運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體及網(wǎng)絡(luò)通信等計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力仿真領(lǐng)域，仿真培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)和作用日益凸顯。介紹了國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司管理培訓(xùn)中心運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)的體系架構(gòu)、主要功能以及在培訓(xùn)和教學(xué)中的應(yīng)用。此系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的變電站仿真與電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)著眼于“大檢修”體系建設(shè)，功能與特點(diǎn)能夠更好地滿足“大檢修”體系下運(yùn)維一體化人員的培訓(xùn)需求。

關(guān)鍵詞：大檢修；運(yùn)維一體化；仿真培訓(xùn)

中圖分類號(hào)：G726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）12-0166-03

為適應(yīng)電網(wǎng)日新月異的發(fā)展，加快建設(shè)“一強(qiáng)三優(yōu)”現(xiàn)代公司，國(guó)家電網(wǎng)公司不斷深化“三集五大”體系建設(shè)。[1]“大檢修”作為“五大”體系建設(shè)中的重要組成部分，關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，意義十分重要。按照國(guó)家電網(wǎng)公司“大檢修”體系建設(shè)的思路和要求，將強(qiáng)化設(shè)備全壽命周期管理，實(shí)施檢修專業(yè)化和運(yùn)維一體化，全面深化狀態(tài)檢修，建立按電壓等級(jí)由各級(jí)檢修公司（工區(qū)）承擔(dān)電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維檢修任務(wù)的生產(chǎn)體系，提升生產(chǎn)效率、效益，提高供電可靠性。“大檢修”體系建設(shè)及運(yùn)維一體化的實(shí)施[2]不僅改變了運(yùn)行和檢修專業(yè)的傳統(tǒng)工作模式與流程，而且要求運(yùn)維檢修人員既要具備輸變電設(shè)備維護(hù)檢修能力，又要掌握系統(tǒng)運(yùn)行方式及電氣設(shè)備狀態(tài)的操作方法，對(duì)其在專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)技術(shù)能力方面都提出了更高的要求。因此，大力開展崗位技術(shù)培訓(xùn)，培養(yǎng)“一專多能、一崗多能”的運(yùn)維檢修人員，為“大檢修”體系建設(shè)及運(yùn)維一體化的實(shí)施提供必要的人才支持顯得尤為重要和迫切。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，仿真培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)和作用日益明顯，并已成為一種有效的培訓(xùn)手段，[3，4]越來(lái)越受到各電力公司的青睞。但是在國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”改革的背景下，傳統(tǒng)的在變電運(yùn)行人員培訓(xùn)中收到良好效果的仿真系統(tǒng)——變電站仿真、變電站綜合自動(dòng)化仿真以及電網(wǎng)仿真等[5]已經(jīng)無(wú)法完全滿足“大檢修”體系下運(yùn)維檢修人員的培訓(xùn)需求。而本文介紹的運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)針對(duì)運(yùn)維檢修人員工作特點(diǎn)及崗位技能要求，對(duì)輸電線路、變電站、配電站及配電線路、設(shè)備檢修過(guò)程進(jìn)行全場(chǎng)景仿真，并采用標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程設(shè)計(jì)，有助于培訓(xùn)學(xué)員掌握工作技能、提高技術(shù)水平、規(guī)范作業(yè)流程，滿足“大檢修”體系下運(yùn)維檢修人員的培訓(xùn)需要。

一、系統(tǒng)構(gòu)成

1.軟件架構(gòu)

運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是根據(jù)運(yùn)維人員技能水平要求和崗位培訓(xùn)需要，綜合采用虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體等計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的一個(gè)先進(jìn)的數(shù)字化、可視化的交互式仿真培訓(xùn)平臺(tái)。其軟件系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部分組成：數(shù)字化電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)（EAM）及三維GIS系統(tǒng)，變電運(yùn)維、輸電運(yùn)檢、配電運(yùn)維及專業(yè)檢修四個(gè)仿真子系統(tǒng)，培訓(xùn)管理系統(tǒng)和仿真支撐平臺(tái)。各子系統(tǒng)通過(guò)交互式、分布式仿真軟件支撐平臺(tái)有機(jī)地結(jié)合在一起，解決了分布式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的互操作性、分布性、異構(gòu)性以及時(shí)空一致性問(wèn)題。系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖1所示。

2.硬件架構(gòu)

