基于变电仿真培训系统应用与研究

基于变电仿真培训系统应用与研究

周少飞

（中国神华能源股份有限公司神朔铁路分公司）

摘要：在我国的电力系统培训和研究过程中，仿真软件应用越来越普遍，这是由于现代电力系统的网络规模在逐步拓展，而且其电压等级也呈现出非常显著的上升趋势，因此，电力系统的规划、运作等环节逐步趋于复杂化。文章首先概述变电站的仿真模型，然后对变电站研究变电站仿真培训系统模型的设计与实现，最后介绍仿真系统的应用。随着我国当前电力系统的逐步完善和仿真技术水平的提升，高新技术在仿真工程中的应用将会更加普遍，从而更好的提升对变电学院培训工作的有效性。

关键词：变电站；仿真培训系统；仿真模型

前言

大型的变电站可以看作是一个设备规模巨大的系统，随着现代仿真技术的快速进步，极大的推动了变电站仿真培训的发展与进步。从电力培训部门和相关院校来讲，增强对变电站人员的培训与锻炼，成为当前非常紧迫的任务。文章从变电仿真培训系统的应用和设计入手，进行全面的分析和研究，以期能够为我国在变电仿真培训系统的应用提供一定的参考。

一、基于变电仿真模型概述

组件的软件开发技术是变电站仿真的基础技术保障，变电站仿真能够为变电站的各种一次设备与二次设备研发仿真组件。针对变电站仿真模型的设计与选择，必须具有极强的典型性。以南场变电站为例，针对变电站一次设备与二次设备的选择问题进行分析。针对主变压器和断路器的选择问题。以主变电站的远景规划为依据，大多数的变电站都仅有两台主变压器。现阶段，南昌变电站的500KV主变压器主要运用的是单相自耦变压器，这种主变压器的冷却方式是导向循环风冷。而且调节电压的方式主要有两种，一种是有载调压，另一种是无载调压。而对于断路器的选择问题，以500KV为例，主要的断路器编号包括5012、5023、5033等在内的12只断路器。

二、基于变电仿真系统的设计与实现

1.系统设计

在纯软件的仿真模式中，虚拟变电站是一种非常重要的模式之一。该系统主要是以基本的通用性为基础进行设计与实施。也可以理解为变电站内的所有设备之间的关系并不是一成不变的，两种设备或者多种设备之间的关系有变电站的工作人员决定，按照设备与设备之间的实际情况进行相应的编辑[1]。在系统中，仿真培训、事故演习这两个模块主要采用的是三维人机交互截面，而且通过OpenGL图形开发库与3DStudioMax8.0两者结合，以实现逼真的虚拟变电站设计与创建，能够提升培训的质量。为了保证系统具备较强的通用性，在设计该系统的过程中，结构的选择是以数据库为核心，并在数据库的基础上，完成功能模块开发的结构。

针对已经构建的系统功能模块结构，主接线图编辑平台、一二次设备编辑平台等平台主要是操控变电站的构建。这些平台能够从读取数据库中所储存的信息，然后以非常直接的界面显示出来，用户能够根据界面进行事故现象的编辑以及设备信息的编辑等，然后将编辑完成的信息储存在数据库中。而仿真培训模块以及反事故演习模块就能够从数据库中搜索到已经储存过的变电站信息数据，然后创建出虚拟的变电站情景。此外这两个模块还能够创设出一种虚拟的变电站运作场景，将两种或者两种以上的设备联系在一起，在这种情况下，变电站中的培训人员就能够在一种相对真实地训练环境中接受培训与锻炼[2]。以数据库为基础的设计方式所具有的优势主要有4个，第一，将数据库作为核心，并运用数据库充当桥梁其连接作用，能够保障该设计方式具有较强的通用性。第二，这种设计方式能够实现一致化的变电站信息，另外，在编辑平台的编辑过程中所看到的，就是接受仿真训练得到的。第三，为动态编辑提供良好的保障，把变电站中的其中一个对象，与关系数据库表中的数据一一对应，关系数据库能够为我们提供非常精确记录这一编辑功能，而且我们可以更加便捷的添加设备信息或者是修改设备信息等。第四，这一设计方式的结构非常清晰，能够更好的进行维护。任何一个模块都能与数据库进行信息的互换。此外，极其清晰的系统结构能够更好的完成程序组织和维护的过程。

