高低壓供配電系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)裝備的研制

胡永勝

摘 要：本文針對(duì)高低壓供配電系統(tǒng)操作維護(hù)訓(xùn)練中缺少實(shí)裝的實(shí)際需求，綜合采用虛擬現(xiàn)實(shí)、信息采集、人機(jī)交互和硬件仿真等技術(shù)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，研制了一套高低壓供配電系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)裝備，實(shí)現(xiàn)了高低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行原理仿真演示、模擬供配電系統(tǒng)供電模式轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)常見故障，并通過信息管理平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)供配電系統(tǒng)故障狀態(tài)，為高低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行試驗(yàn)、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、故障排除等電工技能訓(xùn)練與鑒定考核提供支撐。

關(guān)鍵詞：供配電系統(tǒng)；綜合實(shí)訓(xùn)裝備；技能培養(yǎng)；教學(xué)訓(xùn)練

一、研究背景

高低壓供配電系統(tǒng)是城市電網(wǎng)的核心組成部分，其操作與維護(hù)能力是電工高級(jí)工與技師專業(yè)技能形成的重要基礎(chǔ)，但該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，集成度高，設(shè)備造價(jià)昂貴，而用于企業(yè)專項(xiàng)訓(xùn)練和職業(yè)院校教學(xué)訓(xùn)練的模擬訓(xùn)練裝備和虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)比較缺乏。同時(shí)，從事日常電氣設(shè)備維護(hù)的人員一般對(duì)高低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行原理比較陌生，難以形成較強(qiáng)的高低壓供配電系統(tǒng)操作維護(hù)與故障排除技能。為解決電工培訓(xùn)學(xué)生在高低壓供配電系統(tǒng)操作維護(hù)教學(xué)訓(xùn)練中的難點(diǎn)問題，改善教學(xué)訓(xùn)練保障條件，實(shí)現(xiàn)高低壓供配電系統(tǒng)“教學(xué)做”一體化，提高學(xué)生的實(shí)裝化操作維護(hù)技能，研制了一套貼緊工作實(shí)際的高低壓供配電系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)裝備。

該項(xiàng)目完成后，不僅用于電工培訓(xùn)學(xué)生的理論教學(xué)，填補(bǔ)高低壓供配電設(shè)備教學(xué)內(nèi)容的不足，增強(qiáng)教學(xué)的針對(duì)性、直觀性；還能夠解決學(xué)生技能訓(xùn)練的現(xiàn)實(shí)需求，節(jié)約訓(xùn)練成本，提高訓(xùn)練效益，推動(dòng)學(xué)生技能訓(xùn)練從設(shè)備的操作維護(hù)向故障分析、設(shè)備維修的層次發(fā)展，彌補(bǔ)高低壓供配電設(shè)備維護(hù)實(shí)訓(xùn)條件的不足。

二、主要研究?jī)?nèi)容

該綜合實(shí)訓(xùn)裝備主要由高低壓配電模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、高低壓配電柜故障排除實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、供配電三維虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)三部分組成。

其中：高低壓配電模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要包括高壓進(jìn)線柜、高壓出線柜、低壓進(jìn)線柜、雙電源切換柜、低壓出線柜、無功功率補(bǔ)償柜和母聯(lián)柜等共計(jì)7個(gè)模擬訓(xùn)練裝置，實(shí)現(xiàn)了高低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行原理仿真演示。

高低壓配電柜故障排除實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)上面高壓進(jìn)線柜、高壓出線柜、低壓進(jìn)線柜、雙電源切換柜、低壓出線柜、無功功率補(bǔ)償柜和母聯(lián)柜模擬訓(xùn)練裝置分別配備1個(gè)故障排除柜，用于模擬供配電系統(tǒng)供電模式轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)常見故障，并通過信息管理平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)供配電系統(tǒng)故障狀態(tài)。

供配電三維虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)主要包括供配電系統(tǒng)簡(jiǎn)介、外部線路漫游、供配電設(shè)備講解、故障排除訓(xùn)練四個(gè)模塊。用于實(shí)現(xiàn)虛擬操作與模擬裝備的無縫連接，即在虛擬軟件中能夠隨機(jī)設(shè)置控制線路故障，通過三維驅(qū)動(dòng)軟件控制模擬裝備產(chǎn)生相應(yīng)故障，操作人員進(jìn)行實(shí)裝排故訓(xùn)練，虛擬軟件通過故障排除柜監(jiān)測(cè)排故狀態(tài)給予評(píng)分并進(jìn)行記錄。

三、采用關(guān)鍵技術(shù)

（一）三維虛擬場(chǎng)景建模與場(chǎng)景優(yōu)化技術(shù)