硬件系統(tǒng)包括仿真服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、教員臺(tái)、變電運(yùn)維中心學(xué)員臺(tái)、輸電運(yùn)檢中心學(xué)員臺(tái)、配電運(yùn)維中心學(xué)員臺(tái)、專業(yè)檢修中心學(xué)員臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)輔助設(shè)備等。運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用對(duì)等結(jié)構(gòu)，教員臺(tái)和學(xué)員臺(tái)可以相互替換，通過(guò)屏幕分配器可將教員機(jī)、學(xué)員機(jī)中任意一臺(tái)切換至投影儀顯示，方便進(jìn)行教學(xué)演示、競(jìng)賽考評(píng)。同時(shí)為了能夠讓系統(tǒng)在使用上更加方便、靈活，功能上易于擴(kuò)展、升級(jí)，采用了一機(jī)多模的工作方式，教員臺(tái)、學(xué)員臺(tái)上均可實(shí)現(xiàn)所有仿真培訓(xùn)功能，各個(gè)計(jì)算機(jī)可以互相替代，一臺(tái)或幾臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障不會(huì)影響整個(gè)仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖2所示。

二、主要功能及特點(diǎn)

運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)根據(jù)國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司所轄電網(wǎng)的生產(chǎn)實(shí)際與設(shè)備現(xiàn)狀，將變電運(yùn)維仿真培訓(xùn)功能、輸電運(yùn)檢仿真培訓(xùn)功能、配電運(yùn)維仿真培訓(xùn)功能以及設(shè)備檢修仿真培訓(xùn)功能進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，并與數(shù)字化電網(wǎng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、三維GIS系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)、管理的全過(guò)程、全范圍、全場(chǎng)景的仿真培訓(xùn)，滿足“大檢修”體系下國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司運(yùn)維檢修人員的技能與技術(shù)培訓(xùn)需求。主要功能、適用范圍及對(duì)象如表1所示。

1.變電運(yùn)維仿真培訓(xùn)功能

在“大檢修”體系下，變電運(yùn)維人員不僅承擔(dān)了原變電運(yùn)行業(yè)務(wù)，還要負(fù)責(zé)變電設(shè)備的帶電測(cè)試、維護(hù)檢修等工作。因此，該子系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)變電站仿真系統(tǒng)所具有的一二次設(shè)備建模仿真、倒閘操作、運(yùn)行巡檢、事故及異常處理等功能外，還增加了設(shè)備的C、D類檢修、常規(guī)試驗(yàn)、安全工器具使用等仿真培訓(xùn)功能。新增仿真培訓(xùn)功能很好地適應(yīng)了變電運(yùn)維人員工作模式的轉(zhuǎn)變，使培訓(xùn)更加具有針對(duì)性。變電運(yùn)行及變電運(yùn)維三維仿真場(chǎng)景如圖3所示。

2.輸電運(yùn)檢仿真培訓(xùn)功能

該子系統(tǒng)對(duì)典型500kV、220kV、110kV輸電線路、輸電電纜等進(jìn)行仿真建模，對(duì)鐵塔、導(dǎo)線、金具、絕緣子等各種輸電設(shè)備、線路場(chǎng)景、地理環(huán)境以及檢測(cè)工具設(shè)備等進(jìn)行全范圍詳細(xì)仿真，形成了交互式虛擬場(chǎng)景系統(tǒng)，可以形象地反映出輸電設(shè)備的正常、異常及事故狀態(tài)。輸電線路運(yùn)行人員、檢修人員、帶電作業(yè)人員以及輸電電纜作業(yè)人員可以在相應(yīng)的仿真工作場(chǎng)景中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)訓(xùn)練，提高受訓(xùn)人員操作技能。輸電運(yùn)檢三維仿真場(chǎng)景如圖4所示。

3.配電運(yùn)維仿真培訓(xùn)功能

該子系統(tǒng)以10kV及以下城市配電網(wǎng)、配電線路、配電站、配電電纜為對(duì)象進(jìn)行1∶1建模仿真。其中配電站仿真包括各類典型配電站仿真（如開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)站、箱式變電站等）以及各種可操作的一二次設(shè)備的仿真（如變電所內(nèi)斷路器、閘刀、變壓器、繼電保護(hù)裝置等）。配電線路仿真包括典型架空線路、電纜線路的仿真以及桿上變壓器、閘刀、跌落保險(xiǎn)、避雷器等一次設(shè)備的仿真。利用配電運(yùn)維仿真功能可以對(duì)受訓(xùn)人員進(jìn)行配電線路運(yùn)行巡視、配電檢修、配電帶電作業(yè)、配電電纜作業(yè)等全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真培訓(xùn)。配電運(yùn)維三維仿真場(chǎng)景如圖5所示。

