变电站仿真培训

变电站仿真培训（共12篇）

变电站仿真培训 篇1

变电站仿真培训系统能够全面,逼真,还原变电站实际一二次设备,如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况,可在计算机监控界面、三维设备场景进行相应操作,采用鼠标点击的操作方式,简单、直观、易学。准确的仿真扰动发生时刻和其后时间内继电保护及自动装置的动作情况,实时计算各种复杂故障和组合故障,事故设置更加灵活、更加随机,能设置成千种事故题目,具有很强的现场感和可操作性。

1、仿真系统的特点

(1)仿真范围全面,电压等级从330k V-10k V(包括380V所用部分),逼真,一二次设备均按实际设备比例设计,主接线典型,具有很强的现场感和可操作性。

(2)仿真系统采用带有数学模型的全范围仿真,能逼真地反映电网、变电站的运行工况及各种物理量的变化。

(3)基于Web技术的远程培训,学员可以在网络内的任何一台终端登录服务器利用仿真程序进行仿真培训,完成仿真操作培训、讨论和答疑等功能。

(4)实时故障计算可以计算各种复杂故障和组合故障,事故设置更加灵活、更加随机,能设置成千种事故题目。

(5)采用多媒体技术,仿真界面效果逼真。基于3D技术的多媒体变电站一次设备现场环境仿真,完成现场设备的操作和巡视。

2、仿真软件系统

2.1 系统模型

(1)通过一次建模和二次建模形成的虚拟变电站仿真系统中所有设备的建模,主要进行初始潮流运算、故障计算分析、一次设备状态、二次设备状态、设备操作的处理;

(2)负责与综合仿真系统其他功能模块的通讯和数据交换的功能;

(3)实现调试、复归、快照/导回、故障设置、培训计划及教案生成、状态监视、事件管理/记录、事件记录信息打印、五防措施投切等功能。

2.2 监控系统

模拟仿真变电站原厂家的监控后台系统,其界面和操作方法与实际系统一致,可培训运行人员对监控系统的使用和了解。能够实现:数据采集与处理、多种报警方式(简报信息窗报警与语音报警、故障推画面告警)、自动控制与调节、图形显示(接线图、潮流图及信息量图)、报表功能、记录功能、综合电压与无功调节功能,及完整再现四遥操作功能。

2.3 二次保护控制装置

继电保护、自动装置、中央信号、故障录波、测量仪表、直流系统、备用电源自投、远动装置、微机五防、安控装置等。包括上述各回路中的压板、试验端子、熔丝、按钮、信号灯。各种保护及控制屏的界面与实际设备一致,尽可能逼真地反映变电站控制系统、保护系统及自动装置等的各种运行工况、各种功能和操作切换。

2.4 一次设备三维场景

仿真系统的一次设备及就地操作采用三维虚拟现实视景仿真,逼真地再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、冷却系统、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器以及整流机组、直流开关、直流隔离开关等一次设备及设备的操作过程、动作过程和正常运行是的设备状态。

3、仿真系统功能

3.1 日常操作、监盘培训

3.1.1 监盘和抄表

实现变电运行人员的监盘工作:包括一、二次系统的运行监视,站用电交流系统的运行监视,站用电直流系统的运行监视。

3.1.2 操作培训

涵盖变电站典型操作票中的所有操作,包括主接线图、虚拟现实系统中全部一次设备,及站用交、直流系统的倒闸操作;二次部分继电保护压板的投退;自动装置的投切、液晶面板的操作、打印、保护定值修改等;并包括验电、挂地线操作;各种操作的遥测、遥信量均实时响应。

3.1.3 巡视检查培训

按照运行规程所规定的项目和巡视周期,利用虚拟现实系统进行一、二次设备的巡视,包括巡视所用的所有专用工具。采用虚拟现实技术、以三维方式展现变电站所有设备,包括变电站正常、异常、非正常运行工况下的现象和声音等现场所有场景,逼真的仿真设备的正常与异常状态,达到身临其境的效果。

3.2 事故处理培训

设置事故分线路、变压器、母线、断路器、直流系统等五个方面。在设置的事故中其类型(如相间短路、接地短路、三相短路、两相接地短路、单相断线)、性质(永久或瞬间)、地点(线路从首端末端、反方向,下段线路的首端等)可以任意排列组合,同时还可以与断路器、继电保护及自动装置误动、拒动排列组合。利用设置事故可进行各种事故演练、重演,提高学员对事故处理的能力,运行人员通过正确的操作可缓和事故的影响或恢复系统正常运行,若处理不当,则将造成故障扩大。

3.3 三维交互式虚拟现实场景仿真

在仿真变电站的一次设备仿真和一次设备巡视系统中,利用3D虚拟现实技术实现变电站一次设备、二次设备的三维重现,可以对场景中的一次设备进行就地操作,并可对场景中的设备进行巡视、检查、记录等,形象逼真的模拟现场的挂牌、挂地线和验电等不同的工作方式。

在三维场景中的所有操作和巡视,仿真系统都有记录,教员可以根据这些操作记录并结合考核系统,对学员进行自动或者手动评分,科学公正的评价学员的培训效果。

4、结语

变电培训仿真系统在我院变电仿真中心已投入使用多年时间,为省公司范围内各基层单位的变电运行人员进行变电岗位培训、鉴定、技术比武和竞赛工作,并取得了显著效果。

总之,变电培训仿真系统能提高培训效率、缩短培训周期、降低培训成本、提高运行人员的技术业务素质,作为一种新型的培训方式,其经济效益和企业效益是显而易见的,具有广泛的应用前景。

变电站仿真培训 篇2

专业班级：学生姓名：学生学号：

指导教师：苏海锋实习地点：实习时间：

农业电气化与自动化08k1班

赵飞 教二213机房 2012.3.12至2012.3.16

目录

变电站仿真实习报告........................................................................................................2 1实习的目的............................................................................................................2 2实习的内容............................................................................................................2 3实习结果................................................................................................................3 4实习心得................................................................................................................6 5附录.......................................................................................................................6

变电站仿真实习报告

1实习的目的

通过变电站仿真实习加深对变电所的认识并加强自身的专业基础知识。实习的内容包括模拟正常运行时的各种操作及模拟电网及变电站各种电气设备的故障和不正常运行方式。其中正常运行中的操作有：线路，主变的切除和投入；线路主变停运并进行检修的各种操作及安全技术措施；母线的倒闸操作；旁路代替线路开关操作。模拟电网及变电站各种电气设备的故障及不正常运行方式：线路及母线故障；变压器故障等。

2实习的内容

本次仿真实习共包括顺义，上花园，周营子，杨家窑和马家集五个变电站。现在就这五个变电站的实习内容进行一一介绍。

顺义站简介

顺义站是一座500kV变电站，共有500kV，220kV和66kV三个电压等级，500kV母线采用3/2的接线方式。220kV采用双母线分段的接线形式。66kV供所用电和无功补偿。

顺义站的实习内容

顺义站实习的内容主要就是在一次设备区进行巡视，认识500kV变电站的一次设备包括断路器，隔离开关，电压电流互感器，母线等设备，并观察500kV变电站的电气主接线形式。

上花园站

上花园站简介

上花园是一座220kV变电站，共有220kV 110kV

35kV三个电压等级。220kV采用双母带旁路的接线方式，两台主变采用的是三绕组有载调压变压器。110kV采用双母带旁路的接线方式，35kV采用单母线分段的接线方式。上花园站的实习内容

一次设备区巡视，观察了双母线带旁路和单母线分段的一次设备接线方式

故障演习观察220kV侧2218断路器故障

接地线断裂

接线板过热

绝缘子破损

周营子站

周营子站简介

周营子站是一座220kV变电站，共有220kv 110kv 10kv三个电压等级，220kv采用双母线的接线形式，双母线，母联开关均拖入运行，即固定连接方式，两台主变均为三绕组有载调压变压器。110kv母线采用双母线的接线形式双母线，母联开关均拖入运行，10kv采用单母线分段的接线形式，两端母线独立运行。

故障演习操作演练

杨家窑站实习内容

杨家窑为一个110变电站，共有11035和10三个电压等级。110单母线分段，四条进线，母联开关未投入运行，两台三绕组变压器。10单母线分段，10母线上有并联的电容无功补偿装置及负荷，母联开关处于开位。35单母分段，母联开关未投入。实习内容

马家集变电站简介

马家集是一座110变电站，共有11035和10三个电压等级。110采用内桥型接线方式。35采用单母线分段加旁路母线的接线方式，分段开关未投入。10采用单母分段，母联开关断开。

3实习结果

对变电站的主要电气设备进一步认识

变电站的主要电气设备有主电压器，断路器，隔离开关，电压互感器电流互感器 避雷器，电抗器。1主变压器

本次实习中220kv及以下的变压器全为三绕组有载调压变压器。有载调压变压器就是不断开电源让变压器在正常工作状态下，带负荷调节分接开关。它的原理就是，在开关的动触头从一档未完全离开时，接通过渡电路以保证变压器不失电，当动触头到达另一头时，再断开过渡电路，调节就完成了。有载调压开关除了有过渡电路外，还必须有良好的灭弧性能。

500KV变电站有自耦变压器，自耦变压器的绕组容量与额定容量称为自耦变压器的效益系数。由于子耦变压器的绕组容量只是同容量普通变压器的K倍，所以与同容量的普通变压器相比，自耦变压器的体积和重量都要小。正是由于自耦变压器具有体积小，重量轻，造价低的优点，500KV自耦变压器在系统中得到广泛应用。500kv主变是由三台单相变压器组成的。2断路器

高压断路器的主要作用是，在正常情况下控制各种电力线路和设备的开断和关和，在电力系统发生故障时自动的切除电力系统的短路电流，以保证电力系统的正常运行。

3隔离开关

隔离开关是高压开关的一种，在结构上，隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不能用来拉合负荷电流和短路电流，正常分开位置时，隔离开关两端之间有符合要求的看见绝缘距离，在电网中，主要用途有：设备检修时，用来隔离有电和无电部分，形成明显的开断点，以保证工作人员和设备的安全2隔离开关和断路器配合，进行倒闸操作，以改变系统的接线运行方式，其主要作用是电气隔离。4电压互感器

电压互感器是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈、铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V，电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的（电容式电压互感器应用广泛），另有非电磁式的，如电容式（cvt）。

电流互感器

电流互感器是用来变换电流的特种变压器。电流互感器的一次绕组串联在电力系统中，线路中的电流就是电流互感器的一次电流，二次绕组接有测量仪表和保护装置，作为二次绕组的负荷，二次绕组额定电流值一般为5A或1A。

