擬的問(wèn)題。三是解決了變比測(cè)試無(wú)法加載真實(shí)電壓的問(wèn)題。四是解決了多狀態(tài)變壓器特性的模擬。

（2）技術(shù)難點(diǎn)：配電變壓器內(nèi)部的改進(jìn)以及變壓器參數(shù)設(shè)定智能化、多樣化的實(shí)現(xiàn)路徑是裝置研發(fā)與設(shè)計(jì)的主要技術(shù)難點(diǎn)。

三、裝置研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案

1.研究?jī)?nèi)容

（1）需求研究。主要研究配電變壓器檢修、試驗(yàn)培訓(xùn)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有裝置的技術(shù)與性能特點(diǎn)，以確定裝置研發(fā)的差異化方向，最后編制需求分析報(bào)告和裝置功能性能規(guī)格書。

（2）硬件平臺(tái)方案研究。根據(jù)需求分析報(bào)告和裝置功能性能規(guī)格書的要求，設(shè)計(jì)滿足上述報(bào)告和功能性能要求的硬件平臺(tái)技術(shù)方案，包括技術(shù)方案、機(jī)械結(jié)構(gòu)、主要器件選擇等。

（3）軟件平臺(tái)方案研究。根據(jù)需求分析報(bào)告和裝置功能、性能規(guī)格書的要求，設(shè)計(jì)滿足上述報(bào)告和功能性能要求的軟件平臺(tái)技術(shù)方案，包括軟件架構(gòu)、操作系統(tǒng)選擇、編程工具選擇、功能模塊劃分等。

（4）模擬變壓器測(cè)試儀器配置和測(cè)量算法方案研究。研究我國(guó)配電變壓器交接試驗(yàn)的應(yīng)用需求，并根據(jù)該需求確定裝置設(shè)計(jì)的測(cè)試應(yīng)用方案，以及對(duì)應(yīng)的模擬變壓器的技術(shù)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)模擬變壓器測(cè)試項(xiàng)目功能模塊，制定各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的技術(shù)參數(shù)要求。在上述工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)整體軟件實(shí)現(xiàn)方案，包括邏輯圖與流程圖。

2.技術(shù)實(shí)施方案

（1）總體方案。通過(guò)對(duì)配電變壓器交接試驗(yàn)項(xiàng)目需求和技術(shù)條件研究，確定裝置的總體方案及原則如下：

1）變壓器外形設(shè)計(jì)方案。采用標(biāo)準(zhǔn)10kV配電變壓器外殼，去掉鐵芯及線圈，保留高低壓接線柱、調(diào)壓分接開關(guān)、油位指示器等變壓器部件，在變壓器一側(cè)對(duì)變壓器外殼進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的外殼采用開門式設(shè)計(jì)，方便測(cè)試部件的安裝及維護(hù)工作。

2）測(cè)試儀器外觀設(shè)計(jì)方案。根據(jù)配電變壓器交接試驗(yàn)項(xiàng)目需要用到的測(cè)試項(xiàng)目對(duì)變壓器裝置進(jìn)行改進(jìn)，在配電變壓器內(nèi)部增加各測(cè)試功能模塊，配置必要的測(cè)試電路，以實(shí)現(xiàn)原測(cè)試儀器應(yīng)實(shí)現(xiàn)的測(cè)量功能。

3）采用高速工業(yè)CPU設(shè)計(jì)。為提高性能和可靠性，所有測(cè)試儀器及模擬變壓器裝置均需采用高速CPU設(shè)計(jì)。模擬變壓器各功能部件采用高可靠性通用元器件設(shè)計(jì)，以提高管理性能以及兼容性與擴(kuò)展性。

4）裝置抗干擾設(shè)計(jì)。裝置結(jié)構(gòu)采用全密封設(shè)計(jì)；印刷電路板設(shè)計(jì)選用靜電放電保護(hù)（ESD）的芯片以及快速瞬變電壓抑制器件，采用表面安裝技術(shù)（SMT）及多層印制板，全部選用工業(yè)級(jí)芯片，以滿足裝置體積、可靠性以及電磁兼容能力等要求。

（2）硬件方案。組成系統(tǒng)裝置的主要設(shè)備有：模擬變壓器裝置、搖表、直流電阻測(cè)試儀、容量測(cè)試儀、耐壓儀、變比測(cè)試儀等設(shè)備。

