高低壓供配電系統(tǒng)綜合實訓裝備的研制

胡永勝

摘 要：本文針對高低壓供配電系統(tǒng)操作維護訓練中缺少實裝的實際需求，綜合采用虛擬現(xiàn)實、信息采集、人機交互和硬件仿真等技術，運用模塊化設計理念，研制了一套高低壓供配電系統(tǒng)綜合實訓裝備，實現(xiàn)了高低壓供配電系統(tǒng)運行原理仿真演示、模擬供配電系統(tǒng)供電模式轉換與系統(tǒng)常見故障，并通過信息管理平臺遠程監(jiān)測供配電系統(tǒng)故障狀態(tài)，為高低壓供配電系統(tǒng)運行試驗、操作使用、維護保養(yǎng)、故障排除等電工技能訓練與鑒定考核提供支撐。

關鍵詞：供配電系統(tǒng)；綜合實訓裝備；技能培養(yǎng)；教學訓練

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，其操作與維護能力是電工高級工與技師專業(yè)技能形成的重要基礎，但該系統(tǒng)結構復雜，集成度高，設備造價昂貴，而用于企業(yè)專項訓練和職業(yè)院校教學訓練的模擬訓練裝備和虛擬仿真訓練系統(tǒng)比較缺乏。同時，從事日常電氣設備維護的人員一般對高低壓供配電系統(tǒng)運行原理比較陌生，難以形成較強的高低壓供配電系統(tǒng)操作維護與故障排除技能。為解決電工培訓學生在高低壓供配電系統(tǒng)操作維護教學訓練中的難點問題，改善教學訓練保障條件，實現(xiàn)高低壓供配電系統(tǒng)“教學做”一體化，提高學生的實裝化操作維護技能，研制了一套貼緊工作實際的高低壓供配電系統(tǒng)綜合實訓裝備。

該項目完成后，不僅用于電工培訓學生的理論教學，填補高低壓供配電設備教學內容的不足，增強教學的針對性、直觀性；還能夠解決學生技能訓練的現(xiàn)實需求，節(jié)約訓練成本，提高訓練效益，推動學生技能訓練從設備的操作維護向故障分析、設備維修的層次發(fā)展，彌補高低壓供配電設備維護實訓條件的不足。

二、主要研究內容

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

其中：高低壓配電模擬訓練系統(tǒng)主要包括高壓進線柜、高壓出線柜、低壓進線柜、雙電源切換柜、低壓出線柜、無功功率補償柜和母聯(lián)柜等共計7個模擬訓練裝置，實現(xiàn)了高低壓供配電系統(tǒng)運行原理仿真演示。

高低壓配電柜故障排除實訓系統(tǒng)對應上面高壓進線柜、高壓出線柜、低壓進線柜、雙電源切換柜、低壓出線柜、無功功率補償柜和母聯(lián)柜模擬訓練裝置分別配備1個故障排除柜，用于模擬供配電系統(tǒng)供電模式轉換與系統(tǒng)常見故障，并通過信息管理平臺遠程監(jiān)測供配電系統(tǒng)故障狀態(tài)。

供配電三維虛擬仿真訓練系統(tǒng)主要包括供配電系統(tǒng)簡介、外部線路漫游、供配電設備講解、故障排除訓練四個模塊。用于實現(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設置控制線路故障，通過三維驅動軟件控制模擬裝備產(chǎn)生相應故障，操作人員進行實裝排故訓練，虛擬軟件通過故障排除柜監(jiān)測排故狀態(tài)給予評分并進行記錄。

三、采用關鍵技術

（一）三維虛擬場景建模與場景優(yōu)化技術

該系統(tǒng)中核心部分是構建10kV外部架線模型，實現(xiàn)外部漫游。首先對三維虛擬場景區(qū)域，采集三維建模所需的相關基礎數(shù)據(jù)，然后再通過三維建模技術建立場景三維模型。其次三維模型需要進一步加工處理，因為一個逼真且流暢的三維虛擬場景不僅要有逼真的模型，而且需要有流暢的運行效果，這就對三維場景模型有了更為嚴格的要求，模型要盡量優(yōu)化而且不影響整體效果，三維場景優(yōu)化技術在這個過程中起到關鍵作用。最后三維虛擬場景在烘焙處理后，通過三維互動仿真平臺進行實時渲染繪制和立體顯示，實現(xiàn)交互漫游等功能。

（二）動態(tài)實體構建技術

建立好實體模型之后需要進行動態(tài)節(jié)點的設定，即需要動態(tài)建模。要建立一個逼真的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，需要對模型對象進行交互，這個最主要體現(xiàn)在對模型動態(tài)節(jié)點的設置。通過在Visual Studio平臺下利用C#語言對節(jié)點進行控制代碼的編寫來實現(xiàn)操作者對節(jié)點的交互控制。

（三）信息實時處理和串口通信技術

三維虛擬場景通過人機交互界面與實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物模擬裝備現(xiàn)場產(chǎn)生的狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡通信方式實時傳送到系統(tǒng)管理平臺，再利用C#編程、動態(tài)鏈接庫技術與信息采集裝置，對實物模擬裝備進行實時控制。

四、主要創(chuàng)新點

一是實現(xiàn)高低壓供配電系統(tǒng)運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、實現(xiàn)遠程故障設置與故障狀態(tài)監(jiān)測，并可進行上述系統(tǒng)的運行試驗、操作使用、維護保養(yǎng)、故障排除等技能訓練，可用于電工高級工、技師等培訓學生的理論教學，彌補高低壓供配電設備教學條件的不足，增強教學的針對性和直觀性；還可解決技能訓練的現(xiàn)實需求，推動學生技能訓練從設備的操作維護向故障分析的層次發(fā)展。

二是該裝備采用虛擬現(xiàn)實、三維仿真驅動技術與信息采集、人機交互、硬件模擬技術相結合，運用模塊化設計理念，大幅節(jié)約訓練成本、提高訓練效益。該項目設計完善、結構新穎，技術先進，實用可靠，具有極高的訓練應用價值和經(jīng)濟效益。

五、解決的主要問題

本項目依據(jù)先進性、實用性、系統(tǒng)性的原則，根據(jù)高低壓供配電系統(tǒng)及設備的組成結構特點，采用虛擬現(xiàn)實、三維仿真驅動技術與信息采集、人機交互、硬件模擬技術等技術手段，實現(xiàn)了對高低壓供配電系統(tǒng)及設備基本功能的模擬，以及高低壓供配電系統(tǒng)的實裝訓練功能，達到了在訓練系統(tǒng)上實現(xiàn)與實裝操作基本一致的演示訓練效果，實現(xiàn)了訓練裝備的全功能設計。訓練完全按照實裝操作規(guī)程進行，可以用于電工高級工、技師等培訓學生的教學訓練與技能鑒定考核，填補裝備教學訓練空白，改善電工技能訓練保障條件，彌補高低壓供配電實訓條件不足的突出矛盾，解決電工高級工、技師等培訓過程中缺少實裝用于教學與訓練的問題。

參考文獻

[1]任清晨編著.《電氣控制柜設計與制作——結構與工藝篇》，電子工業(yè)出版社.

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