低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置的研究與應(yīng)用

閆曉微 李志勇 許志敏 吳麗花 吳舒婕

摘要：隨著生活水平的不斷提高，對電力能源的需求也不斷提升，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)系國計(jì)民生的大事。從人員方面提升安全技能水平，提高安全責(zé)任意識，對于電網(wǎng)及設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。本裝置的設(shè)計(jì)和研究側(cè)重于再現(xiàn)電弧故障，展示電弧事故的危害，讓人員觀看事故發(fā)生的后果，做到心生警惕，提高安全意識，提升安全責(zé)任，避免違章作業(yè)。本裝置的設(shè)計(jì)和研發(fā)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)培訓(xùn)方式中存在的問題，有效促進(jìn)電力培訓(xùn)工作順利開展，全面提升培訓(xùn)水平，具有極高的實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：低壓電弧;仿真培訓(xùn);故障再現(xiàn);體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)。

1、現(xiàn)狀

隨著生活水平的不斷提高，對電力能源的需求也不斷提升，由于多重人為因素操作不當(dāng)造成的安全事故層出不窮，這對個人、家庭以及公司帶來的極大的危害。開展培養(yǎng)多種技能人才、切實(shí)提高相關(guān)人員的安全意識的工作已刻不容緩。為讓新入職員工、從事現(xiàn)場作業(yè)的班組長、兩票“三種人”（工作票、操作票、簽發(fā)人、許可人、負(fù)責(zé)人）、現(xiàn)場作業(yè)人員、安全管理人員能夠熟練掌握電力作業(yè)安全規(guī)程，切實(shí)提高安全作業(yè)技能，提升相關(guān)人員安全意識。需開發(fā)低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，以滿足從事電力行業(yè)人員的安全培訓(xùn)需求。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)培訓(xùn)方式中存在的問題，有效促進(jìn)電力培訓(xùn)工作順利開展，全面提升培訓(xùn)水平，緊密圍繞電力培訓(xùn)的需求開展，通過引入低壓電弧再現(xiàn)體驗(yàn)為基礎(chǔ)的電力安全實(shí)訓(xùn)模式，彌補(bǔ)傳統(tǒng)培訓(xùn)中理論培訓(xùn)與現(xiàn)場脫離的發(fā)展瓶頸，形成“理論培訓(xùn)、仿真培訓(xùn)、現(xiàn)場培訓(xùn)、學(xué)習(xí)交流、教學(xué)評價”為一體的電力安全培訓(xùn)新模式。

2、系統(tǒng)優(yōu)化點(diǎn)分析

通過充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)、電力安全實(shí)訓(xùn)室，可以有效地解決了當(dāng)前教育培訓(xùn)資源有限難以滿足不斷增長的需求以及生產(chǎn)單位日趨嚴(yán)重的工學(xué)矛盾，為全面形成高效、綜合、創(chuàng)新的培訓(xùn)新體系，打造專業(yè)培訓(xùn)平臺，基于急迫需求，提出如下優(yōu)化點(diǎn)：

1）利用電力安全實(shí)訓(xùn)室場地優(yōu)化設(shè)計(jì)低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置，實(shí)現(xiàn)對低壓配電操作的過程模擬。

2）利用模塊化設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)低壓電弧的按需觸發(fā)，實(shí)時再現(xiàn)。對電弧危害后果進(jìn)行展示;

3）拓展電力安全培訓(xùn)內(nèi)涵，從電弧的產(chǎn)生原理到電弧的發(fā)生過程，電弧的后果危害進(jìn)行全面的分析講解;

4）研究低壓配電操作模擬人，實(shí)現(xiàn)對低壓配電柜的模擬操作演示，實(shí)現(xiàn)智能程控方式的自動化演示，讓模擬人去體驗(yàn)低壓電弧對人體的灼燒情況，然后把事故后果展示給現(xiàn)場人員。有效避免或減少電弧對人身電擊致死，衣服爆裂使員工受到嚴(yán)重灼傷，合成纖維內(nèi)衣熔融造成的嚴(yán)重灼傷，續(xù)發(fā)性火焰引起的嚴(yán)重灼傷等嚴(yán)重后果。

3、整體設(shè)計(jì)方案

3.1、功能設(shè)計(jì)

本裝置由控制柜、低壓配電演示柜、移動式模擬人、工控機(jī)、軟件組成，運(yùn)用三維仿真手段及計(jì)算機(jī)控制軟件，模擬人員誤操作低壓配電柜產(chǎn)生低壓電弧的過程，展示電弧對模擬人誤操作的后果。裝置中，按功能分主要由三部分部分組成，第一部分由控制柜和低壓配電演示柜組成，這一部分主要是利用實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有的設(shè)備資源，經(jīng)過提升改造，實(shí)現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)方式，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提升電弧模擬的震撼力。第二部分由移動式模擬人、系統(tǒng)控制軟件組成，實(shí)現(xiàn)可以往復(fù)運(yùn)行的模擬人操作過程，提升人員模擬參與的真實(shí)感，科技感。第三部分是由工控機(jī)、通訊模組、大屏幕顯示屏、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)電弧相關(guān)知識的系統(tǒng)話、情景式的講解培訓(xùn)。讓參與人員心生警惕，提高安全意識，提升安全責(zé)任，避免違章作業(yè)。