模擬變壓器設(shè)計(jì)：模擬變壓器采用真實(shí)10kV配電變壓器外殼，內(nèi)部去掉變壓器鐵芯及線圈，針對(duì)變壓器測(cè)試試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)不同模擬功能部件，如安裝絕緣耐壓模擬部件、吸收比及極化指數(shù)模擬部件、直流電阻模擬部件、容量測(cè)試模擬部件等，模擬部件輸入信號(hào)分別接到變壓器A、B、C三相高壓接線端子和a、b、c、n低壓接線端子及地線上，各模擬部件間通過(guò)繼電器控制斷開和接入到各接線端子。

1）絕緣耐壓模擬部件。配電變壓器故障模擬智能實(shí)訓(xùn)裝置絕緣模擬部件，通過(guò)軟件設(shè)定改進(jìn)變壓器高低壓接線端子之間以及與變壓器接地線之間的電阻值，實(shí)現(xiàn)配電變壓器絕緣電阻故障的設(shè)定和模擬，模擬絕緣電阻在0Ω到500MΩ之間，模擬絕緣電阻設(shè)定細(xì)度為20MΩ，并能模擬變壓器斷線功能，即變壓器接線端子間絕緣電阻為∞。

配電變壓器耐壓模擬：通過(guò)改進(jìn)耐壓測(cè)試儀器及模擬變壓器實(shí)現(xiàn)，模擬耐壓儀可以按照正常方式進(jìn)行接線、升壓，但是加載到變壓器上的電壓并不是實(shí)際輸出的幾千伏高壓，而是30V低壓，同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定實(shí)現(xiàn)變壓器放電聲音模擬，以達(dá)到真實(shí)的試驗(yàn)效果。

2）吸收比及極化指數(shù)模擬部件。根據(jù)電容具備充放電的特性，在絕緣實(shí)驗(yàn)電阻回路中串入耐壓及容量大的電容器，通過(guò)電容器充放電的曲線特性，模擬不同時(shí)間點(diǎn)的絕緣電阻值，即實(shí)現(xiàn)吸收比及極化指數(shù)的模擬功能。

3）直流電阻模擬部件。直流電阻模擬通過(guò)在變壓器一次側(cè)接入0～30Ω不同組合形式的電阻值，模擬一次側(cè)直流電阻，在變壓器低壓側(cè)（二次側(cè)）接入0～0.021Ω不同組合方式的電阻值，模擬二次側(cè)直流電阻，各電阻檔位設(shè)定及控制通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，并能模擬故障狀態(tài)下組合電阻值。

4）容量測(cè)試模擬部件。配電變壓器容量測(cè)試模擬部件通過(guò)計(jì)算機(jī)控制在一次側(cè)接入7～80Ω不同組合電阻值，并能模擬不平衡條件下的各項(xiàng)電阻值。

5）變比測(cè)試模擬部件。配電變壓器變比模擬根據(jù)變比測(cè)試儀的特性，模擬部件通過(guò)測(cè)試一次側(cè)接入的電壓值及相位過(guò)零點(diǎn)，在二次側(cè)產(chǎn)生設(shè)定比例的電壓及相位角，模擬變比功能，模擬部件通過(guò)檢測(cè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)開關(guān)的接入點(diǎn)位置，產(chǎn)生不同變比條件下的二次電壓值。

（3）軟件方案。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，主控制計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)總體控制和設(shè)定，主控制計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊方式實(shí)現(xiàn)與模擬變壓器的數(shù)據(jù)交換。

模擬變壓器各模擬功能模塊需根據(jù)接收到的計(jì)算機(jī)設(shè)定命令，做出判斷，確定工作模塊內(nèi)容及設(shè)定項(xiàng)目，供學(xué)員通過(guò)測(cè)試儀器進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

通過(guò)主控制計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)各模擬模塊項(xiàng)目的設(shè)定，可以根據(jù)測(cè)試的需要設(shè)定不同的變壓器故障。

（4）通信方案。根據(jù)方案設(shè)計(jì)的可靠性及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境的需要，同時(shí)由于真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)接線只有電源線和測(cè)試線，沒(méi)有獨(dú)立的變壓器與模擬模塊的通訊線，為了和真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)保持一致，特選擇無(wú)線通訊方式，為了實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的互通，需采用無(wú)線組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)。