避雷器

能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。电抗器

在500KV变电站线路上装有电抗器，超高压输电线路有大量的容性充电功率。100km长的500kv线路充电功率为100~120M。为同样长度的220kv线路的6~7倍。如此大的容性充电功率给电网的安全运行带来麻烦。因此，在超高压线路上一般要装设并联高压电抗器。一般接在超高压输电线的末端和地之间，起无功补偿作

对主接线方式的认识

本次实习涉及到的主接线形式有：单母线，双母分段，3/2接线形式，双母带旁路母线，单母分段，双母线，桥型接线 1桥形接线

马家集110kv采用的内桥形接线。桥型接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线中断路器数量较少，也是投资较少的一种接线形式。根据桥型断路器的位置可分为内桥和外侨两种，由于变压器的可靠性远大于线路，因此为内桥接线。2单母线分段接线

上花园35kv母线，杨家窑全站母线，周营子10kv母线，马家集10kv母线都采用此接线方式，单母分段就是将母线用断路器分为两段，优点是接线简单，投资省，操作方便，隔离开关仅在检修设备时做隔离电压用，不担任其他任何操作，误操作的可能性减少。缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电。此外在检修出线断路器时，该回路必须停止工作。这种接线适用于6~220kv系统，且出线回路数量不多的情况。

3双母线接线

周营子220kv母线，110kv母线都采用的双母线接线。双母线接线，其中一个为工作母线，另一个为备用母线，每回线路经过一个断路器和两个隔离开关连接到两个母线上。1检修任意母线不中断供电

2工作母线故障时，可经倒闸操作将全部回路倒到备用母线上，快速恢复供电。

3检修任意回路的母线隔离开关时，只断开这条回路，其他回路可倒到另一条母线上。双母线接线供电可靠性高，调度灵活，便于扩建等优点，在大中型变电站中广为采用。但这种方式设备较多，配电装置复杂，经济性差；在运行中隔离开关为操作电器，易导致误操作；当母线回路发生故障时，需短时切除较多电源和负荷；当检修出线断路器时，该回路停电。

双母线带旁路母线

上花园220KV母线，110kv母线采用此接线方式。为了避免检修出线断路器时该回路停电，加装旁路母线

双母线分段

顺义站220kv，双母分段接线的供电可靠性比双母线高

一台半断路器接线

顺义站500kv母线采用3/2接线形式 特点是两组母线之间串联三台断路器，于两台断路器间引一条回路。这种接线的正常运行方式是所有断路器都接通，双母线同时工作。优点是

1检修任意一台断路器时，都不会造成任何回路停电，也不用进行切换操作。

2母线发生故障时，只跳开与母线相连的断路器，而全部回路保留在另一组母线上继续工作 3线路发生故障时，只是该回路被切除，装置的其他元件继续工作

4可以不停电的检修任意断路器

5隔离开关不作为操作电器减少误操作

接线设备多，特别是断路器和电流互感器，投资大；二次控制和继电保护装置复杂。但供电可靠性高，调度灵活，使这种接线在大型变电站高压和超高压配电装置中广泛应用。

4实习心得

电压互感器数量不同

在进行到闸操作时应注意，隔离开关的操作原则是：在等电位下操作或先通后断

5附录

主接线形式

顺义

上花园

周营子

马集变

变电站仿真培训 篇3

关键词：变电检修；仿真系统；设计

中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）35-0106-02

变电设备检修仿真系统的设计和应用，可以对故障现象、故障诊断以及故障处理等进行有效模拟，作为一种培训专家系统，通过对各种类型的故障进行模拟，来促使检修人员在实际检修中，在较短的时间内结合预警信息来对故障进行判断和处理。

1 变电设备检修仿真系统的主要功能及模块

在主要功能方面：要将数字化建模技术充分应用进来，以此来对变电设备故障进行有效模拟，其中数字化建模技术具体指的是构建设备正常、异常、故障以及缺陷等三维实体模型，要知道，变电设备检修仿真系统的质量将会直接受到模型构建质量的直接影响。本系统的建模是针对变电站的所有一次设备进行的，如变压器、断路器、电抗器、电容器以及隔离开关等，那么一个完善的设备建模库就形成了，设备建模库可以有效描述各个一次设备的正常状态和非正常状态的相关细节。将计算机应用进来，以此来促使仿真系统对变电设备的安装过程和检修过程进行模拟，并且人机交互装配也可以有效实现，将设备的内部结构、所有零部件之间的相互关系等进行直观准确的表述，通过变电设备检修仿真系统，人们还可以浏览和分析零部件，有效仿真变电设备缺陷，测试检修人员的综合技能水平等等。

在变电检修仿真系统中，将先进的多媒体技术以及三维图像仿真技术有效应用了进来，涵盖了多种形式和内容，如图片、文字、视频、图形等等，通过在大荧幕上投影变压器的动态装配过程，采用的是3D技术，可以将变电站一次设备的动作过程给有效的展现出来，还可以让检修人员对设备运行状态进行科学的了解和充分的把握。

本文所讲的变电检修仿真系统将DirectX9.0c作为基础平台，来进行3D图形引擎的构建，对虚拟现实仿真系统进行开发，利用C++语言来完成其他的核心内容，如零部件缺陷仿真、零部件数字建模、动态装配仿真和实景平台等等，对于系统用户界面的处理，是利用MFC来完成的。

在功能模块方面，本变电仿真中心借助于VR平台，构建了变电设备样本模型库，将仿真数据仓库中的检修仿真算法充分利用了起来，在构建的时候，是依据设备类型和型号来进行的，并且将生产厂家充分纳入了考虑范围；对各类设备的常见故障和解决措施进行了模拟；在对变电设备的检修过程进行模拟时，从常规检修和故障检修两个方面来进行。仿真中心在对用户控制命令进行接收以及将结果数据返回去的时候，利用的是算法接口和输入输出接口。人机交互功能也是检修训练中心所具备的，用户要想执行各类训练动作，只需要将各类终端设备给利用起来，然后将各类检修操作指令从输入输出接口发送给虚拟现实的界面，数据的交互是利用算法接口和检修仿真中心实现的，这样就可以更好的培训检修人员，在演示的基础上，还可以促使人员进行交互操作。

管理监控中心也具备较多的功能，可以有效划分各类设备部件，并且定义部件之间的逻辑关系，完成相关的维护工作；定义故障知识库中的各类故障现象，找出故障原因，推荐科学的检修方案；严格结合相关的技术要求和标准来科学设定或者更新检修流程；并且还需要构建培训档案和培训题库，监督和控制培训过程，回放培训过程以及考核培训效果，采用科学措施来统计和分析培训各类绩效指标等等。在管理变电检修仿真中心各类仿真模型时，主要是通过VR平台来实现的，将各类算法接口充分应用了进来。

2 故障分析功能

一是故障信息：因为在线监测功能都是系统所具备的，结合状态检修系统，对故障信息进行全方位考虑，如故障部件、故障现象以及故障的变化情况等，从而更好地分析和诊断出现的各类故障。如有过热性故障出现于变压器上，通过故障分析功能，不仅可以将温度计上的相关读数获取到，还可以将温度在某一个时间段内的变化情况给提供出来，在线监测系统还可以对不同时刻内油中相关的气体含量进行监测。

是故障诊断及检修方法：故障信息出现之后，系统结合其他联合系统的分析结果，如状态检修系统、生产管理系统等，对故障的发生原因进行分析，然后采取科学的检修措施。依然以变压器过热性故障为例，如果油中的C2H6和C2H4有着过快的增长，那么就可能是变压器铁心短路故障导致了这一现象的发生，那么就可以将铁心短路的外部表现输出于系统图形界面上，用户结合故障分析结果，搜索相关的检修策略，就可以有效消除故障。

3 变电设备仿真检修系统的特征模型

完成了变电设备仿真检修系统的总体设计之后，就需要设计相关的特征模型，在设计的过程中，需要以确定下来的方案和数据基础，将技术任务要求充分纳入考虑范围。因为变电设备往往有着特别复杂的内部结构，并且大多都是不规则的零部件，那么就增加了部件装配的难度，需要对那些零部件进行模型构建。首先进行总体规划，对子装配以及各个零件的安装顺序进行合理确定之后，方可以进行装配工作。同时，在对装配顺序进行确定时，还需要将变电站的实际安装程序充分纳入考虑范围。

在变压器的安装方面，本系统首先划分了变压器的整体结构，将其划分为几个组成部分，如油箱、绝缘、线圈、铁心等，这些部分的连接通过相关构件来实现。变压器的几何形状由型号来进行描述，包括了诸多方面的参数信息，如额定电压、额定容量、连接组别等等。而变压器结构的装配关系则可以用部件间的装配特征来表示，人们通过装配特征，也可以将装配过程中的相关信息有效获取到。

4 结 语

通过上文的叙述分析我们可以得知，在时代飞速发展的今天，变电站在不断的更新和改造过程中，那么就对变电检修人员提出了更高的要求。针对这种情况，就可以设计和应用变电设备检修仿真系统，通过不断的训练和实践，来促使电力企业变电检修人员的专业技能水平得到提高，对变电站设备检修流程进行规范，促使检修时间得到大大的节约，提高供电质量，扩大企业的经济效益，促使电力企业获得更快的发展。本文简要分析了变电检修仿真系统的设计及实现，希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献：

[1] 杨阳.供电系统变电检修管理系统研究[J].城市建设理论研究，2013，2（4）：123-125.

[2] 孙哲艳.浅谈变电站土建设计的几点心得[J].中国科技博览，2013，2（26）：98-99.

[3] 冯媛.刍议智能变电MIS系统在变电检修中的功能应用[J].城市建设理论研究，2012，2（29）：98-99.

