隔離開關(guān)仿真模型在電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用研究

劉翼 鄒靜 洪雯 嚴(yán)斐 劉紫儀

（武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 引言

電力類專業(yè)的高職學(xué)生步入工作崗位后，大多從事電氣設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)與檢修工作。隔離開關(guān)作為電力系統(tǒng)廣泛使用的開關(guān)電器，主要作用是將被檢修的設(shè)備與帶電部分可靠隔離，以保證工作人員的人身安全和檢修的設(shè)備安全。高壓隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)量最多，其質(zhì)量優(yōu)劣、運(yùn)行維護(hù)好壞將直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。隔離開關(guān)的檢修與故障處理是電力系統(tǒng)檢修人員的必備技能，也是電力類技能比武的一項(xiàng)重要賽項(xiàng)。隔離開關(guān)檢修時(shí)，檢修人員應(yīng)掌握隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，必須嚴(yán)格遵守現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行規(guī)范操作，以確保檢修質(zhì)量[1]。

因此，在電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程中引入仿真模型，通過模型演示與現(xiàn)場設(shè)備檢修實(shí)操相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生掌握高壓開關(guān)設(shè)備的檢修作業(yè)規(guī)范具有重要意義。

1 課程現(xiàn)狀分析

電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程是發(fā)電廠及電力系統(tǒng)、供用電技術(shù)等高職電力類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，課程內(nèi)容包含電力安全工作規(guī)程、高壓斷路器檢修、高壓隔離開關(guān)檢修、高壓開關(guān)柜檢修等內(nèi)容。基于電力系統(tǒng)電氣設(shè)備檢修相關(guān)的最新發(fā)展趨勢，許多高職院校將高壓隔離開關(guān)的拆卸與組裝、單極調(diào)整與試驗(yàn)、三極調(diào)整與試驗(yàn)作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的核心模塊，通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常見電氣設(shè)備的檢修作業(yè)流程，具備能勝任設(shè)備運(yùn)行維護(hù)檢修崗位的職業(yè)能力。

學(xué)生在實(shí)訓(xùn)前缺乏現(xiàn)場工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作原理缺少感性認(rèn)識(shí)，在檢修過程中，對(duì)各個(gè)部件的作用不甚了解，容易出現(xiàn)螺絲、底座、連桿等安裝錯(cuò)誤，發(fā)生觸頭彈簧、止釘、閉鎖連板漏裝等問題，使實(shí)訓(xùn)效果大打折扣?；趯?shí)訓(xùn)設(shè)施、場地條件限制與學(xué)生操作安全考慮，實(shí)訓(xùn)教學(xué)中難以在檢修平臺(tái)上完成高壓開關(guān)設(shè)備檢修的全流程，同時(shí)開關(guān)設(shè)備在檢修過程中頻繁的分、合閘操作對(duì)設(shè)備本身損壞較大?；谏鲜龇治?，學(xué)生僅通過現(xiàn)場操作訓(xùn)練，難以全面掌握高壓開關(guān)設(shè)備的調(diào)試與檢修作業(yè)規(guī)范。

本文建立某型號(hào)高壓隔離開關(guān)仿真模型，以期通過模型各部件展示及其分合閘動(dòng)作演示，加深學(xué)生對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理的認(rèn)知，進(jìn)一步提升電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)效果[2]。

2 仿真模型開發(fā)

結(jié)合電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容，本文選取我國電力系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)量較多的GW4型隔離開關(guān)為建模對(duì)象，采用三維設(shè)計(jì)軟件 Solid Works建立某GW4型雙柱水平旋轉(zhuǎn)式高壓隔離開關(guān)的三維模型。

由于GW4型隔離開關(guān)是由大量零件（包含多種桿件、軸銷、軸承、主從動(dòng)支柱絕緣子、導(dǎo)電臂、觸頭、觸指等）交叉組合構(gòu)成的多體機(jī)械系統(tǒng)，其建模過程較為復(fù)雜。首先，根據(jù)某廠家提供的GW4隔離開關(guān)安裝圖紙，按照實(shí)際尺寸1：1比例對(duì)各零部件單獨(dú)建模，其典型零部件軸銷、操作桿拐臂、連接頭、軸承如圖1所示。

圖1 隔離開關(guān)典型零部件模型圖

其次，將已建立的零部件根據(jù)其動(dòng)作關(guān)系通過不同類型的配合（如重合、平行、同心及距離配合等）進(jìn)行裝配[3]，分別組建隔離開關(guān)的操作部分、支柱絕緣子以及導(dǎo)電部分等局部結(jié)構(gòu)，建立的各裝配體如圖2所示。

圖2 隔離開關(guān)各部件模型圖

最后，根據(jù)GW4型隔離開關(guān)動(dòng)作原理，將各局部結(jié)構(gòu)的裝配體進(jìn)行整體模型的組裝。由于GW4型隔離開關(guān)A、B、C三相結(jié)構(gòu)類似，建模時(shí)先組裝A相單極模型，經(jīng)調(diào)試無誤后再通過重復(fù)導(dǎo)入，形成B、C兩相模型。再加入相間連桿，通過配合定義約束，對(duì)三個(gè)單極模型進(jìn)行連接，完成三相隔離開關(guān)的整體模型建模，以實(shí)現(xiàn)三極隔離開關(guān)模型主、從動(dòng)極的聯(lián)動(dòng)操作，最終建立的GW4型三極隔離開關(guān)整體裝配模型如圖3所示。