4.專業(yè)檢修仿真培訓(xùn)功能

該子系統(tǒng)以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV電壓等級(jí)的變電站典型設(shè)備、輔助設(shè)備以及儀器儀表等設(shè)備為仿真對(duì)象，對(duì)其整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)仿真。以專業(yè)檢修（A/B級(jí)）和高壓試驗(yàn)崗位技能為基礎(chǔ)，以實(shí)際生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)化工作流程為依據(jù)，對(duì)各項(xiàng)檢修以及高壓試驗(yàn)工作進(jìn)行全場(chǎng)景、全過(guò)程和全范圍仿真模擬?？梢詫?shí)現(xiàn)專業(yè)檢修和高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)理論與基本方法、工作原理、工作流程及工藝標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容的仿真培訓(xùn)。專業(yè)檢修三維仿真場(chǎng)景如圖6所示。

5.系統(tǒng)主要特點(diǎn)

運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)上主要具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念先進(jìn)。運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)著眼于“大檢修”體系建設(shè)，改變了傳統(tǒng)變電站仿真系統(tǒng)功能相對(duì)單一的設(shè)計(jì)，增加了變電運(yùn)維、輸電運(yùn)檢、配電運(yùn)維、專業(yè)檢修的仿真設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)在培訓(xùn)功能及適用性上具有領(lǐng)先水平。系統(tǒng)大量運(yùn)用3D可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)等先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，把文字、圖形、圖像、聲音、動(dòng)畫、影像等多種素材進(jìn)行集成，加之對(duì)作業(yè)流程的全方位、全過(guò)程、全場(chǎng)景的仿真，使系統(tǒng)具有更加豐富的表現(xiàn)力。良好的交互性、可操作性以及沉浸式、體驗(yàn)式的培訓(xùn)方式可以進(jìn)一步強(qiáng)化受訓(xùn)人員對(duì)知識(shí)與技能的理解和掌握，提升培訓(xùn)效果。

（2）培訓(xùn)功能針對(duì)性強(qiáng)。相較于其他傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)功能的設(shè)置上更加具有針對(duì)性和適用性。根據(jù)“大檢修”體系下運(yùn)維檢修人員的工作特點(diǎn)和崗位技能要求而設(shè)計(jì)的變電運(yùn)維、輸電運(yùn)檢、配電運(yùn)維、專業(yè)檢修四類仿真培訓(xùn)功能，使系統(tǒng)更加適應(yīng)電力生產(chǎn)發(fā)展的新形勢(shì)，更好地滿足運(yùn)維檢修人員技術(shù)與技能培訓(xùn)的需要。同時(shí)系統(tǒng)采用單元制培訓(xùn)內(nèi)容管理模式，可以根據(jù)學(xué)員自身的專業(yè)和崗位情況，提供定制的培訓(xùn)方案，進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)，提高培訓(xùn)效率。

（3）培訓(xùn)模式新穎靈活。傳統(tǒng)的培訓(xùn)模式忽視了成年人學(xué)習(xí)的固有規(guī)律，沒(méi)有把理論與實(shí)際生產(chǎn)生動(dòng)形象的結(jié)合起來(lái)，從而導(dǎo)致最后的培訓(xùn)效果不能令人滿意。運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)采用過(guò)關(guān)、對(duì)抗、自助餐式培訓(xùn)模式，學(xué)員可以自行選擇培訓(xùn)內(nèi)容，并以完成任務(wù)的方式，進(jìn)入三維再現(xiàn)的實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景中，進(jìn)行相應(yīng)的操作，然后系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)員操作內(nèi)容進(jìn)行考核。這種培訓(xùn)模式可以加深學(xué)員對(duì)理論及正確操作的理解認(rèn)識(shí)，從而達(dá)到最佳的培訓(xùn)效果。

三、仿真系統(tǒng)的培訓(xùn)應(yīng)用

1.運(yùn)維檢修人員培訓(xùn)

運(yùn)維檢修隊(duì)伍的技術(shù)水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、保證“大檢修”體系建設(shè)順利實(shí)施的關(guān)鍵。運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的主要任務(wù)是開展對(duì)一線運(yùn)維檢修人員及相關(guān)管理人員的安全生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)以及事故分析處理等培訓(xùn)，使其提高安全生產(chǎn)意識(shí)，熟悉設(shè)備情況及業(yè)務(wù)流程，掌握正常工況、異常工況和事故狀態(tài)下的操作與處理方法。貼近生產(chǎn)實(shí)際的培訓(xùn)內(nèi)容以及有針對(duì)性的培訓(xùn)功能設(shè)置有助于全面提高運(yùn)維檢修人員的技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)。