实物平台型的变电站培训仿真系统 篇4

关键词：变电站,培训仿真,实物平台

电力系统的安全运行不仅依赖于设备的先进性和可靠性,更依赖于运行人员的技术水平,要求在保证安全、可靠运行的基础上,运行人员能够对可能出现的系统事故正确地作出处理,因此提高运行值班人员的业务素质对于降低电力系统重大事故发生率起着关键的作用。

变电站培训仿真系统是针对培训变电站运行值班人员而设计的模拟仿真系统。其通过营造逼真的变电站环境、模拟变电站可能发生的各种事故对学员进行培训。

1 变电站培训仿真发展概况

目前变电站培训仿真大致有3种类型:实物性仿真、虚拟性仿真、实物性仿真和虚拟性仿真相结合的综合仿真。

纯软件的虚拟型仿真,就是将变电站的一次、二次设备完全由计算机模拟,接受培训的人员可以从计算机屏幕上直观地看到变电站的实际场景,并进行各种操作和对事故作出处理等。纯软件的虚拟型仿真的优势在于投资小、方式灵活,能模拟多个变电站并且可以扩充和推广,可培训人数多,但学员所面对和接触的是计算机屏幕,无法感受真实的现场环境,并且没有实际动手操作设备的过程,因此培训达不到实物型仿真的真实效果。

由于实物型仿真和虚拟型仿真各有优缺点,所以,现阶段变电站培训仿真系统根据实际的需要将两种方式结合起来,形成具有一定实物规模并且与软件仿真相结合的培训系统,在降低开发成本的同时弥补了各自的不足,提高了培训效果。目前,国内新使用的变电站培训仿真系统更多地采用了实物型仿真与虚拟型软件仿真相结合的综合仿真的模式。

2 吉林油田八家子仿真变电站

吉林油田八家子变电站是60kV/6kV终端变电站。模拟变电站电气的主接线就是采用八家子变电站的主接线形式。负荷方面,结合八家子变电站为油田变电站的实际情况,在常规的负荷线路和电容器之外配备了电机负荷。保护方面,八家子变电站采用传统的电磁保护与微机保护结合的运行方式,因此培训仿真系统配备了常规保护和微机保护。另外,为加强培训效果,还改造使用了6kV高压设备和常规保护屏。具体情况:①60kV侧有3条进线,母线采用单母分段的形式。②两台60kV/6kV变压器。③6kV部分的母线采用单母线分段带旁路形式,每段有2条配出线、1台电机和1台电容器。④6kVⅡ段设备采用电磁保护,其他各设备采用微机保护。⑤6kV部分与原有高压室内的开关柜相联,其他部分的一次设备通过模拟操作盘上的模拟元件来表示。

八家子模拟变电站电气主接线如图1所示。

按照模拟变电站的规模和电气主接线的形式,培训仿真系统实物平台配备了相应的模拟仿真屏,包括模拟操作屏、中央信号屏、60kV测控屏、6kVⅠ段控制屏、6kVⅡ段控制屏及主变压器测控屏等,并将八家子变电站提供的6kV保护屏和6kV高压设备等真实设备改造使用加入仿真培训系统的实物平台中。整个培训仿真系统的结构如图2所示。

培训仿真系统的通讯系统以计算机系统为中心,通过仿真机的双网卡和交换机组成双层局域网。计算机系统中教员机兼作服务机,它一方面负责与其他计算机的联系,另一方面安装有教员机程序,负责学员的操作管理和仿真故障的设置。仿真机负责整个系统的仿真,能够观测控制屏、保护屏、模拟操作盘、直流屏、高压室内开关柜的情况,并根据仿真的结果控制培训仿真系统内设备的动作,表现仿真现象。综合自动化后台机和五防机实现的功能与真实变电站的设备相同。多媒体系统包括有投影仪、多媒实物演示台及音响系统,既能作单独使用,也可以反映仿真机、教员机、综合自动化后台机、五防机的工作情况,安装在多媒体教室内。上位机和下位机网络分开,最大程度地避免了通讯阻塞,保证仿真培训系统通信畅通。

模拟仿真屏屏面体现了模拟仿真屏的仿真功能,能够向学员提供可进行操作的各种仿真设备,以及反映变电站运行状况和事故现象的装置。

模拟操作屏按模拟变电站的主接线图设计。设有断路器指示、模拟刀闸、模拟地线、模拟合闸保险等。另外,还包括所用变、PT的二次部分有关刀闸、保险,以及直流系统主干线下的分支上的刀闸等。具体情况:①在中央信号控制屏上配备60kV和6kV线路的电压监测表,以及对母线操作的把手、按钮和光字牌。②6kVⅠ段测控屏为传统的电磁保护屏,屏面上有指示负荷线路和电机、电容器的电流和功率指示表,以及用于保护动作提示的光字牌。③6kVⅡ段、60kV和主变测控屏采用的是微机保护屏,屏面上安装微机保护面板、压板和相应的操作把手。④模拟仿真屏屏面上所用开关、把手、指示灯等元件,使用与变电所的真实元件相同的元件。主变测控屏、6kVⅡ段测控屏和60kV测控屏上的微机保护面板,按照真实保护装置的外观自行设计。

模拟仿真屏的控制,是培训仿真系统中模拟控制屏的主要部分,直接体现了培训仿真系统的性能和特点,是模拟仿真屏的重要内容。

八家子仿真变电站采用了分布式控制器,将模拟仿真屏的控制由集中式控制转变为分布式控制。由于模拟仿真屏相互间保持独立运行,可以对每一个模拟仿真屏进行单独的安装调试。调试结束即可封装成成品,在培训仿真控制室直接使用。同时,当模拟仿真屏出现故障时,可以直接发现故障所在,对故障模拟仿真屏进行维修,方便寻找故障,避免故障范围继续扩大。

模拟仿真屏屏面上设备的控制信号可以抽象地分为4种信号量:即开出量、开入量、模出量和液出量。开出量是用来控制模拟仿真屏屏面上的信号灯、光子牌以及微机保护面板上的工作指示灯的信号。开入量是表示模拟仿真屏屏面上设备的状态量,包括开关的状态,操作把手打合的位置,压板的投入情况,以及在微机保护面板上的键盘输入等。模出量是用来控制模拟仿真屏屏面上模拟表记显示的信号量,即向表记输出不同的模拟电压来控制表记的摆动,显示不同数值。液出量是用来控制微机保护面板的液晶屏显示的信号量。

2.1 变电站培训仿真系统的硬件部分

变电站培训仿真系统的模拟仿真屏,是实物型变电站培训仿真系统的主体。模拟仿真屏的工作性能直接影响培训仿真系统的整体功能和培训效果。在仿真机的控制下,模拟仿真屏需要按照仿真机的工作指令进行各项工作,同时将学员培训过程中的操作情况反馈回仿真机。

结合现阶段数字芯片的发展和培训仿真系统对控制和通讯的要求,选用ARM芯片为处理器设计模拟仿真屏的分布式控制器。

2.1.1 分布式控制器

模拟仿真屏控制器充分考虑模拟仿真屏的设计要求,所谓分布式控制就是在每个模拟仿真屏内安装控制器,每个模拟控制屏由内部的控制器单独控制。控制装置如图3所示。

对不同的模拟仿真控制屏可以根据其功能在集中控制通讯单元上安装不同种类和数量的功能模块。例如,在主变测控屏上,需要采集大量的压板信息、操作把手的位置信息等,则需要开入模块,并根据开入量,适当地选择开入模块的数量。主变测控屏采用微机保护,在主变测控屏上还需要安装微机保护面板模块,同样是根据需要安装合适的数量。另外,中央控制屏上有模拟表记和指示灯,也是根据需要安装模出模块和开出模块。

2.1.2 以太网通讯部分

以太网通讯是培训仿真系统的通讯主体,它连接了上位机系统和下位机系统。在培训仿真过程中,在上位机之间和上位机与下位机之间传输大量的信息,在培训仿真系统中起着重要的作用。

2.2 功能模块

2.2.1 开入模块

在培训仿真系统中仿真机需要清楚设备的状态,需要大量的开入量信息,如保护屏上压板投切情况、操作把手位置状态、模拟保险投入等开入量信息。本文设计了能够采集32路开入量信息的开入模块。

2.2.2 开出模块

培训仿真系统中有许多动作设备,如信号继电器、工作指示灯等,其动作是由开出模块控制完成的。集中控制单元接收到仿真机的设备动作信息后,经扁平电缆将动作信息发送到开出模块,同时将开出量转为24V并通过接线端子发出,驱动相应的设备。

2.2.3 模出模块

培训仿真系统中,在中央控制屏、6kVI控制屏上有电流、电压和有功、无功功率模拟表,在仿真过程中实时变化。表记的显示的并不是实际测量数据,而是设定值。能够在操作或是设置故障等情况下反映系统的情况。因此,需要有能够控制表记摆动显示数值的模拟电平量。本系统选用D/A转换芯片来完成这项工作。

2.2.4 微机保护面板模块

微机保护是变电站的重要设备,变电站中线路、变压器等设备均由微机保护控制。因此,在培训仿真系统中微机保护仿真是实物平台上不可或缺的部分。实物平台上微机保护仿真是以微机保护面板的形式提供给学员的。液晶显示,键盘输入和工作指示灯成为一体,形成整体功能模块。同开入、开出、模出模块一样,微机保护面板也是通过20线的扁平电缆与集中控制单元相连,在集中控制单元控制下工作。因此,微机保护面板是培训仿真系统与学员交互的设备。学员可以通过操作键盘更改保护的工作方式,如修改保护的整定值和各项参数等。液晶显示部分负责显示保护装置的菜单,当保护动作时显示保护动作提示;工作指示灯则需要配合保护的工作而闪烁。

2.3 培训仿真系统控制器软件部分

变电站培训仿真系统的实物型仿真,重点在于实物设备的实时控制,相互间的动作协调配合。数字化通讯和实时控制也是变电站综合自动化的重要体现。嵌入式实施操作系统在实时控制和通讯方面有着很大的优势,便于移植,适用于变电站培训仿真系统的控制。

在仿真培训过程中,上位机需要和下位机保持实时通讯。仿真机要将仿真的结果和现场设备的动作信息发送到下位机,驱动现场设备动作,同时要得到现场设备的状态,根据现场的情况进行仿真。

教员机有两种工作状态,测试状态和仿真状态。在测试状态时,教员需要知道现场设备的状态,如压板的投入、信号继电器的复位等信息,需要下位机将现场信息发送到教员机。如设备出现异常情况时,教员机能够反映出不正常设备的情况。在教学过程中,做完实验后需要将动作的设备复位,如压板的重新投入,在教员机上要反映还没有投入的压板信息。因此,通讯任务在操作系统中有着重要的作用。

通讯任务既要完成将上位机发出的命令加以解释,通过消息将命令发送给其他相应的任务执行命令,又要将向上位机传送的数据信息进行“捆绑”式发送。

由于变电站培训仿真系统实物平台的特殊要求,上位机与ARM机一直保持连接。在正常仿真过程中还有一些保持系统正常运行的命令发送到ARM机。

3 结论与展望

变电站培训仿真系统是用以对变电站运行值班人员进行培训的最有效的手段。经历了多年的发展,实物型变电站培训仿真系统的实物平台运用了新型分布式模拟仿真屏控制器,并在吉林省油田八家子变电站培训仿真变电站中使用。

实物型变电站仿真系统需针对具体的模拟变电站的结构制作实物模型,一旦建成便很难更改,从而无法根据需要改换功能。因此,如何将实物变电站培训仿真系统的实物模型设计成具有通用性、能够灵活更改使用的模型,成为未来发展的一个方向。另外,虚拟现实技术已在变电站培训仿真系统中应用,将虚拟现实在纯软件仿真中的应用扩展到实物型变电站培训仿真中也是未来的一个发展方向。

参考文献

变电站仿真培训 篇5

摘要： 本文介绍了PCTran/AP1000核电站仿真软件由单机版向分布式培训系统的改进，通过WinSock控件实现了基于TCP/IP协议的网络通讯功能。该系统可以满足核类专业实验教学的要求，对于提高核电站操作人员的认知水平起到积极的作用。

Abstract： This paper introduces a improvement of the PCTran/AP1000 simulation software, making it from a stand-alone version to a distributed training system one. Through the WinSock control, it can realize the network communication function based on TCP / IP protocol. The system can meet the experimental education requirements of the nuclear science major and help the operators of nuclear power plants to improve their cognitive level positively.