圖3 隔離開關(guān)整體模型裝配圖

3 模型應(yīng)用

“電氣設(shè)備檢修實(shí)訓(xùn)”是某校發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的一門專項(xiàng)實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)能掌握常見型號(hào)高壓隔離開關(guān)的動(dòng)作原理；能準(zhǔn)確闡述隔離開關(guān)檢修周期、檢修項(xiàng)目及檢修作業(yè)的流程；能分析隔離開關(guān)典型機(jī)械故障現(xiàn)象并進(jìn)行基本的檢修調(diào)試操作。本文以該課程為例，將上述隔離開關(guān)仿真模型應(yīng)用于“電氣設(shè)備檢修實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)，并從以下方面開展教學(xué)實(shí)踐。

（1）隔離開關(guān)分、合閘動(dòng)作過程教學(xué)

GW4型隔離開關(guān)本體為雙柱水平旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)。其動(dòng)作過程涉及部件較多，分合閘運(yùn)行時(shí)，由操作桿轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)底部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，帶動(dòng)各相支柱絕緣子轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使上部主、從動(dòng)導(dǎo)電臂在水平方向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至觸頭觸指嚙合，以實(shí)現(xiàn)分合閘運(yùn)行。

現(xiàn)場實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于學(xué)生普遍缺乏現(xiàn)場工作經(jīng)歷，未曾接觸過高壓隔離開關(guān)設(shè)備的分合閘動(dòng)作過程，僅根據(jù)教師的語言描述難以準(zhǔn)確掌握隔離開關(guān)的動(dòng)作原理。教學(xué)中引入可動(dòng)作的隔離開關(guān)三維模型，通過對(duì)模型進(jìn)行分合閘操作演示，使學(xué)生對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備的動(dòng)作原理認(rèn)識(shí)由抽象轉(zhuǎn)換為具象。同時(shí)，學(xué)生將隔離開關(guān)仿真模型的分合閘模擬演示與實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場隔離開關(guān)設(shè)備的分合閘操作相結(jié)合，通過對(duì)比分析以深刻體會(huì)設(shè)備運(yùn)行的理論動(dòng)作與實(shí)踐操作間的區(qū)別。

（2） 隔離開關(guān)狀態(tài)調(diào)試模擬演示

高壓隔離開關(guān)在解體檢修后，需要按照相應(yīng)型號(hào)的安裝作業(yè)書進(jìn)行規(guī)范整體調(diào)整作業(yè)，以確保各部件參數(shù)指標(biāo)滿足技術(shù)要求。若調(diào)試不得當(dāng)，可能引發(fā)導(dǎo)電回路過熱，燒蝕觸頭等不良影響，威脅隔離開關(guān)安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。因此，掌握隔離開關(guān)狀態(tài)調(diào)試方法是電力類專業(yè)學(xué)生的一項(xiàng)必備技能?！半姎庠O(shè)備檢修實(shí)訓(xùn)”課程教學(xué)中，教師對(duì)上述隔離開關(guān)仿真模型中交叉連桿、操作拐臂等桿件的機(jī)械尺寸進(jìn)行調(diào)整，以模擬演示隔離開關(guān)的多種調(diào)試不當(dāng)狀態(tài)。引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合演示結(jié)果自主分析調(diào)試不當(dāng)對(duì)隔離開關(guān)分合閘運(yùn)行產(chǎn)生的影響，并總結(jié)各桿件伸長及縮短的作用影響規(guī)律。學(xué)生將作用規(guī)律應(yīng)用至現(xiàn)場實(shí)操環(huán)節(jié)，加深其對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)檢工作重要性的認(rèn)識(shí)。

4 結(jié)束語

電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程作為高職電力類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)核心課程，其教學(xué)效果對(duì)學(xué)生從事電力設(shè)備檢修、電力安全生產(chǎn)管理等相關(guān)專業(yè)工作具有重要意義。本文以目前廣泛應(yīng)用的高壓開關(guān)設(shè)備GW4型隔離開關(guān)為對(duì)象，建立其三維仿真模型，在電氣設(shè)備檢修類實(shí)訓(xùn)課程中應(yīng)用該模型進(jìn)行隔離開關(guān)分、合閘動(dòng)作與狀態(tài)調(diào)試的模擬演示。通過仿真與實(shí)操相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)涵，進(jìn)一步提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果。

將仿真模型應(yīng)用至相關(guān)專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不僅能提高課程教學(xué)效果，又能對(duì)《電氣設(shè)備檢修實(shí)訓(xùn)》課程的教學(xué)提供新的教學(xué)理念，是檢修類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革的發(fā)展方向。同時(shí)，隔離開關(guān)檢修是電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)電氣設(shè)備檢修、技能培訓(xùn)、技能鑒定主要項(xiàng)目，本文建立的隔離開關(guān)三維模型的開發(fā)對(duì)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的開展、員工培訓(xùn)及技能鑒定有良好的促進(jìn)作用，具有廣泛的應(yīng)用前景。