我国已进入坚强智能电网大规模发展和建设阶段，智能变电站是其中的关键环节，对于熟悉智能变电站运行的相关人才需求较为迫切。由于变电站在电网中的重要性和特殊性，要求工作人员在运行、检修、维护等多方面有较为丰富的理论知识和熟练的运行技能，在面对复杂的运行工况时能够及时做出正确决策、排除故障等。
作为以新时代电气类专业人才培养为目标的高水平大学，南京师范大学电气与自动化工程学院将联合共建单位南瑞集团有限公司，竭力打造若干个教学与科研并重型实物、半实物以及虚拟仿真实验室。作为教学辅助、科研培养的关键环节，面向电力系统主网的结构认知、理论深化、实践探讨与专业技能培训的智能变电站虚拟仿真实验将在短课时条件下高效、深入挖掘学生的专业知识素养与灵活应变能力。
本实验教学项目通过计算机、多媒体设备、三维仿真等近年来发展的新技术等，将实际变电站的设备、工况、操作、考核等通过计算机进行虚拟仿真，开发出智能变电站故障处理虚拟仿真实验，将变电站实际运维操作转化为在线虚拟现实，克服了变电站实验、实训中高压、大电流的人身安全问题及电力生产安全问题，极大节约了高校学生培训方面的资源成本，提高了学生认识、辨识与处理多种变电站故障的学习效率。
项目以智能变电站故障处理为切入点，串联变电站主接线、电气设备、倒闸操作、继电保护、自动装置等重要知识内容，将《供配电系统》、《电力系统分析》、《继电保护及二次回路》、《电力系统自动化》等课程有机、系统的联系起来，以实验预习、课堂实验、课后拓展三个环节全面响应实验课程的总体目标：以电力相关性专业知识贯穿学生在智能变电站故障预演、识别、判断、处理与操作反思，训练学生智能变电站故障认知、故障处理意识与故障处理手段的灵活性，达到培养学生自主学习能力和探究能力，实现学生工程实践能力和知识创新能力有机统一的实验目的，以产教融合协同育人的办学理念，为响应新时代智能电网的专业需求培养复合型电气专业类高水平人才提供支撑。
学生通过本实验项目的操作与练习，熟悉智能变电站构成、倒闸操作及故障处理方法，理解和掌握变电站运行方式、五防规则、操作票开出方法、变电站监控和保护功能原理。
（1）通过智能变电站三维场景巡游，全面了解智能变电站全局构成及一二次系统，掌握变电站各系统的基本结构和工作原理。
（2）通过倒闸操作，强化学生对变电站主要设备的认识和理解，验证电气五防要求，掌握倒闸操作票的开出方法，提高学生动手实践能力，巩固和强化基础理论知识。
（3）通过变电站故障处理，培养学生综合运用理论知识分析、解决问题的能力，培养学生创新意识和解决复杂工程问题的能力。
通过完成本实验，学生对智能变电站运行会有更加深入的认识，对后续的专业发展打下坚实的基础。由于本实验来源于真实变电站运行过程，使学生对实际变电站运行、控制有深切的体会，对就业及深造打下良好的基础；本实验的重点在于探索、研究、设计型的课堂实验部分，可锻炼学生独立解决问题的创新能力和动手操作解决问题的能力。
实验原理说明：
变电站是电力网络的节点，主要起到变换电压等级的作用，同时还担负着连接线路，汇集电流，控制电流流向，分配电能和提离电能质量等功能。智能变电站是我国坚强智能电网的重要组成部分。
智能变电站使用了站内信息分层的概念，无论是从逻辑概念上还是从物理概念上，都将变电站自动化系统分成3个层次，即站控层、间隔层和过程层。站控层主要包含监控主机、操作员工作站、远动工作站、工程师工作站、GPS对时装置等，用于实时监控管理整个变电站。间隔层包括继电保护装置、测控装置等二次设备，主要负责汇总本间隔过程层实时数据信息，实现间隔的保护、测控和间隔闭锁等功能。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、互感器等一次设备及它们所属的智能组件，主要负责模拟量采集、开关量输入输出和操作控制命令发送等与一次设备相关的功能。
本实验项目以我国实际某1000kV智能变电站为原型，为学生提供高度真实化的智能变电站运行虚拟仿真环境：
利用计算机3维仿真技术，真实再现实际变电站一次设备、二次设备的外观及操作功能，提供3维场景漫游和3维场景交互等功能，为学生提供身临其境的体验。
利用电力系统数字仿真技术，基于实际电力系统数据，构建变电站及外部电力系统模型，能够精确仿真变电站运行及故障状态。
利用共建单位南瑞集团提供的智能变电站监控、保护技术构建智能变电站监控、保护仿真系统。
以线路保护为例，项目中完全再现南瑞集团PCS-931、PCS925等保护装置的动作逻辑，实现差动保护功能，实现重合闸功能。
知识点：共 6 个
(1) 智能变电站一、二次设备：熟悉智能变电站的典型一次设备——变压器、母线、GIS、断路器、隔离开关、互感器等，以及典型二次设备——测控装置、微机保护装置等；
