變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

羅福玲，韓 磊，劉詩(shī)涵，耿亞男，汪 洋，李媛媛，孔婧怡

(武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 武漢 430079)

1 開(kāi)發(fā)背景

為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，我國(guó)的能源轉(zhuǎn)型技術(shù)路線、發(fā)展模式都將迎來(lái)多元化發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等多環(huán)節(jié)提出更高的要求[1]，對(duì)勝任多崗位、多工種的復(fù)合型技術(shù)技能型人才的需求日益迫切。

一方面，目前我國(guó)的變配電運(yùn)維檢修工作是按照傳統(tǒng)工作內(nèi)容所屬的職業(yè)類型進(jìn)行分工的，從而出現(xiàn)變配電運(yùn)行維護(hù)、電氣試驗(yàn)、設(shè)備檢修、繼電保護(hù)等各種各樣的不同工種的分類業(yè)務(wù)，不同工種之間無(wú)法有效銜接和深度融合。隨著變配電運(yùn)維檢修工作的復(fù)雜化、規(guī)模化、智能化發(fā)展，現(xiàn)有傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)無(wú)法匹配現(xiàn)代配電網(wǎng)的需求，從電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向來(lái)看，新型電力系統(tǒng)必將趨向集約化、扁平化和智能化發(fā)展，這一發(fā)展趨勢(shì)要求必須將變配電運(yùn)維檢修不同專業(yè)工種進(jìn)行一體化整合并實(shí)施精細(xì)化管理[2]。從變配電運(yùn)維檢修一體化的發(fā)展來(lái)看，主要是在將變配電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作、處缺、試驗(yàn)、保護(hù)、維護(hù)等一些工作進(jìn)行整合重組，從而能夠達(dá)到節(jié)約成本、資源優(yōu)化和提升運(yùn)檢工作質(zhì)量的目的[3]。因此，構(gòu)建具備運(yùn)行維護(hù)、電氣試驗(yàn)、設(shè)備檢修、繼電保護(hù)等功能地變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置，并依托此開(kāi)展員工相應(yīng)的多技能崗位培訓(xùn)，使企業(yè)員工具備技術(shù)能力對(duì)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)工作，可以有效提高員工綜合能力，進(jìn)一步提升電力企業(yè)管理水平，推進(jìn)實(shí)現(xiàn)企業(yè)精益化管理。

另一方面，人才培養(yǎng)是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的核心要素，直接影響著企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)能否達(dá)成，因此電網(wǎng)企業(yè)提出“一崗多能”人才培養(yǎng)目標(biāo)，以此優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，提升自身的競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿?，而組織開(kāi)展學(xué)員培訓(xùn)，是培養(yǎng)“一崗多能”技能人才的有效途徑之一。變配電運(yùn)維檢修專業(yè)由于缺乏與工作現(xiàn)場(chǎng)配套的一體化實(shí)訓(xùn)裝置，學(xué)員參與傳統(tǒng)的培訓(xùn)后，所學(xué)知識(shí)、技術(shù)、技能與變配電運(yùn)維檢修崗位工作不匹配，或不足以涵蓋變配電運(yùn)維檢修崗位工作的全部?jī)?nèi)容[4-5]，導(dǎo)致培訓(xùn)達(dá)不到預(yù)期效果，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的專業(yè)技能水平達(dá)不到變配電運(yùn)維檢修崗位工作的技能提升要求。

基于以上背景，開(kāi)發(fā)一套提升變配電運(yùn)維檢修人員技術(shù)技能水平的變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置，在教學(xué)培訓(xùn)中發(fā)揮綜合功效，以滿足現(xiàn)代電力行業(yè)和企業(yè)對(duì)“一專多能”復(fù)合型技術(shù)技能人才培養(yǎng)需求。

2 開(kāi)發(fā)思路

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以典型35kV智能變電站為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)一套集電力生產(chǎn)變電運(yùn)維、變電檢修、繼電保護(hù)和高壓試驗(yàn)等崗位主要工作內(nèi)容為一體，融“教、學(xué)、練、考”等綜合功能為一體的變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置，并開(kāi)發(fā)配套的一體化培訓(xùn)體系和培訓(xùn)資源。

(1)廣泛調(diào)研尋痛點(diǎn)。實(shí)地考察各地市縣供電公司變配電崗位隊(duì)伍建設(shè)情況，調(diào)研結(jié)果表明隨著電網(wǎng)企業(yè)管理精細(xì)化水平的提升，運(yùn)維檢修一體化已成為變配電運(yùn)維管理的新模式。而變配電崗位人員存在已跟不上電網(wǎng)發(fā)展速度，生產(chǎn)系統(tǒng)普遍存在結(jié)構(gòu)性缺員、現(xiàn)有變配電檢修運(yùn)維的生產(chǎn)組織模式和管理流程等生產(chǎn)關(guān)系無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的情況。通過(guò)深入電網(wǎng)企業(yè)走訪調(diào)研，了解35kV變電站運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備檢修、繼電保護(hù)和高壓試驗(yàn)等不同專業(yè)工種的工作內(nèi)容，總結(jié)變配電運(yùn)維檢修一體化工作模式和培訓(xùn)需求，設(shè)計(jì)一體化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目方案。