3.2系统实现

在制定具体的实施方案时，主要包括以下几个环节，第一，构建一套1:1全范围且高逼真度的变电仿真系统；第二，为之后做“一机多模”的升级工作提供良好的技术基础。对于整个仿真系统建设的流程安排，首先需要对仿真机的研发单位进行全面的考察，此外还包括对仿真培训基地的考察；然后是招投标环节，明确今后需要合作的企业或者是单位；再次，设计仿真系统建设的具体实施方案、硬件设施的配备以及人员的配置问题。最后是软件的安装、调试与验收。

3.3仿真系统功能的检测

基于变电仿真培训系统主要的功能包括三个方面，第一，主计算机系统；第二，教练员台；第三，学员台。教练员可以对仿真机实施控制，包括仿真机的运作、复位、快慢速等。而学员台主要学员能够通过远程操控的方式，实现对变电站的控制，包括虚拟盘台的观测、监控系统的控制等[3]。最后一个环节是事故功能的操作，电力系统和相关设备在实际的运作过程中往往会出现各种各样的事故，从而变电站的各种设备遭到破坏，甚至是导致电力系统完全瘫痪的现象，这就要求变电站运行管理人员能够及时发现事故，并采取正确的解决方式，这也是管理人员最基本的职责。变电站的管理人员必须强化自身的仿真知识，并能够加强设备管理工作。为了保证仿真系统能够更好的完成漫游、操作与观察等过程，因此系统的主窗口总共设置了七种运行状态，而且为了能够让学员更好的使用，该系统还设计了场景的复位、导航图以及天气状态模拟这三个功能。关于CSC2000主控界面的调试，第一，启动，教练员需要完成启动主控界面的操作，或者是自主完成MainPanelCS2000.eve程序，从而使主控条主界面能够自行弹出。第二，操作，需要在主控条界面上点击“监视画面”，然后会弹出相应的对话框，并在特定的对话框中选择需要监视的变电站，当变电站的后台监控被启动就能够实现对变电站的实时监控。第三，退出，点击界面中的退出图标。

三、基于变电仿真培训系统的应用

1.加强对变电操作人员的锻炼与培训

变电仿真培训系统就是为了从未接受过专业训练的人员所设计的，该系统能够为他们提供更加专业的培训工作。首先需要全面了解需要参加培训人员的需求和岗位的具体情况，然后设计相应的培训功能，包括对事故处理能力的设计、变电的基本操作程序等。对学员基本运行操作的培训包括如岗前的岗位培训、岗位晋升职员的培训工作，以保证每个岗位的工作人员都能够全面了解变电站的运作形式、运作原理和运作结构等，而这也是培训的核心内容。对学院一次设备的检测与巡视培训，可以利用多媒体设备，从而将相关设备虚拟化，培训人员能够在逼真的环境中学习到真实地设备情况，而且还能够保证学员将理论与实践紧密联系在一起，从而提升对学员培训的效果。对倒闸操作的培训工作中涉及较多的项目，包括启动与关闭操作、处理和停送电操作等，这都需要学员能够全面了解和掌握变电的相关细节。在培训学员对故障的分析能力以及事故的处理能力时，首先需要模拟变电事故，并能够经过教练员的指导，从而实现对事故进行全面的分析和处理。事故处理主要是对事故现象的搜集、记录和对设备的现象巡视等，全面分析与判断事故现象出现故障的性质和范围。恢复送电的培训包括两个步骤，即：变电站中站用电源的恢复以及站外电源的恢复。培训学员对事故的处理能力非常有意义，针对学员困惑的问题应该给予及时的指导，并分析学员出现问题的原因。

2.适用于技能鉴定和竞赛

基于变电的仿真系统适用于技能的鉴定，而且也经常运用于相关竞赛，这主要是源于软件功能的强大性和公平性，

3.对集中与分布监控的培训

基于变电的仿真系统具有非常强大的功能，该系统的培训方式主要有两种，一种是当地主战集中培训方式，另一种是异地分站仿真培训方式。因为培训系统远程终端的数据通道相对较大，因而能够进行非常便捷的远程教育培训工作。