关键词： PCTran；AP1000；分布式培训系统

Key words： PCTran; AP1000; distributed training system

1 PCTran/AP1000 简介

PCTran/AP1000是美国Micro-Simulation Technology(MST)公司于1985年开发出的可适用于AP1000电站的模拟仿真与严重事故分析的小型软件。它是一种可通过个人计算机上对反应堆瞬态和事故进行控制的模拟软件。PCTran早期主要采用FORTRAN语言进行编译，后来由于微软公司的Windows视窗平台的普及，因此改写成视窗的版本。其早期仅有几个简单的分析模块，操作界面也仅为简单输出。后来陆续增加了许多分析模块，操作界面也由早期简单的DOS界面发展到现在的Windows的图形用户界面(GUI)。诞生至今，MST公司开发出多版适用于不同堆型的PCTran软件。但由于我国现役及筹建的核电站中大都采用成熟的倒U型蒸发器压水堆堆型，所以这里主要介绍和探讨PCTran/AP1000软件对核电站可能发生的意外事故的模拟和分析，从而得到对事故更为快速合理的预测，也可作为评估核电站事故分析的参考，为我国吸收和掌握外国先进压水堆技术提供一定依据。

2 PCTran/AP1000软件的缺点与不足

①无法模拟蒸发器给水管道破裂事故，无法正确反映蒸发器在受到大冲量时的动态响应，无法在运行过程中进行参数实时调节等；②系统可扩展性是软件设计的另一个重要指标。一个好的软件系统，不仅能够实现设计初所预订的功能，还需要为其余功能的实现预留一定的可扩展余地。由于PCTran对数据和模块采用内部封装，使得无法从外部直接对数据进行访问，因此PCTran的可扩展性并不出色。同时，由于PCTran未采用模块化设计，也为系统的功能完善和扩展带来了困难；③目前的PCTran软件只能在单机上运行，所有初始工况参数以及故障模拟的参数都由用户自行设置，不利于培训用户自行判断故障原因并采取对策的能力。

对以上不足的改进：由于①、②点是PCTran/AP1000软件固有的缺点，我们无法改变其内部参数，在此只针对第三点做出改进方案，即PCTran/AP1000分布式培训系统的设计。

该软件主要功能是：可由教练员（培训老师）在服务器端选择故障类型或初始运行参数并发送给客户机端，当客户机端程序收到来自后台的数据后，启动PCTran/AP1000仿真核电站软件，各项运行工况的瞬态数据将相应发生变化，客户机端的学员（受培训人员）在预先不知道故障类型的情况下，要根据运行瞬态数据的变化和各种变化趋势图进行故障分析和判断故障类型，以及采取重置相应的运行参数以达到排除故障的目的。

教练员可监看学员的操作，并给予指导和评价。 在局域网环境中，1台服务器应至少可带50台客户机，以满足培训的需要。

3 系统功能设计描述

该软件主要功能是：先由教练员（培训老师）打开服务器端监控程序，学员在客户机端登录系统，教练员可在服务器端看到已登录的学员信息（姓名、学员编号和IP地址）。教练员在服务器端选择故障类型或初始运行参数并通过网络发送给学员所在客户机端，当客户机端程序收到来自服务器的.数据后，启动本地的PCTran/AP1000仿真核电站软件，PCTran按照教练员指定的初始条件和故障类型运行，界面上各项运行的瞬态数据将相应发生变化，学员要根据运行瞬态数据的变化和各种变化趋势图进行故障分析和判断故障类型，以及采取重置相应的运行参数以达到排除故障的目的。

3.1 服务器端模块设计

服务器端模块的主要功能是：①参数设置。可由用户设置端口号以便与客户机端进行网络通讯，可设置数据库文件的路径，以便从数据库中存取PCTran运行初始条件数据和故障类型等参数。②运行初始条件设置。PCTran的运行初始条件是定义模拟稳定条件的数据的一种设置。除了软件提供给用户的前五个初始条件使用时不能改变的以外，其它的初始条件可由用户自行设置。本功能可由教练员设置并保存初始条件数据。③学员登录信息查看。服务器端程序开始运行后，不断监听来自客户机端发来的信息，如果是登录信息，则把学员姓名、学员编号、客户机IP地址显示在服务器端程序的列表中，如果客户端退出系统，则自动将对应的学员信息从列表中删除。④故障类型与初始条件选择与发送。服务器端程序运行后会自动从数据库中读取故障类型（20种）和已有的初始条件数据并分别显示在下拉列表框和表格中，以供教练员选择。当教练员选好了一种故障类型和一种初始条件后，可以点击“启动程序”将数据发送给选定的学员客户机。

3.2 客户机端模块设计

客户机端模块的主要功能是：①参数设置。可由用户设置服务器IP地址、端口号以便与客户机端进行网络通讯，可设置数据库文件的路径，以便预先设置PCTran的数据库中初始条件数据和故障类型等参数。②登录服务器。学员在登录界面中输入自己的姓名、学员编号后点击“登录”键，可将姓名、学员编号及客户机IP地址数据一起发送给服务器。③故障类型与初始条件接收并运行PCTran。当收到服务器端传来的运行参数信息后（包括故障类型、初始条件），提示学员是否开始运行本机上的PCTran程序，学员确认后系统先自动设置本机PCTran的数据库中初始条件数据和故障类型等参数，然后自动启动PCTran模拟核电站运行。

4 结论

核电站模拟仿真与严重事故分析是核电研究的重要方向之一，基于普通电脑的核电站模拟仿真软件的开发受到全世界广泛的关注。本文以PCTran为模型，对可用于PC的AP1000核电站模拟仿真软件进行了分析和研究，并针对PCTran的不足设计开发了一套分布式培训系统并对该系统进行了局域网环境下的调试。

由于时间有限，本培训系统还有一些不够完善的地方，以后还可以进一步提高系统的稳定性以及再增加一些相关功能，如：学员培训数据的记录等（记录各学员培训的时间、故障类型与初始条件、学员得分情况）。

参考文献：

[1]吕崇德等.仿真技术在中国电力工业中的发展及应用[J].系统仿真学报，，11(4):224-227.

[2]于涛.压水堆运行堆芯物理过程PC机仿真和演示平台的研究[硕士论文].

[3]舒睿，许川.秦山核电二期工程严重事故研究[J].核动力工程，，24（s1）：36-39.

[4]董玉杰.核动力系统工程与电厂分析仿真机的发展.计算机仿真，，1，15（1）.

智能变电站培训方案研究 篇6

关键词：培训方案；培训需求分析；培训方案组成要素；培训方案评估

目前，中国国家电网公司正在建设坚强智能电网，坚强智能电网建设包含六大环节，分别是发电、输电、变电、配电、用电和调度。智能变电站作为变电环节的主要内容，是坚强智能电网的重要基础节点，也是目前智能电网建设中开展最好的一项工作。近几年，大批智能变电站先后建成并投入运行，相较传统变电站的运维模式发生了重大的改变，概括起来就是：一次设备智能化；二次设备网络化；智能高级应用。这些新的情况对运维人员的素质提出了更高的要求，如何培养掌握智能变电站运维技术的高素质人员成为亟待解决的问题，因此研究一套高效、实际的智能变电站运维培训方案，将具有非常大的实际意义。本文通过对智能变电站运维岗位进行调研和培训需求分析，确定培训方案的组成要素，并提出通过培训实践方法对培训方案进行评估、修正和完善，以期得到最佳的智能变电站运维培训方案。

一、智能变电站运维培训需求分析

（一）运维人员现状调查

通过对辽宁省公司系统内的4座220kV智能变电站和1座66kV智能变电站的运维人员，以及电网调控中心监控人员进行问卷调查和实地调研后得出以下结论：大多数人对于智能变电站的认识还处于初级阶段，对于智能变电站的设备和技术掌握的还不够深入，获取智能变电站相关知识技能的主要来源有自学、参加理论培训、现场参观学习、现场设备安装调试等，知识的掌握不系统，知识点很离散。通过调研，发现目前运维人员相对欠缺的主要是智能变电站新设备的原理和使用、智能变电站的网络通信系统、以及智能变电站的智能高级应用功能。如：电子式互感器原理，合并单元和智能终端的原理，数字式保护测控一体装置的使用，网络记录分析仪分析仪的使用，智能变电站的全站通信网络构架，SV、GOOSE和MMS网络构架， GOOSE网络的跳、合闸方式，全站对时方式，以及智能高级应用的等。

（二）培训需求分析

通过调研结果分析，可以确定智能变电站运维人员目前最急需补充的理论知识包括：智能变电站新设备的原理（包含一、二次智能设备）、智能变电站的网络通信系统、智能高级应用功能原理等。需要补充的技能包括：智能变电站新设备的使用，智能变电站的倒闸操作以及异常和事故处理等。

随着国家电网公司“三集五大”改革的推进，“调控一体化”运行模式将是未来电网运行的主要方式，相比以往的变电站运行方式，“调控一体化”运行模式的监控系统、操作方式等方面都发生了很大的改变和进步，一些智能变电站目前已经实现了无人值守和集中监控，因此调控中心的监控人员也需要了解智能变电站的运行方式和监控特点。

二、培训方案组成要素

智能变电站是融新技术、新设备、新知识于一体的系统工程，相对于常规变电站其运维模式发生了很大变化，因此也将使相应的培训方式发生变革。对于智能变电站的新知识和技能，只有通过高效且有针对性的培训平台，采用多种教学方法对他们进行智能变电站的系统培训，使学员不仅能够掌握智能变电站先进设备的基本理论知识、通信网络结构，还能够掌握新设备的使用，以及变电站的正常操作、异常处理和事故处理，做到理论和实践相结合，从而取得良好的培训效果。