(2)逐層深入破重點(diǎn)。針對(duì)變配電專業(yè)運(yùn)維、檢修等崗位的基本情況和所涉及培訓(xùn)項(xiàng)目點(diǎn)，開(kāi)展廣泛調(diào)查分析，在學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)施上創(chuàng)新建立變配電運(yùn)維檢修一體化仿真系統(tǒng)，利用信息化技術(shù)搭建35kV變電站典型的一次、二次回路圖，通過(guò)仿真建模工具將靜態(tài)回路圖變成動(dòng)態(tài)圖，構(gòu)建仿真平臺(tái)培訓(xùn)系統(tǒng)。在教學(xué)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用仿真系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果員工需要通過(guò)軟件來(lái)解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中的問(wèn)題，是看不到真實(shí)效果的，只有通過(guò)真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)情景演練，才能在實(shí)際生產(chǎn)中真正解決工作上的問(wèn)題，因此在軟件的基礎(chǔ)上，提供了硬件方面的支持。建立了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際一致的變電運(yùn)維實(shí)訓(xùn)裝置，讓運(yùn)維人員按照操作票流程學(xué)會(huì)倒閘操作，使設(shè)備順利的由運(yùn)行轉(zhuǎn)為檢修狀態(tài)或者由檢修轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。最終，為了達(dá)到更高效的培訓(xùn)效果，團(tuán)隊(duì)采取了“軟件+硬件”結(jié)合的方式，在對(duì)現(xiàn)有變電檢修基地設(shè)備基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬仿真系統(tǒng)，充分利用實(shí)訓(xùn)基地的設(shè)備結(jié)合仿真變電站系統(tǒng)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置的開(kāi)發(fā)，為變配電專業(yè)生產(chǎn)技能人員提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)?；谝惑w化實(shí)訓(xùn)裝置，變配電運(yùn)維檢修人員可以開(kāi)展運(yùn)行維護(hù)、故障處理等綜合技能實(shí)操訓(xùn)練，從而打破運(yùn)維與檢修專業(yè)的工種界限，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員運(yùn)維檢修技能一體化。

(3)技術(shù)攻關(guān)疏堵點(diǎn)。綜合考慮變電運(yùn)維、變電檢修、繼電保護(hù)和高壓試驗(yàn)等不同工種的任務(wù)需求，打破工種之間專業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維檢修專業(yè)知識(shí)和技能要求的整合重組，以變配電運(yùn)維檢修“一崗多能”復(fù)合型技能人才培養(yǎng)為目標(biāo)，通過(guò)虛擬仿真軟件和實(shí)訓(xùn)設(shè)備裝置融合交互，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)高效的一體化綜合實(shí)訓(xùn)裝置。該裝置綜合考慮變電站設(shè)備巡視、開(kāi)關(guān)柜檢修、故障處理、繼電保護(hù)測(cè)試和電氣設(shè)備試驗(yàn)等不同工種崗位的現(xiàn)場(chǎng)工作需求，在自主開(kāi)發(fā)的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套裝置中，35kV變電站虛擬仿真系統(tǒng)可以對(duì)變電站生產(chǎn)、運(yùn)行過(guò)程全范圍仿真，可以開(kāi)展變電站設(shè)備巡視檢查、倒閘操作、故障處理、設(shè)備維護(hù)與試驗(yàn)檢測(cè)等變電站運(yùn)行維護(hù)項(xiàng)目的仿真訓(xùn)練；10kV開(kāi)關(guān)柜、負(fù)荷模擬裝置和故障設(shè)置模塊能夠開(kāi)展電氣設(shè)備故障辨識(shí)與檢修、繼保測(cè)試與電氣試驗(yàn)等項(xiàng)目的實(shí)操訓(xùn)練。

