（1）专业与年级要求

本虚拟仿真实验课程面向电气工程或者轨道交通方向的工科类专业，具体专业可以为交通运输专业、电气工程专业、轨道交通信号与控制专业、自动化专业、交通工程专业等。学生为相关专业大三年级本科生或一年级研究生。

（2）基本知识和能力要求

具备从事工程工作所需相关的数学、自然科学、经济学知识及相关的计算能力，具备宽厚的电力系统方面的理论知识，了解高铁与城市轨道车辆的发展现状及对现有电网的影响。掌握高铁与城市轨道车辆工程的基础理论及技术，具有电力系统的基本理论基础，且具有较强的实践能力和对基本问题的分析判断能力。具有浓厚的科研兴趣和基本的计算机操作基础。

（3）实验注意事项

本实验为综合设计型课程实验，具有较强的高阶性、创新性和挑战度。

首先学生通过“实验预习”功能自主学习，充分预习实验内容，利用系统提供的“理论知识”、“装置知识”熟悉变电站一二次设备及基本运行工作原理，在“厂站漫游”实验环节中进一步巩固所学知识，并熟悉基本实验操作方法。“厂站漫游”以实际牵引变电所的宏大场景，提供了一种情境体验式实验环境，使学生如临其境，有效地丰富学生的感性认识，充分激发学生的学习兴趣，从被动式学习向主动式学习翻转。

其次，实验项目提供基于牵引供电系统故障案例的情境体验式实验环境，以互动式、探究式为主要教学方法，引导学生逐步完成故障分析，保护整定等任务，其间学生可以通过不同位置设置故障，探究故障现象，通过保护装置动作值的整定，加深对保护整定原理的理解。

最后，该实验项目是从认知到验证再到故障设计的研究型实验，从浅入胜，逐步深化，引导学生去研究、去探索，培养学生的创新开发意识及能力。

中国已经建成世界上最大的高速铁路网，高铁已成为中国一张靓丽的名片。现代化的轨道交通，具有运载能力大、运行速度快、运行时间准确等特点，已成为解决城市交通问题的有效途径。发展轨道交通专业，实验资源的建设是提升学科专业水平，提高人才培养质量的重要手段。目前，高速铁路和城市轨道交通专业实验教学和实践培训存在如下问题：高速铁路牵引供电系统电压等级很高，真实平台设备价格高昂，而且真实实验具有极高的危险性，存在不可逆、不可及的操作，不适宜进行实验室教学；电力网对系统的安全可靠性要求非常高，任何不当操作危急整个电力系统的安全稳定，甚至造成系统崩溃，不允许利用电网做任何在线实验。对涉及极端的环境、不可控天气条件的运行状况难以实现真实的教学和研究。另外由于一次输电设备的高昂造价以及场地成本，高校难以建立一、二次设备较为完善的牵引供电系统实验。

本虚拟仿真实验模拟高速铁路牵引供电系统，基于实际牵引供电系统数据，利用数字仿真技术，将线下高危、昂贵的实物通过虚拟现实搬至线上，结合实际工程应用高度真实还原了高速铁路牵引变电所的实际环境，可以有效解决上述传统实验教学的难题。

为形象直观地展示牵引供电系统继电保护方面的知识，本项目团队遵循以下设计原则：

（1）基于翻转课堂的实验教学：将基于网络的远程虚拟仿真实验教学和基于翻转课堂的引导式、开放式教学相结合，改变教师传统的灌输式教学，强调“以学生为中心”的实验教学理念，激发学生的实验兴趣，提高学生的实验能力。

（2）情景式实验教学：通过三维立体场景漫游和三维场景互动，让学生置身于虚拟场景中，身临其境，可以调动学生学习积极性。

（3）参与式实验教学：通过对牵引供电系统电分相和变压器失压动漫演示，让学生观察实际系统典型动作特征；

（4）探究性实验教学：通过对变压器、牵引供电线路不同故障位置的设置，探究在不同位置发生故障，线路的电压、电流变化情况以及不同故障下，哪些保护装置动作，保护装置如何动作，保护装置动作前后供电系统的运行情况等。从而加深对继电保护知识的理解，培养学生的自主创新能力。

（5）基于互联网＋的能力式实验教学：以信息技术与传统实验教学深度融合的虚拟仿真实验，利用互联网＋技术大幅提高了知识内容的受众规模，拓展了学学习资源和空间，丰富了学生学习模式；由情景实验，到参与式实验再到探究性实验，逐步深入，由验证理论向综合应用、研究设计和创新开伸，循序渐进，因材施教，并实现过程化考核自动评分，满足互联网环境下不同能力层次学生的学习需求及能力培养。实现线上教学相结合的共享化、个性化、智能化的实验教学新模式。

本实验是通过三维虚拟仿真的形式让学生学习认识高速铁路供电系统的构成及其各构成元件的基本组成。通过三维实景虚拟仿真，实时的呈现出各种情况下，电网的运行特性及相关继电保护装置动作过程及动作前后电网的运行特征。较传统的理论分析，更便于学生理解，同时，对激发学生的科研兴趣也能产生很大的作用。

（1）通过三维场景巡游了解高速铁路供电系统的构成及其各构成元件的基本组成。通过动漫展示，加深学生对高速铁路牵引供电系统特殊情况的理解。

（2）通过对牵引变压器差动保护的整定计算，掌握变压器差动保护的原理，保护动作过程及保护动作前后系统状态。加深学生对变压器差动保护的理解。培养学生理论联系实际，综合运用理论知识分析、解决实际工程问题的能力。

（3）通过牵引线路电流速断保护和自适应三段距离保护实验环节，加深学生对电流保护和距离保护的理解，引导学生在解决实际问题过程中探索科学规律，培养学生创新意识和创新能力。

通过完成本实验，学生对高速铁路牵引变电所运行相关知识理论会有更加深入的认识，为后续的专业发展打下坚实的基础。

本实验采用任务驱动式教学方法，学生开展实验的过程，就是完成任务的过程，学生完成任务的质量是实验成绩评定的主要依据。

根据系统评价指标，对实验进行过程性考核，根据系统记录的预习情况、操作运行情况、基础知识考核情况、分析报告，综合评定学生成绩，培养学生自主学习的意识和习惯。

点击实验系统中的“试验考核模块”按钮，进入考核界面。然后再点击相应的模块，进入相应模块的考核。整个考核采用倒计时的方式，学生考核结束，没有达到计时时间，学生可以选择点击提交按钮结束考核；达到设定考核时间后，系统自动结束学生的考核过程。考核结束后，系统出具考核报告及考核成绩。

整个考核过程包括四部分内容，采用倒计时的方式。其中基础知识考核共10题，可以通过右侧的按钮直接选择题目编号进行答题，答题结束后直接跳到下一题。具体模块考核包括：

步骤1：变压器纵差保护实验考核。

步骤2：牵引线路电流速断保护实验考核。

步骤3：自适应三段式保护考核。

上述步骤1-步骤3采用相同的考核方式，包括实验过程考核，与实验内容相对应的知识点考核，每项考核结束会有针对本项的考核报告，全部考核结束后，系统会给出最终考核成绩。