（一）确定培训目标

通过培训，应使智能变电站运维人员掌握智能变电站的基本知识和必要的操作和维护技能，更好地适应智能变电站调控与运行维护需要，从而保障电网的安全稳定运行，为坚强智能电网建设保驾护航。

（二）选择培训内容

通过前述的运维人员调研和培训需求分析，可以初步确定培训内容，见表1：

（三）确定培训对象与培训师资

培训对象应包括调控智能变电站的电网调度员、电网监控员，以及智能变电站的运维操作、检修人员和技术管理人员。

培训师资应以国网公司各级技能培训中心的从事智能变电站培训的专职培训师为主体，并适当聘请企业和科研院所的智能变电站运维相关专家为兼职培训师，两者结合作为培训师资力量。

（四）选择培训方法

培训方法的选择，应以培训达到最佳效果为目标。针对智能变电站运维人员知识和技能两方面的欠缺，应采用理论授课与实际操作培训相结合的方式。对于理论知识型的培训，可采用讲授法、演示法、案例法、讨论法等方式进行培训。对于专业操作技能，应采用仿真实操培训最为有效。

目前国内已经针对智能变电站运维培训开发出了专门的智能变电站仿真培训系统，包括软件仿真和硬件仿真培训系统。单纯的软件仿真系统，对于培训学员进行智能变电站的监视、倒闸操作、异常和事故处理能够达到很好的效果。而硬件仿真培训系统，采用了与智能变电站现场实际相一致的部分真实二次设备，包括合并单元、智能终端、数字式继电保护装置、对时系统、网络记录分析仪、网络交换机等真实设备，并按照智能变电站“三层两网”的原则构成了网络通信系统，采用硬件仿真培训系统，能够对学员进行智能变电站新设备使用培训。把智能变电站软件仿真培训系统和硬件仿真培训系统结合起来，就构成了智能变电站混合仿真培训系统，利用该系统进行培训就可实现智能变电站专业操作技能的全覆盖培训，能够取得最佳的培训效果。

三、培训方案的评估和完善

每一个培训方案制定后，都应该在实践中检验它的合理性和有效性。因此在每次运用智能变电站运维培训方案进行培训后，都要进行培训成效评估，以便及时修正、完善培训方案。可以主要进行以下几方面的工作：首先，从培训方案自身的角度来考察，看培训方案的组成要素是否合理，各要素前后是否协调一致；看被培训对象的反应，对此培训感兴趣的程度以及培训需求能否得到满足；看运用此方案进行培训后，传达的信息能否被培训对象所吸收。其次，应该通过培训的实际效果来考察，即计算培训的成本和收益之比。培训的成本包括培训需求分析费用、培训方案的设计费用、培训方案实施费用等。若成本低于收益，则说明此方案可行；若成本高于收益，说明此方案不可行，应找出原因，设计更优的培训方案。然后继续在培训实践过程中对方案进行修正、完善，循环往复，以至最佳。

综上所述，本文首先通过对智能变电站运维岗位进行调研和培训需求分析，进而确定培训方案的组成要素，包括培训目标的确定、培训内容的选择、培训对象与培训师资、采用的培训方法等要素，提出了一个对智能变电站运维人员进行培训的方案，并提出在培训实践中对培训方案进行评估、修正和完善的方法，以期在不断的改进中得到最佳的智能变电站运维培训方案，为智能变电站建设提供培训支持。

参考文献：

[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京.中国电力出版社，2010，4.

[2]高翔.智能变电站技术与[M].北京.中国电力出版社，2012，4.

[3]许建刚，吴曦 .智能化变电站运维问题探讨[J].供用电，2013 （01）.

[4]邱艾超 .员工培训方案的组成要素分析[J].现代企业教育，2005（11）.

变电站仿真培训 篇7

为保证变电站安全可靠地运行,对变电站工作人员进行接近实际操作情况的培训,以减少各种人为操作事故是非常必要的[1,2,3]。目前的各类培训系统,大多以文字、接线图、数字图表或简单的漫游方式进行实际系统的仿真,无法逼真地模拟人与设备的实时交互功能,培训过程的真实度不够[4,5,6,7,8,9]。文献[10-13]实现了三维仿真及动态操作,但由于只是场景、设备的变化,场景中没有“人”的操作,沉浸感不够。

本文采用虚拟现实技术和虚拟人技术构建的三维变电站仿真培训系统具有明显的优越性。在该系统中,不仅对变电站的各个设备,如主变、断路器、隔离开关等,进行了三维建模,还加入了设备状态的变化,定义了各类虚拟人行为,实现了通过虚拟变电站操作人员在三维场景中完成设备巡检、倒闸操作等。系统中的虚拟人是决策任务的实际执行者,其通过接收受训人员的指令来仿真实际的操作过程;受训人员是变电站操作中的决策者,其在虚拟变电站中进行巡视和形势评估,做出决策,发布各种指令来控制虚拟人的行为。受训人员能在没有任何危险的情况下,高效地模拟变电站运行中的各种操作,这大为加强了学员的直观感受,增强了培训效果。

1 仿真培训系统框架

三维变电站仿真培训系统的框架由3个部分组成,即几何建模、行为建模和场景驱动,如图1所示。首先定义变电站设备、其他物体和虚拟人的三维几何模型;然后对虚拟人和动态设备进行行为描述,制作关键帧动画;最后根据三维几何模型信息和行为信息,设计场景驱动引擎,渲染场景并读取静态模型和动态模型文件,完成场景的各类驱动功能,最终形成完整的虚拟仿真培训系统。

2 几何建模

几何建模是通过几何方式对物理或数学物体的形状进行描述。本文通过二维几何模型和三维几何模型对变电站设备和虚拟人进行表示。

2.1 变电站设备模型创建

变电站设备模型采用3ds Max软件制作。首先单独建立各种设备的模型,如隔离开关、断路器、操作箱、变压器、控制柜等;然后构建场景环境,如围墙、大门等;最后将各个设备放置到场景中,并为墙体、控制柜等贴上图片来表现真实的变电站场景。

2.2 虚拟人模型创建

虚拟人是人的各种特性(如几何、行为、感知、情感、心理和社会性等)在虚拟空间中的数字化表示,它是完全由计算机系统生成的三维图形实体,能够在虚拟世界中模拟真人的各种特征。虚拟人模型采用Poser软件制作,Poser软件具有丰富多彩的人体三维模型,免去了人体建模的繁琐工作。但利用Poser制作的虚拟人模型的面片数很多,影响了三维仿真场景的漫游速度。将Poser模型以3ds格式导入到3ds Max软件中,并对其进行简化,以提高漫游速度。虚拟人制作的具体步骤包括:利用3ds Max软件的Multi Res修改器,大幅度减少人体模型的三角面片数;利用3ds Max软件的unwrap修改器,对模型进行平面展开,并导出512×512的坐标图;将坐标图导入到Photoshop中,制作虚拟人的衣服、安全帽、鞋、脸、手等贴图;通过行为建模完成虚拟人的行为动画。虚拟人的制作流程如图2所示。

3 行为建模

虚拟人行为仿真是一种计算机动画技术,包括虚拟人体模型的构建、人的动作过程仿真、语言交流和面部表情等的仿真。本文主要研究虚拟人的人体模型构建和虚拟人各种行为的模拟。变电站场景中的虚拟人行为主要有站立、行走、蹲下以及操作变电站设备等。虚拟人的各种动作通过骨骼动画技术和关键帧技术实现。首先,利用Milk Shape 3D软件,对虚拟人进行关节驱动,通过关节的旋转和移动实现虚拟人动画,进而实现虚拟变电站场景中虚拟操作员各种动作的模拟。系统中的行为设计可归纳为操作员行为设计和设备的动作设计2部分,如表1和表2所示。操作员行为与设备动作的关系如图3所示。

4 场景的驱动

场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互,并使虚拟场景活动起来。为了实现场景的驱动,需要定义虚拟人如何在三维虚拟场景中进行行动以及虚拟环境如何发生变化。考虑该部分的复杂性,将其分解为行为控制、运动控制和路径规划3个模块。虚拟人和设备的行为和运动控制过程如图4所示。

4.1 行为控制

行为控制模块具有决策功能,它负责确定虚拟人要执行的下一个命令,并且决定虚拟人行为与其相关设备动作的对应关系,以确保虚拟人对设备操作时,相应的设备会与之交互。行为控制模块还负责实现用户的操作:当受训人员选择某种操作时,相关命令被传递给行为控制模块,它将虚拟人的行为与设备的动作发送给运动控制模块来完对成相应的动作。

4.2 运动控制

行为控制模块决定虚拟人的行为选择,而运动控制模块负责实现该行为的具体动画序列。运动控制模块利用几何模型文件、动画模型库实现场景中的动画,采用同时播放虚拟人行为的动画序列与受相应行为影响的设备的动画序列来实现对场景的动态、交互式操作。

4.3 路径规划

路径规划在虚拟人自动操作演示中是必不可少的。针对特定的演示项目,系统预先给虚拟人设置若干关键点的坐标,在虚拟人到达某关键点后自动演示某项变电站操作。

系统采用的路径规划方法只考虑了系统的X-Z平面。设虚拟人的空间位置信息为(x,y,z),取其第1维和第3维分量,将虚拟人映射到X-Z平面上,从而将虚拟人的行走简化为二维平面上的质点的运动。

下面对算法的基本步骤进行说明。

a.根据虚拟人的移动方向和虚拟人的行走步长确定虚拟人的下一位置,并与目标位置相比较。若与目标位置的距离差为零,则结束,否则执行步骤b。

b.当与目标位置的距离小于步长时,根据距离差对步长值进行修正,减小下一步的步长值。

c.返回步骤a继续执行。

5 结论

系统仿真结果分别展现了虚拟操作员的站立、行走、按按钮、扳刀闸、旋转开关和蹲下等典型行为,具有较强的真实感,较好地模拟了变电站场景和虚拟人的各种操作。

系统具有良好的交互性,强调人与虚拟环境之间的协调,具有实时、动态的特点,适用于针对变电站操作的仿真培训。

摘要：为提高变电站仿真培训系统的真实感,对变电站虚拟场景中虚拟人的行为模型进行了研究,设计出了基于虚拟人行为的三维变电站仿真培训系统。系统框架由几何建模、行为建模和场景驱动3个部分组成。几何建模部分采用二维和三维几何模型对变电站设备和虚拟人进行了表示。行为建模部分通过动画技术对虚拟人的行为和设备的行为进行了仿真。场景驱动执行引擎负责实现虚拟人和物体的交互,以及虚拟场景的渲染和漫游。