該系統(tǒng)中核心部分是構(gòu)建10kV外部架線模型，實(shí)現(xiàn)外部漫游。首先對(duì)三維虛擬場(chǎng)景區(qū)域，采集三維建模所需的相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后再通過三維建模技術(shù)建立場(chǎng)景三維模型。其次三維模型需要進(jìn)一步加工處理，因?yàn)橐粋€(gè)逼真且流暢的三維虛擬場(chǎng)景不僅要有逼真的模型，而且需要有流暢的運(yùn)行效果，這就對(duì)三維場(chǎng)景模型有了更為嚴(yán)格的要求，模型要盡量?jī)?yōu)化而且不影響整體效果，三維場(chǎng)景優(yōu)化技術(shù)在這個(gè)過程中起到關(guān)鍵作用。最后三維虛擬場(chǎng)景在烘焙處理后，通過三維互動(dòng)仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染繪制和立體顯示，實(shí)現(xiàn)交互漫游等功能。

（二）動(dòng)態(tài)實(shí)體構(gòu)建技術(shù)

建立好實(shí)體模型之后需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)的設(shè)定，即需要?jiǎng)討B(tài)建模。要建立一個(gè)逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，需要對(duì)模型對(duì)象進(jìn)行交互，這個(gè)最主要體現(xiàn)在對(duì)模型動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。通過在Visual Studio平臺(tái)下利用C#語言對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制代碼的編寫來實(shí)現(xiàn)操作者對(duì)節(jié)點(diǎn)的交互控制。

（三）信息實(shí)時(shí)處理和串口通信技術(shù)

三維虛擬場(chǎng)景通過人機(jī)交互界面與實(shí)物模擬裝備存在著直接的信息傳輸。利用信息采集裝置將實(shí)物模擬裝備現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)通信方式實(shí)時(shí)傳送到系統(tǒng)管理平臺(tái)，再利用C#編程、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)技術(shù)與信息采集裝置，對(duì)實(shí)物模擬裝備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

四、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

一是實(shí)現(xiàn)高低壓供配電系統(tǒng)運(yùn)行原理仿真演示與虛擬操作、模擬高低壓供配電系統(tǒng)常見故障、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障設(shè)置與故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并可進(jìn)行上述系統(tǒng)的運(yùn)行試驗(yàn)、操作使用、維護(hù)保養(yǎng)、故障排除等技能訓(xùn)練，可用于電工高級(jí)工、技師等培訓(xùn)學(xué)生的理論教學(xué)，彌補(bǔ)高低壓供配電設(shè)備教學(xué)條件的不足，增強(qiáng)教學(xué)的針對(duì)性和直觀性；還可解決技能訓(xùn)練的現(xiàn)實(shí)需求，推動(dòng)學(xué)生技能訓(xùn)練從設(shè)備的操作維護(hù)向故障分析的層次發(fā)展。

二是該裝備采用虛擬現(xiàn)實(shí)、三維仿真驅(qū)動(dòng)技術(shù)與信息采集、人機(jī)交互、硬件模擬技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)理念，大幅節(jié)約訓(xùn)練成本、提高訓(xùn)練效益。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)完善、結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)先進(jìn)，實(shí)用可靠，具有極高的訓(xùn)練應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

五、解決的主要問題

本項(xiàng)目依據(jù)先進(jìn)性、實(shí)用性、系統(tǒng)性的原則，根據(jù)高低壓供配電系統(tǒng)及設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)、三維仿真驅(qū)動(dòng)技術(shù)與信息采集、人機(jī)交互、硬件模擬技術(shù)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高低壓供配電系統(tǒng)及設(shè)備基本功能的模擬，以及高低壓供配電系統(tǒng)的實(shí)裝訓(xùn)練功能，達(dá)到了在訓(xùn)練系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)與實(shí)裝操作基本一致的演示訓(xùn)練效果，實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練裝備的全功能設(shè)計(jì)。訓(xùn)練完全按照實(shí)裝操作規(guī)程進(jìn)行，可以用于電工高級(jí)工、技師等培訓(xùn)學(xué)生的教學(xué)訓(xùn)練與技能鑒定考核，填補(bǔ)裝備教學(xué)訓(xùn)練空白，改善電工技能訓(xùn)練保障條件，彌補(bǔ)高低壓供配電實(shí)訓(xùn)條件不足的突出矛盾，解決電工高級(jí)工、技師等培訓(xùn)過程中缺少實(shí)裝用于教學(xué)與訓(xùn)練的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]任清晨編著.《電氣控制柜設(shè)計(jì)與制作——結(jié)構(gòu)與工藝篇》，電子工業(yè)出版社.

[2]任清晨編著.《電氣控制柜設(shè)計(jì)與制作——電路篇》，電子工業(yè)出版社.