3.裝置研究步驟及開發(fā)方法

裝置的研究與開發(fā)需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)和單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)，同時(shí)裝置研發(fā)需采用理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證法進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）前期先進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研與分析，論證項(xiàng)目設(shè)計(jì)的可行性和必要性。

（2）與相關(guān)電力培訓(xùn)機(jī)構(gòu)專家和電力生產(chǎn)一線技術(shù)人員進(jìn)行溝通，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及可行性研究，確定裝置研發(fā)實(shí)施方案，重點(diǎn)解決技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題。

（3）對(duì)設(shè)計(jì)功能模塊進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)各模擬模塊方案進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

（4）設(shè)計(jì)產(chǎn)品軟硬件；并試制樣機(jī)。

（5）對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行功能調(diào)試，確定測(cè)試指標(biāo)。

（6）進(jìn)行指標(biāo)檢定和功能檢定。

裝置研發(fā)技術(shù)路線框圖如圖1所示。

四、預(yù)期目標(biāo)和成果形式及創(chuàng)新點(diǎn)

通過(guò)裝置的研究與開發(fā)工作，系統(tǒng)分析了實(shí)現(xiàn)配電變壓器預(yù)防性和特性試驗(yàn)的模擬測(cè)試以及對(duì)應(yīng)的技能培訓(xùn)，創(chuàng)新性地引入了多型號(hào)配電變壓器電氣特性和電氣參數(shù)的模擬技術(shù)，研究了現(xiàn)有試驗(yàn)條件下根據(jù)不同型號(hào)配電變壓器及測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備的操作，加強(qiáng)對(duì)相關(guān)配電變壓器運(yùn)行和檢修人員的技術(shù)技能培訓(xùn)。裝置的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為配電變壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線化、參數(shù)設(shè)定智能化、數(shù)據(jù)模擬多樣化的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)專用教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

篇2

作者簡(jiǎn)介：何山（1974-），男，江蘇金壇人，新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授；張強(qiáng)（1976-），男，新疆和靜人，新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，副教授。（新疆 烏魯木齊 830049）

基金項(xiàng)目：本文系新疆自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012211A001）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）09-0066-02

電機(jī)學(xué)課程是電氣工程及其自動(dòng)化以及自動(dòng)化兩個(gè)專業(yè)學(xué)生的骨干必修基礎(chǔ)課程，也是傳統(tǒng)的“三電”課程（電路理論、電機(jī)學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)）之一，屬于典型的“攔路虎”課程。課程中的電磁場(chǎng)概念繁雜，電機(jī)的類型多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁場(chǎng)不可見，十分抽象。同時(shí)課程理論結(jié)合實(shí)際緊密，既有豐富的理論，又有大量實(shí)驗(yàn)，課后作業(yè)計(jì)算公式較多，多數(shù)學(xué)生對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的產(chǎn)生以及分析時(shí)的非線性、電機(jī)眾多部件的旋轉(zhuǎn)、電磁場(chǎng)的交變或者旋轉(zhuǎn)，缺乏想象思維，難以理解，而教師在課堂的講授上也存在一定的難度，[1]課后學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)時(shí)難度也較大。為克服這一困擾師生的老大難問(wèn)題，教學(xué)之余，課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)富有經(jīng)驗(yàn)的老教師帶領(lǐng)新同志，專門針對(duì)這一專題進(jìn)行了多次討論，教師在課堂上認(rèn)真講授的同時(shí)，總結(jié)了課堂外大家多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，分類得出了以下幾點(diǎn)做法，與大家共享。[2]

一、電機(jī)廠（變壓器廠）參觀實(shí)習(xí)

