信息化技術(shù)在“變電運行技術(shù)”課程中的應(yīng)用

摘要：理實一體化教學(xué)是現(xiàn)代高等職業(yè)教育教學(xué)改革的方向，但在電力類專業(yè)教學(xué)中難以實施。本文介紹了依托信息化技術(shù)開發(fā)的“變電站三維仿真系統(tǒng)”的功能、特色，并以“變電運行技術(shù)”課程中“事故處理”單元為例進行了信息化教學(xué)設(shè)計，有效地利用信息化技術(shù)解決了一體化教學(xué)中安全性與可操作性的矛盾。

關(guān)鍵詞：信息化；理實一體化；變電運行

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0094-03目前，我國高職高專教學(xué)模式改革方向是逐步實現(xiàn)工學(xué)結(jié)合的教學(xué)理念，采用邊教邊學(xué)的方法，讓學(xué)生熟悉職場工作，有身臨其境的感受，提升專業(yè)技能水平。但由于電力類專業(yè)的特殊性、高電壓大電流的危險性，運行中電氣設(shè)備不可以隨意觸碰和操作，大大制約了學(xué)生動手能力地培養(yǎng)與技能水平地提升。學(xué)生不能進入真實電力行業(yè)運行環(huán)境，即便到了頂崗實習(xí)階段，也只能遠觀不能靠近，更不能動手實作，顯然違背了高職高專教學(xué)模式改革的初衷。隨著數(shù)字化時代的來臨，信息化技術(shù)在職業(yè)教育中也得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，在構(gòu)建虛擬教學(xué)情境、解決教學(xué)做一體化實施中安全性與學(xué)生操作性的矛盾這一問題上顯現(xiàn)出強大的作用。如變電運行三維仿真技術(shù)可逼真的模擬變電站控制室、各種電氣設(shè)備和各種運行工況，學(xué)員在仿真機上進行各種方式下的運行操作，就如同置身于真實運行崗位。仿真機還可以模擬各種現(xiàn)場故障現(xiàn)象，培訓(xùn)學(xué)員分析及處理故障的應(yīng)變能力。信息化技術(shù)在“變電運行技術(shù)”課程教學(xué)中取得了較好的效果，在電力類專業(yè)課程一體化教學(xué)中，可做為典型案例推廣。

一、“變電運行技術(shù)”課程簡介

“變電運行技術(shù)”是發(fā)電廠及電力系統(tǒng)等電類專業(yè)的職業(yè)能力核心課程。本課程的任務(wù)是進行變電站電氣運行基本知識的學(xué)習(xí)和基本技能的培訓(xùn)。變電運行的三項典型工作任務(wù)為設(shè)備巡視、倒閘操作和事故處理。長期以來，該課程教學(xué)中存在以下三個問題：一是在校學(xué)生不熟悉電氣設(shè)備，不清楚設(shè)備布置，在常規(guī)教室也無法觀察設(shè)備運行狀態(tài)，因此在培訓(xùn)“設(shè)備巡視”技能上效果差。二是即使是在變電站現(xiàn)場，電氣設(shè)備不允許隨意觸碰、操作，不具備上崗資格的人員只能眼觀，不能動手實做，因此無法進行“倒閘操作”技能的培訓(xùn)。三是電氣事故是一種小概率、高危害事件，故“事故處理’技能培訓(xùn)不僅不能用傳統(tǒng)教學(xué)方式實現(xiàn)，更不可能在真實情境中實施。

為了解決以上問題，我校對該門課程進行了信息化教學(xué)建設(shè)，開發(fā)了“變電站三維仿真系統(tǒng)”，建成了“變電運行三維仿真”實訓(xùn)中心。該仿真系統(tǒng)為我校與科東公司聯(lián)合開發(fā)，既滿足了發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)、電力系統(tǒng)繼電保護專業(yè)的“變電運行技術(shù)”課程教學(xué)要求，同時也能滿足“變電站值班員”、“電氣值班員”職業(yè)技能鑒定及電力企業(yè)運行人員的培訓(xùn)、考核要求。

二、“變電站三維仿真系統(tǒng)”功能和特色

1.系統(tǒng)功能

“變電站三維仿真系統(tǒng)”以Visual Studio 6.0 Enterprise和Compaq Visual Fortran 6.1為開發(fā)工具，軟件支撐平臺采用中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的TS-2000仿真支撐平臺，它采用國際先進的三層結(jié)構(gòu)的客戶/服務(wù)器模型，系統(tǒng)既可以組網(wǎng)多機運行，也可以單機運行。系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)、組件技術(shù)、3D建模技術(shù)和基于OpenGL的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建了220/110/10kV三種電壓等級的完整變電站，包括變電站主控制室、控制屏、保護屏、交直流屏等二次設(shè)備和現(xiàn)場一次設(shè)備。