变电站仿真培训 篇8

建设一套与实际相结合的变电站仿真系统可以实现各级检修及运行人员的离线技能培训, 通过仿真模拟变电站的真实运行工况及各类型故障, 提高相关人员的技能水平。本文主要介绍贵阳供电局与北京科东电力控制系统有限责任公司合作开发的多级联合仿真培训系统TS2000的总体结构, 阐述了该系统若干关键技术的实现以及现场应用效果。

1 系统结构

变电站数字物理混合仿真培训系统的总体结构如图1所示。其中数字仿真系统实现变电站及相关局部电网的实时仿真数据量的模拟。原有的变电站测控系统实现对全站工况的的监控与报警。数字仿真系统产生的数字信号通过高速总线发送给接口及模拟部分。从而实现与真实变电站一致的培训环境。

数字仿真系统基本功能简介如下:

(1) 实时电网及全电网仿真服务器。实时电网服务器负责运行教学变电站相关的电磁暂态仿真程序, 由双CPU构成, 一个CPU用于仿真计算, 另一个运行通信及协调软件, 为信号输入输出接口提供准确、可靠的数字信号源。

(2) 调度员学员台。该子系统为学员提供真实的控制中心环境和SCADA软件功能。实时电网仿真程序模拟前置机向SCADA系统发送仿真电网的遥信遥测数据。调度员学员台可仿真数据采集和更新、派生数据计算和数据处理、越限和变位监视、拓扑着色、报警处理和人机界面等SCADA软件功能。

2 关键技术及其实现

数字物理混合仿真接口技术

数字物理混合仿真接口保证了实时地将数字量转换为模拟量。

系统采用PCI总线技术将各功能模块紧密集成。数字模拟转换器精度为16位, 具有多路同步D/A转换输出的能力。实时操作系统通过软件信号驱动数字模拟转换器、开关量输入输出器, 电网实时仿真数字信号经数模转换、电流和电压功率放大器处理后转换为足以驱动变电站实际二次设备的电流、电压模拟量。

实际设备的位置辅助触点连接至开关量输入器, 当位置发生变化时, 辅助触点的电位发生变化, 开关量输入器根据采集端子的电位可以判断出状态变化并将其转换为0或1的数字量。同时, 中断服务例程定时通过PCI总线读取开关数字量, 从而实现开关或刀闸状态的采集。

3 小河教学基地实施方案

在原有的小河教学变电站二次回路中, 接入仿真系统, 模拟现场CT、PT二次侧电压电流, 采集相关开关量状态, 将变电站二次设备驱动起来。其他一、二次设备均采用原有综合自动化设备不做改动。

3.1 硬件系统配置

3.1.1 仿真服务器为了满足系统性能要求, 实时仿真计算机的具体配置为

CPU:2颗2.13GHz Intel Xeon四核4MB Cache, 4GB内存, 146GB SAS硬盘, 15K RPM, 网络适配器:100/1000MB Adapter 2块

3.1.2教员机

教员机主要用于教案编制、运行方式的整定、一二次故障设置、系统维护管理、数据组织和对学员的监管等功能。采用DELL OPTILEX 960MT, 具体配置为:

英特尔 (R) 酷睿 (TM) 4核处理器Q94002.9GHZ, 2G内存, 250GB硬盘, PCI 1000M网卡, 显卡:ATI Radeon HD 4870 512M独立显卡, 键盘、鼠标、电源线, 19寸宽屏液晶显示器, 操作系统软件为windows XP professional edition操作系统。

3.1.3 信号输入输出接口装置

信号输入输出接口装置是I/O信号扩展转换箱, 高速、高精度同步输出数字模拟转换器, 高速通信及开关量输入输出系统, 电流、电压功率放大器构成。

3.2 软件配置

操作平台采用Linux实时操作系统, 应用软件根据小河教学变实现功能的情况配备:仿真软件支撑平台软件, 交互式、全过程电磁暂态仿真软件, I/O接口软件。

4 现场应用情况

110 k V小河教学变采用数字物理混合技术进行仿真, 其主接线如图2所示, 小河教学变及相关电网一次设备仿真采用数字仿真进行模拟, 通过信号输入输出接口装置驱动小河教学变的二次设备。图3是母线发生CA相永久接地故障的仿真结果, 其中从图3可以看出:在t=100ms时发生设定的故障, 110k V#1母线的C和A相电压降低为0, 110k V#1进线中A和C相由额定电流增大至1.63k A (有效值) , 在t=200ms时, 110k V#1进线的母线侧开关三相跳闸后切断故障电流, 110k V#1进线电流和110k V#1母线电压均降低为0。表明该培训仿真系统可以达到严格的实时性要求。

5 结论

本文介绍数字物理混合仿真技术在小河教学变电站的运用。解决了目前现有仿真系统与实际脱离、培训效果不佳的缺点, 成功实现了变电站综合自动化系统与仿真系统的联合一体化仿真。从而使的培训人员, 在一个真实的环境中得到锻炼, 提高自身的技能水平。

参考文献

[1]王邦志, 林昌年, 蒲天骄等.变电站集中监控仿真培训系统的设计与实现[J].电网技术, 2004, 28 (15) :21-24.

变电站仿真培训 篇9

特高压电网具有输送容量大、输电距离远、线路损耗较低、单位走廊占地省、经济性能好等优点, 是我国西电东送的一个重要手段。而作为特高压电网关键技术的特高压变电站的安全运行, 对维持电力系统稳定, 保证电网的可靠供电具有十分重要的意义, 其中特高压变电站培训仿真系统是目前研究的重点和热点。

相关学者对特高压变电站仿真培训系统的研究进展和趋势作了系统的描述[1];湖北超高压输变电公司、北京科东电力控制系统有限责任公司和东北电网有限公司大连培训中心相继进行了1 000kV特高压变电站仿真培训系统的开发, 并在相关文献中介绍了1 000kV特高压变电站仿真培训系统的功能、特点和设计思路[2~5]。但是, 特高压变电站培训仿真系统作为相关运行人员的培训工具, 上述研究涉及培训效果评估的较少, 不利于掌握学员的培训效果, 同时也影响了仿真培训系统的广泛应用。为此, 本文提出了一种基于智能评估的特高压变电站仿真培训系统的开发策略。

1系统构成

基于智能评估的特高压变电站仿真培训系统由特高压变电站仿真子系统、智能培训子系统、培训管理子系统、软件支持子系统组成, 如图1所示。

(1) 特高压变电站仿真子系统对特高压变电站的正常运行、系统异常进行了仿真。其中, 变电站故障与异常的处理培训是系统的重要部分, 故障类型包括开关/刀闸故障和异常、变压器本体及相关故障和异常、运行人员的误操作、智能装置的故障和异常等, 以及由上述各种故障和异常组合构成的复合故障。

(2) 智能培训子系统是整个仿真培训子系统的核心, 其主要功能是针对特高压变电站仿真子系统的内容对学员进行培训, 最后对培训效果进行评估。

(3) 培训管理子系统负责协调特高压仿真子系统与智能培训子系统间的信息交互, 包括系统的配置, 对学员系统模型和教员系统模型信息的管理, 以及系统的启动和退出。

(4) 软件支持子系统为整个仿真培训系统的运行提供支撑, 采用支持交互式、分布式仿真系统的仿真软件开发平台, 该平台使用基于高层体系结构 (HLA) 的运行支撑环境, 同时利用了基于OpenGL的电力系统虚拟场景三维开发引擎。

2智能培训子系统的功能实现

2.1系统组成

基于智能评估的智能培训子系统主要由学员系统模型、教员系统模型、专家系统模型以及智能评估系统模型组成。

(1) 学员系统模型是智能培训系统实施个别化教学的核心, 用于描述学员的知识状态、学习能力和学习历史。该模块根据学员与系统之间的交互操作历史, 对学员的学习进步情况进行动态调整[6,7]。

(2) 教员系统模型是组织、 管理和实施整个教学活动的中心, 由教学目标模块、 教学任务模块、 教学分析模块、教学策略模块和教学效果测试模块构成。该模块根据学员模块情况做出智能化的教学决策, 评判学员的学习效果, 提出改进方法和意见等。

(3) 专家系统模型用于根据知识库对教员系统生成的问题进行求解, 采用 “知识”+ “推理”的模式, 主要由知识库、 数据库、 推理机、 解释部分以及知识获取组成[8]。

(4) 智能评估系统模型是智能培训仿真培训系统的核心部分, 它主要利用专家系统模型解决方案与学员系统模型解决方案比较得到的偏差, 对学员的能力和总体水平进行评估。

2.2工作流程

智能培训子系统的工作流程如图2所示。

(1) 教师先通过人机界面与教员系统模型进行交互, 从而生成培训问题。

(2) 生成的问题分别被传输到专家系统模型和学员系统模型。专家系统通过数据库、 解释部分和知识获取部分, 根据知识库中的知识进行推理生成相应的专家系统解决方案;同时学员利用自己已有的知识, 结合自己的判断分析, 生成问题的学员解决方案。

(3) 系统将学员解决方案与专家系统解决方案进行比较, 得到两者的偏差。

(4) 将得到的比较偏差输入到智能评估系统, 由智能评估系统分别对学员的学习能力和总体操作水平进行评估, 评估步骤如图3所示。

图3中, 将比较偏差输入评估系统后, 分别进行学员学习能力的评估和总体学习水平的评判, 经过读取训练表、确定评估指标、获取权重集、模糊评估后, 最终得到学员的学习能力评估值和总体操作水平评判值。在进行智能评估的过程中, 模糊评估的实现是其中的关键。为此, 本文采用基于模糊数学的综合评估方法, 根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价, 即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价, 能较好地解决在学员培训过程中出现的重复操作次数多、思考时间长等模糊、难以量化等问题。

(5) 将智能评估系统对学员的能力评估结果和总体培训结果反馈给学生系统模型和教员系统模型, 两个模型根据反馈结果更新相应的状态信息;同时教员系统根据学员的水平与学习情况自动选择、调整学习内容和进度, 从而决定是否进行下一阶段的培训。