教師帶領(lǐng)學(xué)生去特變電工股份有限公司（新疆電機(jī)廠）參觀實(shí)習(xí)，現(xiàn)場(chǎng)觀察電機(jī)、變壓器的生產(chǎn)過(guò)程以及全套工藝流程。學(xué)生看到了套裁沖剪硅鋼片（小型電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯沖片可一次沖出），之后工人疊裝鐵芯，壓緊，制成定子鐵芯半成品；之后，熔融鋁水澆注籠形轉(zhuǎn)子，或者繞制繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組；最后，裝配軸承、端蓋等，完成電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的裝配。在加電測(cè)試前，還需使用兆歐表測(cè)量電機(jī)的絕緣性能，加電測(cè)試電機(jī)的電氣性能（轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩等），一臺(tái)臺(tái)電機(jī)就在工人師傅的手中誕生并旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。變壓器繞制繞組，總裝及加電測(cè)試等系列過(guò)程和電機(jī)類似，只是高壓測(cè)試與常規(guī)的電機(jī)有所不同（一般電機(jī)的電壓較變壓器高壓側(cè)低很多）；學(xué)生參觀了體型龐大的大型電力變壓器，認(rèn)識(shí)到鐵芯和繞組是電機(jī)和變壓器的主要共同結(jié)構(gòu)，還目睹了干式變壓器、電弧爐專用變壓器、巨大的變壓器絕緣子串等，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參觀，學(xué)生對(duì)于電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)以及附件等知識(shí)有了現(xiàn)場(chǎng)的較全面的感性認(rèn)識(shí)。

二、使用透明教具教學(xué)

使用多媒體課件教學(xué)，一些電機(jī)的flash課件可以動(dòng)態(tài)展示電機(jī)的結(jié)構(gòu)，但是畢竟不是真實(shí)的電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，還是不夠逼真。所以，在電機(jī)課程建設(shè)過(guò)程中，購(gòu)買了四種主要電機(jī)的透明教具模型（見圖1）。教具體積小，便于攜帶，在課堂及實(shí)驗(yàn)室，教師結(jié)合課程進(jìn)行演示操作，透明教具使電機(jī)的結(jié)構(gòu)一目了然，方便深刻認(rèn)識(shí)電機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及眾多部件。教師先給學(xué)生講解電機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理，而后學(xué)生觀看教具模型，對(duì)照授課內(nèi)容認(rèn)識(shí)電機(jī)的各個(gè)部件，理解運(yùn)行原理；接著教師指導(dǎo)學(xué)生給電機(jī)模型通電，電動(dòng)機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)可以發(fā)出電能，變壓器可以變換電壓正常運(yùn)行，點(diǎn)亮燈泡，這時(shí)有同學(xué)發(fā)問(wèn)：這樣的電機(jī)模型為何不能夠帶動(dòng)負(fù)載？教師抓住這一機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生思考：因?yàn)榻叹呤褂玫蔫F芯材料很少，外殼等很多結(jié)構(gòu)是有機(jī)玻璃材料，鐵芯用量少，磁通量低，繞組導(dǎo)線也很細(xì)（電流較小）。大家立刻意識(shí)到了電機(jī)在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，電流和磁場(chǎng)之間的相互作用始終是最重要的內(nèi)容。相比鋼鐵制成的沉重電機(jī)和變壓器實(shí)物而言，使用透明教具學(xué)習(xí)，過(guò)程直觀明了，學(xué)習(xí)知識(shí)直接方便，印象深刻，學(xué)生反映這種方式很好。

三、開展電機(jī)相關(guān)實(shí)踐

電機(jī)課程里講授了電機(jī)降壓起動(dòng)這一知識(shí)點(diǎn)，而課程實(shí)驗(yàn)里的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)是依靠變壓器變壓實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有實(shí)踐實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況。教師充分利用學(xué)生學(xué)期末的實(shí)踐環(huán)節(jié)，開設(shè)了異步電機(jī)低壓?jiǎn)?dòng)柜的安裝實(shí)訓(xùn)，根據(jù)學(xué)生自身學(xué)習(xí)的情況選擇制作安裝Y/Δ電機(jī)低壓起動(dòng)柜（見圖2），電機(jī)正反轉(zhuǎn)等電路，并連接電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。在這一過(guò)程中，學(xué)生還可以結(jié)合學(xué)習(xí)按鈕、斷路器、時(shí)間繼電器和互感器等具體器件的原理以及使用，熟悉檢測(cè)控制器件的原理和使用，進(jìn)行了實(shí)際操作。能夠分清主電路和控制回路，按照電工布線的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)接線，認(rèn)真布線，使用綁扎帶綁扎，基本做到布線橫平豎直，熟悉各個(gè)器件的安裝、調(diào)試和運(yùn)行。通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生明確了電機(jī)今后的實(shí)際使用場(chǎng)合和控制柜的原理以及設(shè)計(jì)制作過(guò)程，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，貼近實(shí)際，看著自己接線并調(diào)試好的起動(dòng)柜帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，學(xué)生也頗有成就感。[3]