該系統(tǒng)具有的主要功能包括：變電站運行監(jiān)視、設(shè)備缺陷與異常設(shè)置、設(shè)備的巡視與檢查、倒閘操作、設(shè)備故障與系統(tǒng)事故設(shè)置、繼電保護及自動裝置的動作與信號顯示、五防系統(tǒng)模擬、安全用具的使用、安全措施布置、培訓(xùn)效果的評估與考核。

基于以上功能，本仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)變電運行三大典型工作任務(wù)的仿真培訓(xùn)。

（1）倒閘操作。能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的遠方操作、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的就地操作、變壓器分接開關(guān)的調(diào)整、現(xiàn)場安全措施布置（如驗電、掛警示牌等）、保護及自動裝置的投入、切除、方式切換等一系列操作。倒閘操作場景如圖1所示，通過調(diào)用一次設(shè)備導(dǎo)航圖（圖1右下角），可進行設(shè)備的快速查找定位。

（2）設(shè)備巡視。系統(tǒng)以三維方式展現(xiàn)變電站所有設(shè)備，包括變電站正常、異常、事故工況下的現(xiàn)象。可以模擬運行人員對電氣設(shè)備進行全面檢查，檢查過程中可調(diào)整視覺角度和高度，還可360°旋轉(zhuǎn)，從而可以全方位準確地觀察到電氣設(shè)備的運行狀態(tài)。在培訓(xùn)過程中，教練員可適時插入設(shè)備缺陷，以考核學(xué)員在設(shè)備巡視過程中，能否及時發(fā)現(xiàn)并作出相應(yīng)的處理。如圖2所示為變壓器巡視場景。

（3）事故處理。仿真系統(tǒng)可人為的設(shè)置單個故障、復(fù)合故障、或復(fù)雜的多重故障，讓學(xué)員通過故障信息判斷事故性質(zhì)、類型、地點等并進行處理，由系統(tǒng)記錄其處理過程并打印輸出，可以對學(xué)員的事故處理能力和技巧進行智能評定，找出事故處理中的差錯、疏漏，學(xué)會正確的處理方法，提高技術(shù)水平。圖3為故障發(fā)生后的故障報文。

2.系統(tǒng)特色

（1）三維動畫，實景仿真。利用三維動畫技術(shù)構(gòu)建變電站一、二次電氣設(shè)備，使人身臨其境，其360°的視角使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高漲，聲光信號能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，帶給學(xué)生體驗式學(xué)習(xí)的愉悅經(jīng)歷。

（2）功能完備，操作簡便。系統(tǒng)教員機提供異常和故障設(shè)置、操作記錄、工況選擇等功能；學(xué)員機實現(xiàn)異常巡視、倒閘操作、事故處理、運行監(jiān)視等功能。系統(tǒng)具有良好的人機接口，使用鼠標和鍵盤即可完成所有的操作。

（3）過程考核，人機互補。通過教員機“操作記錄”，實時記錄學(xué)員的一切操作，教師按照“操作記錄”判斷過程的正確性，給出最終評判，同時便于分析學(xué)員操作過程中存在的問題。

三、信息化教學(xué)設(shè)計舉例

1.教學(xué)任務(wù)

事故處理（二）線路單相瞬時接地故障（專業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)，學(xué)時：4）

2.學(xué)習(xí)目標與任務(wù)