3工程应用

基于智能评估的特高压变电站仿真培训系统是一套集1 000kV特高压示范变电站仿真和特高压电网仿真于一体的综合仿真培训系统。为了增强对相关人员的培训效果, 特高压仿真培训系统结合系统自身的特点和调度监控系统的功能, 为学员培训提供了一个虚拟的工作环境。系统采用了交互式操作管理模式, 所有操作 (如设置故障、人工置数、控制现场设备等) 均通过弹出的智能性菜单来进行。在对学员进行培训时, 教师设置主变高压套管纵裂故障, 系统将故障问题自动同时发送专家系统和学员系统中, 在经过短暂的分析后, 两者提供了几乎相同的解决方案。 这样, 学员的实际操作情况与专家系统提供的解决方案接近, 智能培训系统对学员的学习能力评估结果变好, 同时更新学员系统模型和教员系统模型, 使得系统能够自动调整学习内容和进度, 进入下一环节的培训。图4为#1学员针对主变高压套管纵裂故障的学习能力评估结果。

4结束语

本文针对特高压变电站相关工作人员培训存在的不足, 提出了基于智能评估的特高压变电站仿真培训系统的开发策略, 并将该系统应用于山西大同分部特高压变电站相关人员的培训工作中。运行结果表明, 采用智能评估技术后, 仿真培训的先进性、准确性得到了提高, 在提升学员培训效果的同时节约了培训时间, 取得了一定的社会效益和经济效益。为了使智能培训的效果更加理想, 系统中某些环节仍需要做进一步研究, 例如在专家系统的评估策略、推理机制等方面仍存在不足, 希望今后从事该领域研究的相关人员能够进行更加深入的研究, 从而使智能培训效果取得更大进步。

参考文献

[1]丁宇哲.变电站仿真培训系统研究进展及趋势[J].科技创新导报, 2008, 34 (2) :7, 8

[2]陈小珞, 廖自强.1000kV特高压变电仿真培训系统功能设计与开发[J].湖北电力, 2009, 33 (S1) :67~69

[3]王邦志, 林昌年, 蒲天骄, 等.变电站集中监控仿真培训系统的设计与实现[J].电网技术, 2004, 28 (8) :21~24

[4]黄文涛, 魏文辉, 吴季浩, 等.基于变电站数字物理混合仿真技术的多级联合仿真培训系统[J].电网技术, 2008, 32 (23) :95~98

[5]王永清, 赵连政.特高压变电站数字物理混合仿真培训系统[J].中国电力教育, 2010 (30) :234, 235

[6]王开峰.基于案例的飞机排故模拟和智能训练技术[D].南京:南京航空航天大学, 2007

[7]张文浩.飞机燃油系统故障模拟培训系统的研究[D].青岛:青岛科技大学, 2013

变电仿真培训质量的提高问题研究 篇10

一、变电仿真培训分类

电力培训中心开展多层次的变电仿真培训, 提高全体变电运行人员操作技能水平和事故处理能力。根据现有的仿真系统培训目标的定位, 培训对象主要分为以下几个层次。

(一) 岗位取证培训。

岗位取证培训主要分为上岗取证培训和已取到上岗证的员工定期复审轮训两大类。上岗取证培训的人员, 目前主要是新进员工, 他们从以理论教学为主的学校到实际的工作岗位, 其跨度相当大。他们具有一定的电气理论知识, 但实践经验缺乏, 仿真培训将为这种跨越提供成功的对接。上岗取证培训, 主要学习调度规程、倒闸操作规程, 编写相对简单的倒闸操作票并根据操作票进行规范化的倒闸操作训练、设备的巡视及进行相对简单的事故分析判断和处理, 为他们快速胜任变电运行工作搭建良好的平台。对于取证员工的培训主要以讲授、示范和操作训练相结合的培训方式为主。

(二) 岗位复审培训。

已取到上岗证的员工每三年参加一次复审培训, 他们具有较丰富的实践经验, 复审培训则以新版或新修订的与变电运行相关的规程、规定中新修订条款为内容进行宣贯, 开展省调年度继电保护整定方案及运行规定要点及反措宣贯、“四新”技术在系统中的应用的介绍和变电运行典型事故案例分析判断和处理、现场运行经验交流研讨。使受训的运行人员不仅温故而知新, 而且达到更上一层楼的效果。对于复审员工的培训主要以讲座、讨论交流、分析判断处理为主并辅以必要的技术讲解。

(三) 职业技能鉴定前的培训和鉴定。

以职业技能鉴定促进运行人员运行技术技能的提升, 仿真站为将要参加技能鉴定的人员提供了事故分析判断和处理的训练及技能鉴定的平台。帮助参加技能鉴定的人员较系统地掌握实际操作技能, 熟悉各种事故和故障的现象、特点、分析判断和处理的方法, 快速提高他们的技术技能水平和心理素质。仿真站的应用使职业技能鉴定工作走上规范化、科学化的轨道。

(四) 班组长及以上人员的培训。

随着电网的快速发展, 新设备、新技术不断地在变电站中进行推广和运用, 新规程规定的不断实施, 使变电运行人员, 特别是变电运行班组长及以上人员面临着不断进行知识更新的需求。开展事故预想并进行危险点分析和预控, 推广执行任务令, 二次回路操作规定, 典型事故处理, 大二次、调控一体化信号的分析处理, 智能变电站一、二次设备, 安全管理培训, 撰写专业技术、管理论文或总结 (心得) , 以提高他们的综合能力。

(五) 技能竞赛前集训和竞赛。

为提高变电运行人员学习技术技能的积极性, 相关部门会定期地组织各种形式的技术技能竞赛, 通过竞赛推动了运行人员技术技能水平的提高, 营造出“比、学、赶、帮、超”的良好氛围。而仿真站是选拔参赛选手和赛前集训及竞赛的最好场所。近年来的这类比赛均在仿真站进行, 因此以竞赛为目的的仿真训练比以提高运行技术技能水平为目的的仿真培训更具针对性。改变了过去由于变电站操作受客观条件的限制, 技能竞赛考试只能“纸上谈兵”的局面。

二、现阶段各大院校及单位的仿真系统存在的局限性

(一) 针对性相对较弱。

采用物理模拟的仿真站受硬件 (模拟盘、台、一次设备) 建造的限制, 只能是一个相对典型的变电站场景或界面, 即使部分采用虚拟变电站环境的仿真站, 其灵活配置不同变电站的能力也是有限的, 从而使仿真环境与变电站值班人员真正面对的作业对象之间存在很大差异, 因而使运行值班人员在倒闸操作、事故处理的训练上受到很大限制。

(二) 事故仿真能力有限。

在变电站的实际工作中, 事故的形态是复杂多样的。事故发生时, 除断路器跳闸及相应的声、光信号动作外, 还可能出现爆炸、燃烧、浓烟、设备损毁甚至人员伤亡等恶劣情况, 而现有仿真系统通常只能模拟前者, 对后者的模拟能力接近于零。但恰恰是后者, 会给值班人员以强烈的感官刺激、心理震撼和精神压力, 使他们紧张、恐惧、焦虑, 从而影响他们在事故处理中的判断、思维和行为能力。

(三) 异常情况的仿真能力不足。

在变电站的日常运行工作中, 异常情况的发生概率远比事故高得多, 实际上, 异常情况的复杂性, 判断和处理的难度甚至高于一般的事故。其频繁、多发、随机的特点成为变电站运行人员能力、素质、技术水平的真正挑战。而现有仿真系统对这些事件的仿真能力明显不足。

(四) 仿真培训模式与变电站值班方式的冲突。

现有仿真培训模式需要接受培训的人员脱产一段时间。受仿真站布点的限制, 大多情况下还必须易地进行。而变电站运行工作具有连续性的特点以及少人值班、减人增效等措施的推行, 使这种脱产培训的安排日益困难。

(五) 现有仿真培训的方式方法有待提高。

仿真培训质量与仿真设备配置、培训方法密不可分, 目前的仿真培训站一般根据初次培训与复审两大类进行培训, 对不同层次的值班员培训内容雷同, 缺乏针对性, 难以提高受训人员的积极性。

三、在现有条件的基础上提高仿真培训水平的方法

(一) 诊断学员错误, 分析原因并采取纠正措施。

在进行倒闸操作培训时, 仿真培训系统将学员的每一步操作都与标准操作票对比, 判断是否有操作错误, 若有操作错误, 分析是操作顺序不对, 还是违反“五防”, 并提示当前应该操作哪个设备。在进行巡视培训时, 仿真培训系统将学员巡视过的巡视点记录下来, 并诊断学员对巡视点状态的判断是否正确。在学员处理事故时, 仿真培训系统监视学员操作, 对不正确的操作处理给出指导。虽然处理事故要遵守操作规程, 但都是一些大原则, 不像正常倒闸操作要严格按照操作票进行, 因此较不易做到对事故处理的实时指导。

(二) 根据学员的水平与学习情况选择、调整学习内容和进度。

例如, 培训初期, 学员知识水平有限且对仿真环境不熟悉, 若严格按操作票校验其操作, 很难完成培训任务。有些系统将倒闸操作培训由易到难分为几个培训级别, 引导学员循序渐进地学习。

(三) 自动解决问题, 生成解答。

操作票专家系统, 根据系统当前状态和所要求的操作任务, 自动生成操作票, 作为标准答案, 在倒闸操作培训中, 用于校验学员操作是否正确。故障诊断和处理指导专家系统, 根据系统当前故障后的现象, 生成指导学员如何由故障现象诊断故障元件、确定故障元件后如何处理故障的报告。

(四) 评价学员的学习行为。

在结束操作培训后, 根据事先确定的操作评分原则和学员所犯的操作错误, 对其操作进行评分。在巡视培训后, 根据巡视评分原则和学员对巡视点的误判、漏判情况, 进行巡视评分。

(五) 自动生成各种问题与练习。

自动生成突发事件。在学员培训过程中, 仿真系统自动生成一些突发事件, 如故障或异常事件, 增加培训的难度。自动生成技术问答试卷, 由系统在题库中任意抽取试题, 生成试卷, 减轻教员负担, 提高培训效率。

参考文献

[1].张东英, 周庆捷, 杨以涵.基于网络系统的变电站仿真培训[J].电力系统自动化, 1998

[2].戴先中.准同步采样及其在非正弦功率测量中的应用[J].仪器仪表学报, 1984

变电站仿真培训 篇11

关键词：高炉炼铁仿真软件 生产设备 操作 成绩考核

受西宁特殊钢集团有限公司炼铁分厂委托，笔者学校对该企业在岗职工开展了高炉炼铁能力提升培训。本次培训课程内容由配料计算、槽下炉顶、热风炉（燃烧转送风、送风转燃烧）、炉前操作4个模块组成，采用炼铁模拟仿真软件教学，可对高炉炼铁的生产过程进行多次模拟演练，成绩考核通过报表中的数据反映更具体，同时能够及时准确地发现操作不当的位置，与现场实际相结合，边学边练，取得了较好的培训效果。