四、進(jìn)行電機(jī)下線實(shí)習(xí)

針對(duì)民族班同學(xué)開展異步電動(dòng)機(jī)下線實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)過(guò)程大致分為：繞組設(shè)計(jì)計(jì)算、繞組繞線、電機(jī)下線、總裝及測(cè)試等幾個(gè)步驟。首先是對(duì)于電機(jī)的繞組進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。先據(jù)極對(duì)數(shù)、電機(jī)槽數(shù)等概念計(jì)算極相槽數(shù)、節(jié)距等數(shù)據(jù)；熟悉相帶劃分、繞組單層和雙層的概念、相繞組的連接關(guān)系。第二步制作繞線模，主要是使用繞線機(jī)繞制繞組；第三步，使用下線板、壓腳，在槽底和槽口分別放置絕緣紙，雙層繞組還需放置層間絕緣。然后后下線，槽楔塞在繞組上面，起固定作用。最后連接并檢查繞組連接順序是否正確。第四，上好端蓋以及軸承，使用兆歐表測(cè)量電機(jī)絕緣是否滿足，轉(zhuǎn)動(dòng)正常與否，加電測(cè)試。若電動(dòng)機(jī)下線較滿，槽滿率高，則電機(jī)旋轉(zhuǎn)正常，轉(zhuǎn)矩（功率）較大，反之，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，帶負(fù)載能力很低。當(dāng)電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)時(shí)，同學(xué)們會(huì)十分興奮，并因此留下深刻的印象。

五、發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)

火電廠和風(fēng)電場(chǎng)每年都會(huì)有發(fā)電機(jī)需大修和小修，其他類型的電機(jī)也偶有故障發(fā)生，教師利用新疆大學(xué)距離發(fā)電廠很近（學(xué)校附近兩公里就是紅雁池發(fā)電廠）的便利條件，深入大修現(xiàn)場(chǎng)，帶領(lǐng)學(xué)生在往屆老校友的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)拆解的大型汽輪發(fā)電機(jī)的各個(gè)部件，分清勵(lì)磁繞組、阻尼繞組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)子及其附屬部件；深刻了解勵(lì)磁（電壓）調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速（頻率）調(diào)節(jié)的重要性，同時(shí)還順便了解了發(fā)電廠的鍋爐運(yùn)行以及汽輪機(jī)運(yùn)行等相關(guān)知識(shí)，擴(kuò)展了知識(shí)面以及課程內(nèi)容，有助于學(xué)習(xí)“微機(jī)繼電保護(hù)”、“電力系統(tǒng)分析”等課程，學(xué)生感到受益匪淺。著名的達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)距離市區(qū)四十公里，利用節(jié)假日，學(xué)生在風(fēng)電場(chǎng)學(xué)習(xí)風(fēng)力發(fā)電知識(shí)，教師從事科研工作，共同擴(kuò)展了電機(jī)在書本上的內(nèi)容和使用范圍，飽覽了風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)光，開闊了眼界，拓展了思維。結(jié)合電廠各種電機(jī)的運(yùn)行狀況和操作崗位，一些同學(xué)深刻學(xué)習(xí)了電機(jī)及其相關(guān)知識(shí)，也熟悉和喜愛(ài)上了電廠這一工作環(huán)境，畢業(yè)后順利進(jìn)入各類型電廠 ，活躍在新疆自治區(qū)以及全國(guó)其他省區(qū)的電力行業(yè)部門。

六、教師科研融入教學(xué)