(4)系統(tǒng)構(gòu)建解難點(diǎn)。一是搭建虛擬仿真軟件與硬件裝置交互融合的系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換和信息傳輸技術(shù)，完成仿真軟件與開(kāi)關(guān)柜實(shí)訓(xùn)裝置之間的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、故障設(shè)置等不同類型的數(shù)據(jù)交互與轉(zhuǎn)化。將虛擬仿真與硬件設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了變配電運(yùn)維與檢修工作技能的全覆蓋，同時(shí)也大幅提升了實(shí)訓(xùn)的效率和安全性。二是設(shè)計(jì)可控模塊化故障單元。傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)裝置中進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練時(shí)，故障設(shè)置實(shí)現(xiàn)的普遍方式是設(shè)置是直接斷開(kāi)端子排連接線，稱之為硬故障。這種方式存在設(shè)置種類有限、對(duì)實(shí)訓(xùn)裝置損壞較大，對(duì)學(xué)員安全操作性較低的問(wèn)題。本套實(shí)訓(xùn)裝置著重開(kāi)發(fā)模塊化故障單元，將開(kāi)關(guān)柜裝置復(fù)雜的控制回路中連接可控的串口繼電器，依托PLC編程技術(shù)，通過(guò)對(duì)串口繼電器觸點(diǎn)通斷的控制，完成對(duì)開(kāi)關(guān)柜中控制回路通斷情況進(jìn)行靈活設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)設(shè)備多個(gè)故障的模擬。

3 實(shí)施路徑

實(shí)訓(xùn)裝置通過(guò)軟硬件融合和可控的故障模塊設(shè)計(jì)，能更好地鍛煉提升技術(shù)人員對(duì)綜合性故障的處理能力，滿足現(xiàn)代企業(yè)對(duì)復(fù)合型技術(shù)技能人才培養(yǎng)要求。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的“變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置”由35kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、10kV開(kāi)關(guān)柜、模塊化故障設(shè)置單元和模擬負(fù)載柜等組成，實(shí)訓(xùn)裝置基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 實(shí)訓(xùn)裝置基本結(jié)構(gòu)圖

3.1 優(yōu)化開(kāi)發(fā)35kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

在傳統(tǒng)變電站虛擬仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)變電站三維仿真系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)建立35kV變電站設(shè)備區(qū)(包括一次設(shè)備、二次設(shè)備、10kV配電室、繼電保護(hù)裝置、站用電和交直流系統(tǒng))、綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、安全操作五防系統(tǒng)、故障設(shè)置系統(tǒng)，各子系統(tǒng)交互結(jié)合成為一個(gè)整體系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)中工程師站、教練員臺(tái)、學(xué)員臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)電纜和TCP/IP協(xié)議連接成總線式以太網(wǎng)絡(luò)。智能變電站仿真系統(tǒng)設(shè)置變電站不同運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備缺陷和模擬故障設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)變電站生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程全范圍仿真，學(xué)員可以按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程，完成變電站運(yùn)行、維護(hù)、檢修和事故處理等全過(guò)程仿真訓(xùn)練，鍛煉學(xué)員學(xué)生對(duì)完整運(yùn)行過(guò)程運(yùn)維和事故處理的綜合技能水平。

3.2虛實(shí)結(jié)合開(kāi)發(fā)一體化實(shí)訓(xùn)裝置

典型10kV配電設(shè)備實(shí)訓(xùn)裝置中開(kāi)關(guān)柜采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)柜參數(shù)與真實(shí)變電站內(nèi)開(kāi)關(guān)柜一致，模擬負(fù)荷裝置實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)際負(fù)荷變化以及線路故障情況。然后將虛擬仿真系統(tǒng)與實(shí)訓(xùn)裝置實(shí)現(xiàn)軟硬件融合交互成一個(gè)整體，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換和信息傳輸技術(shù)完成仿真軟件與開(kāi)關(guān)柜實(shí)訓(xùn)裝置之間的運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、故障設(shè)置數(shù)據(jù)等不同類型的數(shù)據(jù)交互與轉(zhuǎn)化。35kV虛擬仿真變電站可以對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、通信和測(cè)量，10kV開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況同時(shí)也會(huì)影響虛擬仿真變電站運(yùn)行狀態(tài)，35kV虛擬仿真變電站與10kV開(kāi)關(guān)柜相互融合、交互控制，與35kV變電站運(yùn)行維護(hù)檢修一體化現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境和要求保持一致，滿足實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)就是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的培訓(xùn)需求，學(xué)員培訓(xùn)內(nèi)容與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作內(nèi)容相一致，保證培訓(xùn)實(shí)效。