4.基于变电的仿真系统的培训工作

基于变电仿真系统的培训工作是系统的重点内容，主要目的在于提升学员的操作水平，还能够全面把握学员的综合素质能力。培训工作开展主要面对的人群是上岗的操作人员，并培训事故的处理方式，从而实现短期内增强学员专业技能的目的。基于变电的仿真系统能够更好的模拟出事故出现时所发生的各类现象，还包括数据的变化，学员能够在真实的环境下掌握事故处理的具体办法。对于仿真系统来讲，最核心的就是基于变电的仿真培训对象，首要任务就是对培训对象的全面了解与分析。对学员培训内容的制定需要遵循实际情况这一原则，而且应该与实际运行和操作过程中基本保持一致，一次设备的道闸操作培训主要包括主变与母线的停送电、微机保护等。在培训学员的操作能力时，需要在必须要强化安全保护措施，例如：警示牌的设置等。当退出操作系统是，教练员需要引导运行人员模拟运行中的误操作，全面了解保护装置的实际动作情况。在培训学员对事故的处理方式时，分为两种类型，一种是系统管理人员设置相关事故，包括线路的永久性故障和短时故障灯。另一种由于操作不规范导致的故障，例如：模型的设置问题。培训系统的管理人员在设计运行故障时，可以将事故的性质、种类和位置进行排列组合，能够非常有效的提升事故模拟的难度。此外，开可以设置断路器等故障，能够提升模拟内容的真实性，学员能够更加真实的掌握故障的处理方式，但是需要注意事故处理培训的层次性，从而提升培训的效果。对异常情况处理方式的培训也分为两种类型，即：设备自身的故障和人为因素导致的故障。前者包括变压器的负载超过特定范围导致事故的发生等，后者主要是设备出现异常情况时，通常会发出警报，学员必须掌握异常事故的处理方式。在培训学员对缺陷设置的过程中，需要记录变电站实际运行过程中检修和试验的漏洞，并在仿真系统中模拟现实的情况。在具体培训时，教练与那可以按照问题出现的原因和处理方式进行全面的分析，然后检测学员设置漏洞的方式，这对故障的处理具有非常重要的意义。对变电基本运行操作能力的培训问题，该系统能够帮助学员完成岗前培训以及员工升职的换岗培训，对基本运行操作能力的培训效果非常显著，学员能够在短期内掌握电网的实际构造和运行模式，并且掌握操作技能。

此外，该系统还广泛应用于变电运行岗位技能的考察和鉴定，这是由于仿真培训系统中储存了非常丰富的技能鉴定内容，从而有效的提升鉴定的有效性和考试的公平性，以提升培训系统的在该方面的应用。该系统在变电运行过程中的应用非常具有实际价值，能够为变电站节约考试组织的费用和鉴定相关技术的成本。从当前的电力系统对仿真培训系统的需求来讲，未来仿真系统设计的实际模拟环境将会更加趋近于电力系统的特性，而且还能够演示真实地事故场景，自动采取相关的应急措施。

结束语

在上个实际八十年代，变电仿真培训系统就已经在我国出现，至今为止，已经经历了三十多年的发展，但是从目前的应用情况来讲，变电运行人员的培训效果并不是很理想。分析其中存在的原因，是因为我国变电站建设数量与仿真培训系统的推广不成比例，而且培训的方式与我国经济发展的需求不一致。随着我国仿真技术以及相关技术的快速进步，仿真领域内也将会按照实际的情况，提升模拟的真实性。由于电力系统对仿真培训系统的需求显著提升，未来仿真软件灵活性和模型合理性将会逐步增强，易于维护和扩展。

参考文献

[1]江龙,张德刚,李泽河,王达达,曹俊豪,谭武光,王国平.基于虚拟现实头盔的沉浸式变电站仿真培训系统设计与实现[J].电工技术,2017(11):43-45.

[2]杜娟.仿真系统在运维一体化人才培养中的探索与应用[J].贵州电力技术,2017,20(06):61-63.

[3]史美娟.基于项目引导的高职院校110kV变电运行仿真实训室建设[J].广西教育,2016(03):185-186.

作者简介

男，1974年11月，民族：汉，籍贯（省、市），陕西省，绥德，学历，本科，职称（在读生不用填），工程师，主要研究方向：供电。