電磁場(chǎng)不可見，抽象難理解，教師充分利用與變壓器廠及風(fēng)電場(chǎng)的科研項(xiàng)目進(jìn)行研究，利用ANSYS、ANSOFT等軟件仿真電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)及部件的受力（見圖3），把結(jié)果制成PPT或動(dòng)畫文件，讓學(xué)生直觀看到磁力線穿越氣隙、鐵芯等材料的路徑，電機(jī)繞組、鐵芯中的溫度場(chǎng)分布；通過(guò)開設(shè)專題講座，講解達(dá)坂城風(fēng)電場(chǎng)使用的各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)。[4]列舉風(fēng)電場(chǎng)的大量發(fā)電機(jī)是異步發(fā)電機(jī)，結(jié)合課本，精講異步電機(jī)的回饋制動(dòng)：發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行于回饋制動(dòng)，發(fā)電的同時(shí)，從電網(wǎng)吸取無(wú)功電流勵(lì)磁，向電網(wǎng)輸出有功功率，因而需要增加電容器等進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，提高發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)。還有一些電機(jī)是永磁同步發(fā)電機(jī)，需要永磁體（釹鐵硼材料）提供勵(lì)磁磁場(chǎng)。我國(guó)是稀土原料的最大供應(yīng)地，開發(fā)稀土也需要珍惜資源，愛(ài)護(hù)環(huán)境等。通過(guò)講座，學(xué)生豁然開朗，明白了電機(jī)、電路等課程的相關(guān)性和重要性，今后還可使用MATLAB搭建電路，模擬仿真計(jì)算電機(jī)復(fù)雜的暫態(tài)過(guò)程，[5]了解了從事科研的基本過(guò)程，更加信心十足地學(xué)習(xí)電機(jī)知識(shí)。

七、搜集利用課外知識(shí)

教師要做教學(xué)的有心人，對(duì)工作細(xì)心加耐心也是不可少的。比如教師注意從網(wǎng)上下載收集最新的關(guān)于電機(jī)的小知識(shí)，例如三峽電廠的大型發(fā)電機(jī)，“嫦娥三號(hào)”上使用的特殊電機(jī)等，大家了解到三峽電廠使用的發(fā)電機(jī)還不是完全獨(dú)立設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，而是與其他國(guó)家聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，就認(rèn)識(shí)到我國(guó)大型發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)還有一些不足，電機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)含量較高，有一定的困難，需要向他國(guó)學(xué)習(xí)，開拓創(chuàng)新。最近新聞報(bào)道了東莞一家玩具廠生產(chǎn)出了世界上最小的直升機(jī)玩具，教師就啟發(fā)學(xué)生搜集玩具飛機(jī)所用電機(jī)的相關(guān)知識(shí)，還有軍事用途的其他電機(jī)等，學(xué)生很感興趣，反應(yīng)積極、踴躍，有的還專門就此內(nèi)容撰寫了調(diào)查報(bào)告；教師還帶領(lǐng)學(xué)生使用攝像機(jī)拍攝電機(jī)的拆裝過(guò)程，自制成錄像，上傳課程網(wǎng)站，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的同時(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

八、開展科技制作

大學(xué)生課外科技制作的很多內(nèi)容涉及到電機(jī)的控制應(yīng)用。為活躍學(xué)生課外生活，拓展思維，提高動(dòng)手能力，課程組教師帶領(lǐng)學(xué)生開展了循跡電動(dòng)小車制作，DSP電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)，PLC對(duì)生產(chǎn)線的控制實(shí)驗(yàn)及其他電機(jī)相關(guān)的科技制作，并開發(fā)了本課程的變頻器調(diào)速實(shí)驗(yàn)。部分學(xué)生參加了“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，獲得了西北賽區(qū)第二名的成績(jī)。

九、結(jié)語(yǔ)

以上幾方面，課程組教師在教學(xué)中靈活使用，出發(fā)點(diǎn)在于盡可能減小同學(xué)的學(xué)習(xí)難度和強(qiáng)度，力求深刻全面理解掌握課程的知識(shí)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，同學(xué)們反映：以上做法十分有利于幫助大家理解和體會(huì)難點(diǎn)，能明顯縮短學(xué)習(xí)時(shí)間，改善學(xué)習(xí)效果?？傊?，只要教師多用心開拓思路，多付出，把工作做細(xì)，從學(xué)生處著眼，俯下身子，踏實(shí)做事，就一定能夠想出許多實(shí)用的方法，幫助學(xué)生，真正發(fā)揮良師益友的角色作用。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王振華，張金霞.電機(jī)學(xué)課程教學(xué)改革探討[J]. 中國(guó)電力教育， 2013， （13）：60-61.