2.競(jìng)賽比武與技能鑒定

運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)具有一整套智能考核評(píng)價(jià)體系以及覆蓋全面、內(nèi)容豐富的理論和操作題庫(kù)，可以對(duì)學(xué)員進(jìn)行理論知識(shí)、技能操作和事故處理等方面的考核，并且全面科學(xué)地記錄學(xué)員答題和操作的內(nèi)容、過(guò)程、步驟等，準(zhǔn)確、及時(shí)、科學(xué)、公正地給出評(píng)判結(jié)果。完善的考核管理與評(píng)估管理體系使該系統(tǒng)完全滿足對(duì)運(yùn)維檢修人員進(jìn)行考核的要求，適用于開展運(yùn)維檢修人員技能競(jìng)賽比武及職業(yè)技能鑒定等工作。

3.其他人員的培訓(xùn)

隨著“大運(yùn)行”體系建設(shè)以及無(wú)人值班變電站比例的不斷提高，監(jiān)控人員在變電站值班的機(jī)會(huì)將越來(lái)越少。變電站值班經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致部分監(jiān)控人員對(duì)站內(nèi)設(shè)備具體情況不甚了解。因此，在變電站內(nèi)一二次設(shè)備的特性及運(yùn)行特點(diǎn)、繼電保護(hù)原理、故障及異常信號(hào)產(chǎn)生和上傳原理等內(nèi)容上，監(jiān)控人員是存在培訓(xùn)需求的。運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)變電站一二設(shè)備的精細(xì)仿真，形象地反映設(shè)備的正常、異常、事故狀態(tài)及其動(dòng)作過(guò)程，恰好滿足監(jiān)控人員對(duì)該部分專業(yè)知識(shí)提升的需要，可以作為監(jiān)控人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)的有效補(bǔ)充，提高其技術(shù)水平與工作能力。同時(shí)系統(tǒng)還可用于新上崗人員的崗前培訓(xùn)，使其提高安全生產(chǎn)意識(shí)，在較短的時(shí)間內(nèi)熟悉并掌握日常工作的內(nèi)容、流程及基本技能。

四、仿真系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用

運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)是開展培訓(xùn)的有效載體和良好平臺(tái)，同時(shí)先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及完善豐富的培訓(xùn)功能也對(duì)培訓(xùn)師的業(yè)務(wù)能力提出了更高的要求。打造一支結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)驗(yàn)豐富，既有深厚理論功底，又對(duì)仿真技術(shù)有所研究的培訓(xùn)師隊(duì)伍，是運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)培訓(xùn)功能能否得到充分發(fā)揮，培訓(xùn)效果能否實(shí)現(xiàn)最大化的關(guān)鍵。國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司管理培訓(xùn)中心調(diào)動(dòng)內(nèi)部師資力量進(jìn)行仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)、研究，并成立創(chuàng)新工作室，打造一支由老中青相結(jié)合，跨部門、跨專業(yè)的高績(jī)效團(tuán)隊(duì)，全程參與運(yùn)維一體化仿真系統(tǒng)的開發(fā)、建設(shè)、使用及維護(hù)。在創(chuàng)新工作室的平臺(tái)上，通過(guò)激勵(lì)機(jī)制引導(dǎo)培訓(xùn)師在仿真技術(shù)研究、仿真課程開發(fā)、仿真課件制作、仿真教材編寫等方面下功夫，拓展了仿真系統(tǒng)的思路，豐富了仿真培訓(xùn)內(nèi)容，高效能地發(fā)揮了仿真系統(tǒng)的作用，提升了培訓(xùn)效果，促進(jìn)了師資隊(duì)伍建設(shè)。

五、結(jié)論

運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)相較傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)在培訓(xùn)功能、培訓(xùn)模式上都有所創(chuàng)新和突破。變電運(yùn)維、輸電運(yùn)檢、配電運(yùn)檢及專業(yè)檢修的培訓(xùn)功能更加具有針對(duì)性，更加貼近運(yùn)維檢修人員的工作實(shí)際，滿足“大檢修”體系對(duì)培養(yǎng)“一專多能、一崗多能”運(yùn)維檢修人員的迫切需求。運(yùn)維一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在培訓(xùn)及教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，有助于提高運(yùn)維檢修人員的技術(shù)水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)，為“大檢修”體系建設(shè)提供必要的人才支持。

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（責(zé)任編輯：孫晴）