(2) 变电站主接线方式：对变电站常用主接线形式熟练掌握，并具有看图、识图、设计主接线图的相关能力；掌握3/2主接线的特点及优势；
(3) 电气五防与倒闸操作：掌握电气五防规则及其机理，倒闸操作的基本原则与操作规范；熟练掌握设备运行转热备用、热备用转冷备用、冷备用转检修，检修转冷备用、冷备用转热备用、热备用转运行的操作方法与步骤；
(4) 电力系统故障分析：掌握电力系统故障类型、故障原因，故障电气量的分析方法和电气量的特征；
(5) 继电保护及自动装置原理：掌握主保护、后备保护，差动保护、距离保护、零序保护，自动重合闸等知识概念及工作原理，掌握根据告警信息、保护屏信息确定设备动作类型及原因的分析方法
(6) 变电站故障辨识与处理：根据线路故障、母线故障与主变故障相对应的主要现象，掌握综合分析故障类型与故障产生原因并进行处理的方法。
实验方法描述：
在浏览器中打开本实验项目网址http://lab19_dzy_jwc.nnu.edu.cn，进入登录界面。
登录系统后，进入系统主界面，选择相应功能，按提示进行学习和实验。
项目有三维一次场景、三维二次场景、二维监控系统三种主要界面，通过鼠标、键盘等方式实现人机互动。在预习环节厂站漫游实验中，学生进入三维场景，通过观察和点击对象，熟悉变电站构成和设备。在倒闸操作实验中，在监控系统上点击开关，通过监控系统图形及数据显示以及一次场景显示，确定开关状态，在二次场景中点击保护屏压板、电源开关等，完成倒闸操作。在故障处理实验中，通过监控系统声、光、告警等现象发现故障，结合一次、二次场景，自主识别、分析、探究和判断故障，形成分析报告，然后根据分析结论，通过倒闸操作，完成故障处理；最后再总结人工故障辨识过程，完成故障智能辨识设计。
学生交互性操作步骤说明：
1）步骤1-3为倒闸操作实验部分：
步骤1：倒闸操作演示实验
学生通过互动式演示实验，学习倒闸操作基本规则、步骤。
学生根据倒闸操作任务“5071断路器运行转检修及检修转运行”，按照页面提示，通过点击开关等一系列互动操作，逐步完成演示实验任务。
步骤2：典型倒闸操作练习
学生根据操作任务，基于倒闸操作的基本规则，完成倒闸操作任务。
学生根据演示实验中学习的规则和操作方法，完成各任务中设备运行转热备用、热备用转冷备用、冷备用转检修，检修转冷备用、冷备用转热备用、热备用转运行等一系列倒闸操作过程。
步骤3：探究倒闸基本规则、步骤的原理
基于问题，学生通过设置误操作、故障等方法，研究倒闸操作基本规则、步骤背后的机理。
比如，针对问题1，学生可以设置110kV侧隔离开关带负荷拉闸，在一次场地中可以发现隔离开关出现拉弧，并引发相间短路故障。
2）步骤4-11为线路故障处理实验部分：
步骤4：出现事故告警，检查监控信息
学生进入监控界面，检查监控信息及告警信息，并填入实验记录表。
学生需要逐一记录监控主界面、告警窗、间隔分图中的故障现象，便于后续故障分析。
点击监控主界面告警信息，进入告警窗查看。
点击故障线路名称，进入间隔分图查看间隔故障信息。
步骤5：检查保护屏柜
学生进入保护小室，检查保护屏柜指示灯显示，与监控核对，并填入实验记录表。
学生在监控界面点击进入继保小室，找到对应线路保护屏柜和断路器保护屏柜，逐一记录保护屏中的故障信息。
步骤6：故障现象分析及验证
学生根据步骤4、5中的信息，依据系统提示，逐步完成故障分析，形成故障分析报告；学生可以通过设置故障，探究故障现象，检验、修正报告结论。
学生根据实验记录表中的记录的实验数据，按照系统提示逐步进行故障分析，完成故障辨识。
分析完成后，学生可以根据自己的结论进行故障设置，检查故障现象是否与之前的结果相对应，从而校核、修正自己的分析结论。
步骤7：隔离故障点
学生根据分析结果，采取合适措施，隔离故障点。
学生需要综合故障分析结果及倒闸操作规则，完成一系列操作进行故障隔离。
步骤8：完善二次设备状态
学生根据隔离措施，完善二次设备状态。
学生进入继保小室，在线路保护屏及断路器保护屏中，对保护压板进行投入或退出，从而保证二次设备状态与一次设备状态相匹配。
步骤9：准备送电操作票
学生填写送电操作票，为恢复送电做好准备。
学生利用系统中提供的开票程序，为需恢复运行的线路制定合适的操作步骤。
步骤10：恢复送电
接到恢复送电指令后，学生依据操作票，完成送电操作。
根据步骤9中操作票的操作顺序，按照倒闸操作规则逐步完成恢复送电，完成该故障处理。
步骤11：进入下一故障处理
进入下一故障，同步骤4-10的处理过程。
3）步骤12：故障智能辨识设计实验部分
学生根据人工故障辨识过程，设计故障智能辨识逻辑。
学生总结归纳实验中进行故障辨识的逻辑过程，在页面提供的故障逻辑表中设定逻辑值，设计各故障所对应的智能辨识逻辑。