3.2、移動式模擬人設(shè)計(jì)

移動式模擬人由固定式的軌道平臺、底部安裝輪子的移動式平臺、模擬人、控制模組、限位傳感器組成。通過工控機(jī)發(fā)送動作指令，控制模組帶動移動式平臺以及上部的模擬人完成模擬操作低壓配電設(shè)備的往復(fù)運(yùn)行與電弧灼傷后果展示。

3.3、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

仿真軟件系統(tǒng)，借助計(jì)算機(jī)軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型運(yùn)算對真實(shí)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)模擬。軟件系統(tǒng)基于windows操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，其開發(fā)工具為Unity3D，數(shù)據(jù)庫采用MS SQL server2000，并通過ADO技術(shù)進(jìn)行對數(shù)據(jù)庫的連接。軟件系統(tǒng)為利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、模型技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)等多種高科技技術(shù)手段構(gòu)成的一種高效的、實(shí)用的裝置控制系統(tǒng)。

3.4、裝置實(shí)施方案

裝置由控制柜、低壓配電演示柜、移動式模擬人、工控機(jī)、軟件組成低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置。體驗(yàn)?zāi)Ｊ讲捎醚菔居^看方式，學(xué)習(xí)方式采用系統(tǒng)化的講解，震撼的電弧再現(xiàn)與電弧相關(guān)知識、電弧危害的結(jié)合培訓(xùn)。該設(shè)備可以演示低壓電弧的產(chǎn)生，通過演示低壓電弧灼燒模擬人的面部情況，讓學(xué)員明白低壓電弧對人體產(chǎn)生的傷害，尤其是對人體面部的傷害，掌握預(yù)防電弧傷害的方法，以及佩戴安全防護(hù)用具的重要性，主動落實(shí)安全防護(hù)措施，防止事故的發(fā)生。

4、低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置總體特點(diǎn)

以低壓配電操作為基礎(chǔ)，搭載移動式體驗(yàn)平臺、模擬人控制系統(tǒng)、電力安全實(shí)訓(xùn)講解系統(tǒng)，打造電力安全技能體驗(yàn)式實(shí)訓(xùn)新模式?？梢詫﹄娏ο嚓P(guān)學(xué)員、技術(shù)人員進(jìn)行技能培訓(xùn)和體驗(yàn)演示。解決相關(guān)從業(yè)人員安全意識不高的問題。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）真實(shí)：裝置采用模擬的低壓配電柜演示柜，模擬操作環(huán)境與真實(shí)的設(shè)備一樣，其故障產(chǎn)生時的各種聲、光、電效果與實(shí)際現(xiàn)場一樣，使學(xué)員有一種身臨其境的感覺。

2）安全：采用模擬人操作方式和多種保護(hù)措施相結(jié)合的安全設(shè)計(jì)方案，使本系統(tǒng)具有較高的安全性能，防止學(xué)員誤操作而造成人身傷害。

3）高效：裝置采用內(nèi)置電機(jī)拖動方式，由控制模組、移動式體驗(yàn)平臺、限位傳感組件形成一個閉環(huán)的控制機(jī)構(gòu)，通過軟件系統(tǒng)發(fā)送指令完成模擬人操作低壓配電柜全過程，整個過程無需人為干預(yù)。

4）智能化：采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)操作，自動實(shí)現(xiàn)故障現(xiàn)象的模擬再現(xiàn)。

5、結(jié)束語

低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置以低壓配電柜操為基礎(chǔ)，探索電力安全體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)新模式，設(shè)計(jì)了一套低壓電弧體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，在控制柜、低壓配電演示柜、移動式模擬人、工控機(jī)以及軟件系統(tǒng)的配合下，成為一套功能較為全面、智能化較高的電力安全體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以對新入職員工、從事現(xiàn)場作業(yè)的班組長、兩票“三種人”（工作票、操作票、簽發(fā)人、許可人、負(fù)責(zé)人）、現(xiàn)場作業(yè)人員、安全管理人員能夠熟練掌握電力作業(yè)安全規(guī)程，進(jìn)行系統(tǒng)化的電力安全技能培訓(xùn)提供了一種新的手段，不受環(huán)境因素的影響，可提供全天候培訓(xùn)，相對于傳統(tǒng)培訓(xùn)可增加較多的教學(xué)時長，減少培訓(xùn)投資，可大大降低培訓(xùn)成本，具有很高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。