3.3 創(chuàng)新開(kāi)發(fā)可控的故障模擬裝置

首先，實(shí)訓(xùn)裝置在軟硬件融合基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)10kV開(kāi)關(guān)柜模塊化故障單元，在開(kāi)關(guān)柜裝置復(fù)雜的控制回路中連接可控的串口繼電器，并通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)對(duì)串口繼電器觸點(diǎn)通斷的控制，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜故障設(shè)置，改變了傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜只能在設(shè)備裝置上直接斷開(kāi)連接線設(shè)置故障的危險(xiǎn)性和局限性。其次，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作情況和要求，通過(guò)PLC控制開(kāi)關(guān)柜模塊化故障單元的投入和切除，靈活組合設(shè)置構(gòu)建不同類型故障，模擬還原幾十種真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)故障，擴(kuò)充了開(kāi)關(guān)柜故障設(shè)置類型至近百種，改變了傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜設(shè)置故障的單一性。最后，仿真系統(tǒng)與開(kāi)關(guān)柜硬件裝置交互控制，仿真系統(tǒng)也能夠遠(yuǎn)程控制模塊化故障單元，可對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)方故障設(shè)置，進(jìn)一步開(kāi)拓了開(kāi)關(guān)柜故障設(shè)置手段，拓寬了故障設(shè)置的范圍。

3.4 示范開(kāi)展一體化實(shí)訓(xùn)裝置培訓(xùn)項(xiàng)目

結(jié)合職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工作崗位規(guī)范要求，設(shè)計(jì)變配電運(yùn)維檢修一體化教培體系，按照35kV變電站運(yùn)維檢修現(xiàn)場(chǎng)典型工作任務(wù)，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目化任務(wù)的實(shí)訓(xùn)方案、實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書和學(xué)習(xí)手冊(cè)等，建設(shè)完整的變配電運(yùn)維檢修一體化教學(xué)培訓(xùn)體系，開(kāi)展變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)的示范項(xiàng)目實(shí)踐。一方面是將實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)用于學(xué)生教學(xué)和競(jìng)賽，《變配電運(yùn)維檢修》實(shí)訓(xùn)課程已經(jīng)列入“發(fā)電廠及電力系統(tǒng)”高水平專業(yè)群人才培養(yǎng)方案中，并直接對(duì)接“變配電運(yùn)維”X證書考核項(xiàng)目，將全國(guó)電力行業(yè)職業(yè)技能競(jìng)賽(變配電運(yùn)行值班員)的競(jìng)賽標(biāo)準(zhǔn)融入課程標(biāo)準(zhǔn)，將競(jìng)賽內(nèi)容、考核要求實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)施和考核評(píng)價(jià)中，實(shí)現(xiàn)“崗課賽證”多元融通。另一方面，實(shí)訓(xùn)裝置應(yīng)用于企業(yè)職工培訓(xùn)，學(xué)校充分利用“校企合作”優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)期承接相關(guān)電力企業(yè)生產(chǎn)技能人員的技術(shù)技能培訓(xùn)和競(jìng)賽活動(dòng)，本裝置可廣泛應(yīng)用于職業(yè)培訓(xùn)和競(jìng)賽中。

4 應(yīng)用成效

4.1 高效打造復(fù)合型技術(shù)技能人才

課程內(nèi)容與企業(yè)崗位真實(shí)工作情境、行業(yè)技能競(jìng)賽要求、職業(yè)技能等級(jí)證書考核要求緊密銜接，學(xué)生在情境任務(wù)模擬過(guò)程中，對(duì)接真實(shí)工作崗位內(nèi)容，真實(shí)開(kāi)展角色扮演，實(shí)現(xiàn)知識(shí)掌握和技能提升，通過(guò)故障分析、處理和排查等階段性特情解決過(guò)程，不斷打磨訓(xùn)練學(xué)生思考、分析、解決問(wèn)題能力，學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神顯著增強(qiáng)?；谝惑w化實(shí)訓(xùn)裝置打造了變配電運(yùn)維檢修人員成長(zhǎng)成才的“孵化器”，學(xué)生具備了變配電系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、檢修、試驗(yàn)、繼電保護(hù)等多個(gè)專業(yè)的基本知識(shí)和實(shí)操能力，專業(yè)化水平不斷提升。

4.2 切實(shí)提升專業(yè)隊(duì)伍建設(shè)水平

變配電運(yùn)維檢修一體化實(shí)訓(xùn)裝置開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，打造了變配電運(yùn)維檢修人員個(gè)人成長(zhǎng)成才的“孵化器”，激發(fā)了職工學(xué)習(xí)技術(shù)、苦練本領(lǐng)、爭(zhēng)創(chuàng)一流的熱情，勞動(dòng)精神、工匠精神、勞模精神成為廣大職工共同價(jià)值追求，為企業(yè)發(fā)展凝聚了干事創(chuàng)業(yè)的正能量。培訓(xùn)后的變配電運(yùn)維技術(shù)技能人員，具備了運(yùn)行、維護(hù)、檢修、試驗(yàn)、繼電保護(hù)等多個(gè)專業(yè)的基本知識(shí)和實(shí)操能力，變配電運(yùn)維檢修人員專業(yè)化水平不斷提升，為人才隊(duì)伍建設(shè)奠定基礎(chǔ)。