（1）明確處理線路故障的基本原則；

（2）明確線路故障后運行狀態(tài)和各參數(shù)的變化情況，理解線路單相瞬時接地故障的特征；

（3）能根據(jù)線路故障時產(chǎn)生的各種信息準確判斷故障類型；

（4）能按照事故處理的標準化流程進行相關(guān)操作、記錄、判斷、匯報。

（5）能撰寫詳細、規(guī)范的故障處理報告；

3.學(xué)習(xí)環(huán)境與資源

變電運行三維仿真實訓(xùn)中心；

仿真計算機（一臺教員機、50臺學(xué)員機）組成局域網(wǎng)，一人一工位；

多媒體教學(xué)，仿真虛擬學(xué)習(xí)情境。

4.學(xué)習(xí)活動組織

教學(xué)結(jié)構(gòu)流程：任務(wù)描述、提出問題→引導(dǎo)學(xué)生一起解決問題→任務(wù)實施與檢驗→評估與反饋。

（1）任務(wù)描述、提出問題。

教師活動：

1）復(fù)習(xí)變電站事故處理的一般程序和注意事項。講解輸電線路事故的原因、現(xiàn)象。分析瞬時性故障和永久性故障的區(qū)別。

2）在教員機上設(shè)置220kV兩陽線上發(fā)生A相瞬時接地故障，發(fā)送到各學(xué)員機。

3）提問：會有什么現(xiàn)象？

學(xué)生活動：

1）聽講、看書、筆記。

2）觀察、思考，回答問題。

（2）引導(dǎo)學(xué)生一起解決問題。

此環(huán)節(jié)采用角色扮演教學(xué)方法，教師為電力調(diào)度員，學(xué)生為變電站值班員。

教師（電力調(diào)度員）活動：

1）逐項詢問仿真機上的事故現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生（值班員）分析解釋：

聽到聲音（事故音響、預(yù)告警鈴響）：由此知道發(fā)生了異常或事故；查看事故時間，并記錄；監(jiān)控畫面上的現(xiàn)象分析；繼電保護裝置顯示內(nèi)容分析；故障錄波圖分析。

2）詢問學(xué)生（值班員）故障判斷情況，并就正、誤給予明確指示。

故障相分析；故障類型分析；故障綜合判斷：兩陽線261線路發(fā)生A相單相瞬時接地故障，保護正常啟動，重合閘動作，重合成功。

3）下達命令：學(xué)生（值班員）進行事故隔離。

學(xué)生（值班員）活動：

1）復(fù)歸報警音響信號。

2）記錄事故發(fā)生時間。

3）將開關(guān)變位情況、保護動作主要信號做好記錄并立即匯報調(diào)度。

4）在仿真機上對站內(nèi)繼電保護裝置、自動裝置和現(xiàn)場一次設(shè)備進行事故特巡。

5）做出事故性質(zhì)的分析判斷，匯報調(diào)度。

6）事故隔離。

（3）任務(wù)實施與檢驗。

教師活動：

1）在教員機上設(shè)置另一條220kV線路發(fā)生單相瞬時接地故障發(fā)送到各學(xué)員機。

2）要求學(xué)生自己獨立進行事故判斷處理，并提交事故處理報告。

學(xué)生活動：

1）按照事故處理的規(guī)定流程進行相關(guān)操作、記錄、判斷、匯報。

2）撰寫事故處理報告并提交。

（4）評估與反饋。

教師活動：

1）選擇有代表性的學(xué)生，根據(jù)其任務(wù)完成的情況（包括過程的規(guī)范性和結(jié)果的正確性）進行評價和解釋。

2）對整個任務(wù)涉及到的知識、技能、遇到的典型問題進行歸納總結(jié)。

學(xué)生活動：學(xué)生互評，總結(jié)本次課的收獲。

四、教學(xué)效果與評價

“變電站三維仿真系統(tǒng)”這項信息化技術(shù)成果用在“變電運行技術(shù)”課程教學(xué)、電力公司變電站值班員培訓(xùn)以及在校生的職業(yè)技能鑒定培訓(xùn)中，都取得了及其顯著的成效，獲得了學(xué)生、企業(yè)和專家的好評。

該仿真教學(xué)的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

（1）縮短實操實訓(xùn)時間、降低實訓(xùn)成本、降低實訓(xùn)安全風(fēng)險。

（2）實現(xiàn)了真實環(huán)境難以進行的變電運行工作任務(wù)的技能培訓(xùn)：短時間完成全部知識的實訓(xùn)（高效性），基于工作過程進行變電運行標準化作業(yè)培訓(xùn)（標準性）。

（3）虛擬工作職場：角色扮演，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)意識與職業(yè)能力（參與性）。

（4）提升學(xué)生學(xué)習(xí)熱情：教學(xué)過程中的直觀性、形象性、具體性和趣味性。

（5）實現(xiàn)智能化過程化考試考核，實訓(xùn)進度、效果實時跟蹤。

因此，基于信息化技術(shù)的仿真教學(xué)在一定程度上解決了電力類教學(xué)長期存在的理實一體化教學(xué)難于實施、學(xué)生不能學(xué)以致用的問題。

五、結(jié)束語

隨著計算機軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及職業(yè)教育的改革與深化，信息化技術(shù)在職業(yè)教育產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用方面已越來越普遍和成熟，特別是在電力行業(yè)的職業(yè)教育和培訓(xùn)中日益被重視和推廣。因此作為電力職教工作者，我們應(yīng)在已有的教學(xué)方式上充分地運用信息化手段，研究開發(fā)既符合高等職業(yè)教育規(guī)律，又適應(yīng)電力行業(yè)需求的電力類專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提高自身信息化技術(shù)應(yīng)用能力和信息化教學(xué)水平，促進信息化技術(shù)在教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：劉麗娜）