一、高炉炼铁仿真软件构成

仿真软件由虚拟服务器、控制界面、虚拟界面三部分组成，每人同时操作两台电脑（左虚拟右控制）。虚拟服务器用于选择训练和考核的项目，选定项目开始考核后，系统开始计时，并在结束考核后对超时部分进行扣分处理；控制界面用于完成各模块的实际操作部分，与企业主控室操作画面相似，结束任务提交的同时系统会对此次操作做评分处理，对各环节操作错误项做说明，具体操作步骤可同时查看考核报表。在学员练习的同时，教师可根据报表对相关错误操作予以纠正，并对错误原因进行及时的分析，可避免类似情况再次发生。虚拟界面与企业现场相一致，通过控制界面的操作虚拟界面也相应发生变化，在炉前操作模块中表现更为明显，使得培训过程更为直观、真实。

二、高炉炼铁仿真软件的应用

1.配料计算模块

该模块主要考核学员根据计划中的题目进行配料，系统自带一套题目，在培训中根据企业实际，并与企业技术人员商议后，新增加了一套题目，使原料、入炉品位、矿批质量、焦比、焦丁、煤比、理论出铁量等参数与企业相一致，采用定矿批、焦比计算焦批、负荷的计算方式进行成分的配比计算，以达到目标碱度范围及渣中镁铝比。

2.槽下炉顶模块

该模块主要考核学员上料、下料的操作及各设备的启停操作顺序。其虚拟界面包括皮带虚拟和炉顶虚拟，在上料操作时虚拟界面的皮带会启动，同时会有焦炭或矿石的画面显示；下料操作时虚拟界面中的上料阀、上密封阀会相应启动，布料溜槽也会相应旋转。控制界面由槽下总貌及炉顶总貌组成。槽下总貌操作画面由6条皮带（主皮带、供矿皮带、返矿皮带、焦丁皮带、供焦皮带、碎焦皮带）、4个焦槽、12个矿槽（3杂、2球团、1返矿、6烧结矿）以及每个槽下的给料机、振动筛组成；炉顶总貌操作界面主要由上料罐、上料阀、上密封阀、下料罐、下料阀、下密封阀、旋转布料器、料尺、均压阀及放散阀构成。该模块有效容积为1750m3，采用串罐无钟炉顶，系统自带一套参数。培训时按企业实际增加一组数据，使得焦批、矿批加料、探尺设定、倾角设定、布料圈数与企业相一致，学员面对熟悉的场景，应用起来更加得心应手。

3.热风炉模块

该模块主要考核学员通过对各阀门的操作来完成燃烧转送风的操作以及送风转燃烧的操作。控制界面中各管道的线路、颜色、标志也与现场相一致，尤其对于新上岗的职工更容易理解，不会造成混淆。在生产实际中，如果阀门的启停顺序有误或者充压阀调节不到位、等待时间不充分，都会造成人员伤亡等重大事故。而通过仿真软件的模拟练习，学员可以进行多次尝试，如果各阀门操作顺序有误，系统会给出“非法操作”的提示并相应扣分，学员通过多次练习后再回到工作岗位。

4.炉前操作模块

该模块主要考核学员出铁水口各设备的使用方法及操作顺序，控制界面的炉前界面主要由摆动流嘴、开口机、揭盖机、泥炮组成，操作过程与现场实际相一致，并可通过HMI按钮由鼠标操作改为现场操作画面，再现了实际的工作模式。在练习中可以规避学员的许多不规范操作，例如除尘设备揭盖机的使用，如果揭盖机不在规定的时间段放置于出铁口，那么后续的堵铁口操作就不能顺利进行，而在现场实际中可能对除尘设备使用不到位。

三、小结

此次采用仿真软件培训，与传统的讲授式授课方式相比，更形象、具体、真实，尤其适合于新职工的岗前培训。在工作岗位上，学员只是进行某一工种的重复操作，仿真软件可以进行系统全面地学习，对学员的能力提升起到一定的帮助作用。

同时可根据企业实际修改各参数，学员在学习过程中更容易理解、接受，也能学习其他企业的先进经验，对提高本岗位的技术水平起到一定的作用，使得该仿真软件的功能最大化。

变电站仿真培训 篇12

关键词：安全播音,变电站,岗位培训,仿真培训系统

引言

电力是广播发射台重要的生产要素, 是保障“不间断, 高质量”地完成安全播出任务的重要因素之一。因此广播发射台变电站工作人员所具有的较高维护水平和故障处理能力显得尤为重要, 但是电力系统的操作有严格限制, 禁止随意操作, 且设备稳定、故障少, 值班员很难通过处置故障获得操作技能和实践锻炼。在岗位培训中, 通过理论讲解、图纸学习、模拟演习等手段, 值班员水平有提高, 但缺少身临现场的真实感, 面临故障时, 容易紧张、着急, 甚至手忙脚乱、处理不当, 使技术停播演变为人为停播, 对安播工作造成不可挽回的损失。近年来, 变电站仿真培训系统的发展提供了较好的解决方案。该系统仿真变电站线路操作、巡视及事故处理、继电保护装置运行及异态、继电保护装置的动作及其保护定值和其它实时监控关联的状态、信息等, 提供了提升操作技能和故障处置能力的平台, 有利于提升电力安全保障能力[1]。

1 变电站仿真培训系统的发展和特点

1.1 变电站仿真培训系统的发展

国外该领域研究始于70年代, 最初研究方向主要集中在火力发电和核电方面。1977美国CDC公司研制出第一套电网仿真系统, 取得较好效果。国内研究始于80年代, 1982年, 第一套火力发电仿真机组研制成功;1990年, 第一台调度仿真系统在东北建成。初期研制的变电站仿真系统沿用硬件盘台, 计算机采用工作站, 成本高。后来逐渐用PC机代替工作站, 还有了纯软件仿真模式, 并针对仿真培训的内容和特点, 增加智能培训和理论学习模块, 功能逐渐完善。历经二十余年的发展, 变电站仿真培训技术逐渐趋于成熟, 走向实际运用。

随着电力系统规模的不断扩大及仿真技术、计算机技术的进步, 变电站仿真培训系统出现了以下发展趋势:1) 变电站不是简单的孤立系统, 是整张电网中的一点, 和电网密不可分, 因此变电站仿真培训系统应是将电网仿真和变电站仿真相结合的一体化系统[1]。2) 随着计算机技术和硬件设备功能的完善, “混合”仿真是变电站仿真的重要方式, 既保证了直观, 又降低了成本, 还增强了灵活性。3) 随着电力行业标准、规程的不断完善, 变电站仿真培训系统从内容和功能方面将趋于标准化, 仿真效果更贴近于电力系统的运行实际。

1.2 变电站仿真培训系统的特点

变电站仿真培训系统按照控制操作和保护屏柜实现方式分类, 主要有硬仿真、软仿真、混合仿真, 特点如下。1) 硬仿真培训系统, 早期该类系统多以实物性仿真为主, 有大量的变电站主控室设备, 真实感强, 模拟直观, 培训效果较好。但成本高, 扩展性差, 培训功能单一、效率低。2) 软仿真培训系统, 该类系统通过计算机仿真变电站的保护室、控制室以及户外一次设备, 降低了系统造价, 运行费用低, 易于维护、扩展、升级, 功能较为完善。但是计算机软仿真在直观、现场感以及培训效果上无法比拟硬仿真系统。3) 混合仿真培训系统, 顾名思义, 就是充分发挥硬仿真和软仿真的各自优势, 部分造价较高的设备功能由计算机软仿真模拟实现, 如一、二次设备等;其它造价较低的设备使用真实设备, 如后台监控机、继电保护及自动装置等, 通过“软、硬结合”的仿真模式, 将实物性仿真和虚拟性仿真有机结合, 保证了一定的现场真实感和较好的培训效果, 又能大幅降低投入成本。

2 在广播发射台变电站培训中的应用前景

2.1 发射台变电站现状分析

变电站的稳定运行、安全供电是发射台完成播音任务的重要条件, 因此需要变电站有一支维护水平高、故障处置能力强的队伍保障系统稳定运行。这对变电站的人员队伍建设和岗位培训工作提出了较高的要求。而当前变电站值班员的现状无法满足要求:1) 处置故障、异常现象的经验少。随着电力技术的发展, 变电设备质量和自动化水平地不断提高, 继电保护和自动装置等控制技术越来越完善, 变电站系统发生故障、异常现象日趋减少, 加上日常操作少, 导致值班员实际操作锻炼机会少, 缺乏故障处置经验。2) 专业知识需进一步提高。随着变电站自动化、信息化及网络技术的普遍采用、“有人留守、无人值班”工作模式的摸索, 对值班员理论知识、技能水平提出了更高的要求。3) 目前岗位培训方式不利于提高故障处置能力。现有的岗位培训有理论学习、故障讲解、跟班实践等多种方式, 一定程度上提高了值班员的业务理论水平, 但单纯的理论学习往往难以和实际工作紧密结合;故障讲解缺少现场感, 难以提高故障处置能力;跟班实践主要针对值班员日常工作, 往往停留在值机抄表水平, 难以积累故障处置经验。利用变电站仿真培训系统进行培训, 可以很好的解决目前岗位培训中存在的这些不足, 可以直观了解一二次设备的结构、设备间的连接、物理特性以及一二次系统的运行情况;可以模拟各类常见故障及异常现象, 提高变电站值班人员的故障处置能力;而且可以充分利用计算机系统的优势, 通过提供声音、图像、动画等形式来展示模拟的场景和环境, 提高仿真的逼真度和现场感。因此变电站仿真系统的应用可以较好的解决目前存在的问题。

2.2 变电站仿真培训系统应用前景

对变电站仿真培训系统建设方案进行选择, 要结合实际情况和变电站仿真培训系统特点。软仿真培训系统具有相对造价和运行费用低, 易于维护、扩展、升级等特点, 且功能较为完善, 相对混合仿真培训系统更符合我台实际。文献[2]介绍了软仿真培训系统实现案例, 该系统实现了对变电站各种重要电气设备运行以及相应控制系统的功能、二次设备配置的模拟, 而且应用了可视化、多媒体仿真技术, 将仿真产生的信息、数据等抽象信息转换为可被感受的变电站场景, 充分利用各种多媒体手段如文本、图形、动画、声音等, 更好地提升了现场感, 是一个很好的借鉴。

3 结语

随着变电站自动化、信息化及网络技术的普遍采用以及‘有人留守、无人值班’工作模式的推进, 对变电站工作队伍的设备维护水平、故障处置能力提出了更高的要求, 岗位培训应该具有更强的针对性和更好的效果, 而变电站仿真培训系统是一个较好的解决方案。

参考文献