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中图分类号:TM933文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)07-0015-04
变电站作为电力系统的一个重要部分,其运行状况好坏直接影响到整个电网运行的安全,变电站事故中有相当一部分是由人为操作不当造成的。这其中既有由于电网调度员误发调度令、对异常处理措施不当造成的事故,也有由于变电运行人员走错间隔导致的误操作事故、安全措施不到位误入带电间隔的人身伤亡事故、带电误合接地刀闸、带接地刀闸误合开关、带负荷拉合刀闸、设备缺陷和异常未能及时发现造成的事故。对事故判断不准和向调度汇报不清楚而延误故障处理时间、事故发生后处理不当使事故范围扩大化、对二次设备误操作而引发的事故等情况较多,造成了人身伤亡、设备损坏,甚至发生电网解列、电网崩溃等大面积停电事故。
因此,为保证电网安全、可靠、经济地运行,就必须提高电网调度员、变电站运行人员的技术素质和技能水平,加强变电站运行人员和电网调度员的培训。近年来,随着电力行业培训仿真技术的发展,各类培训仿真系统在电力行业应用越来越广,在提高生产运行人员的生产技能方面发挥了重要的作用。
一、变电站培训系统仿真的发展现状
近十几年来,我国变电站培训仿真系统获得了很大的发展。仿真范围逐步扩大、仿真的逼真度逐步提高。现存的变电站培训仿真系统,根据变电站一次部分控制操作以及保护屏柜实现方式,主要可分为三类:有硬件屏盘模式、软仿真模式、混合仿真模式。
(一)带盘台模式
带盘台模式是指用外观与实际变电站1:1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室,主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。该系统的硬件配置主要有模拟控制盘、模拟继电器保护盘、变电站配电装置、变电站主接线操作模拟盘、计算机控制仿真系统。其中计算机控制仿真系统是变电站培训仿真系统的核心,它担负模拟变电站的仿真,复现变电站主控室现象的任务。接收模拟盘的信息,控制模拟盘的动作和信号。这种带有硬件盘台的变电站仿真培训系统是最早应用的培训系统模式。带硬件盘台的仿真培训系统需要配备大量的硬件装置、设备,扩展性差,升级改造困难,同时硬件盘台并没有包括变电站中保护、测控柜等实际装置,与现场相比逼真度存在差距,培训效果不够理想。
(二)纯软件仿真培训模式
纯软件仿真培训模式是指变电站内的开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等所有设备全都用软件仿真,除计算机外没有任何硬件,该系统采用多媒体仿真模式,仿真变电站的有关电气设备,包括一次设备、控制系统、中央信号系统以及继电保护和自动装置的面板均可在计算机屏幕上动态显示。软件模式的仿真培训系统很快便以其便捷、经济等优点受到电力部门的青睐,目前应用较广。在这种模式中传统控制室中的保护屏、控制屏、中央信号屏等物理设备均被计算机监控平台所代替,所有监控功能都通过人机交互界面实现与培训人员的互动。省去了大量硬件设备,大大提高了可靠性,并且有利于系统更新升级。但是软仿真模式的培训仿真系统由于所有的操作和显示都是在微机屏幕上进行,与实际现场环境差距大,真实感较差,培训效果也不太理想。
(三)混合仿真培训模式
混合仿真培训模式将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备(包括监控系统、保护柜、测控柜、音响、灯光等)有机结合成为的混合仿真培训系统。目前,该类系统主要采用将数字化电网仿真与部分真实设备相结合的仿真模式,将数字化电网仿真结果通过数字模拟量转换卡转换为-3.53~3.53V的弱电交流量,再输出到经过改造的保护装置的内部采样插件上,并通过开关量输入卡采集模拟断路器的位置,从而实现断路器的动作的仿真,这种仿真方式只采用部分真实设备,并且需要对实际的保护柜进行改造才能以适应该仿真系统,并且可扩展性较差,新增加的保护设备无法直接接入(必须经过改造)培训仿真系统,该类系统的仿真效果与现场的一致性仍存在差距。
二、变电站数字物理混合仿真培训系统概述
变电站数字物理混合仿真培训系统是将数字化的电网一次设备仿真与实际变电站二次设备相结合的数字物理混合仿真技术。即监控系统、保护及测控装置、五防系统、灯光、音响等采用现场真实物理设备,而该变电站一次设备、邻近电网及其一次设备、二次设备等采用数字仿真。其中数字仿真部分采用变电站实时仿真与全动态电网混合仿真技术,即详细仿真的变电站采用实时仿真技术,变电站所在电网采用暂态、中期、长过程一体化仿真计算技术,实现电网的全动态仿真,从而既能详细而真实再现变电站一次设备的行为,也能逼真地再现大电网的各类动态过程对变电站的影响。数字仿真电网再通过高速的通信系统,高速的开关量采集、输出系统,高速、高精度的数字模拟量转换系统和仿真功率放大器与真实的变电站二次设备有机结合,实现了变电站软仿真子系统、数字电网仿真的一次、真实的二次设备仿真放置于同一个仿真系统中,有机连接、灵活配置,营造了十分逼真的变电站运行环境。从而实现对现场各类运行人员的培训需求:如变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员等,同时能完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作。
三、变电站数字物理混合仿真培训系统架构
图1给出了变电站数字物理混合仿真系统的总体架构。其中电网及变电站的数字仿真部分通过接口系统实现变电站电磁暂态仿真与电网全动态仿真的有机结合,其他变电站软仿真也是基于同一个的电网仿真,从而可以实现变电站软仿真、混合仿真的一体化。数字电网仿真结果的瞬时值通过高速通信系统传送到高速、高精度同步数字模拟转换器形成0~10V的模拟交流量,该模拟量通过电流或电压功率放大器得到放大的电流或电压电气量驱动变电站的实际二次设备。数字仿真系统通过高速开关量采集系统实时检测到变电站开关和刀闸的状态,从而将数字仿真和实际二次设备有机结合起来,实现了数字仿真与变电站实际二次设备的无缝闭环连接。仿真培训系统通过开关量输出系统驱动非电气量保护动作模拟硬接点、变压器有载调压模拟硬接点、风冷控制模拟硬接点等,实现变压器的非电气量保护动作的模拟。
四、变电站数字物理混合仿真培训系统功能
变电站数字物理混合仿真培训系统是将电网仿真、变电站实时仿真、变电站综合自动化系统仿真和教员与学员系统有机结合为一体化的系统,不但实现了地区电网生产运行过程的全仿真,也可以正确反映变电站、变电站综合自动化系统和电网的相互作用、相互影响,可以对运行人员进行全方位的仿真培训。系统的主要应用功能如下:
(一)培训运行人员和相关管理人员
培训基本的运行技能。对新员工进行上岗培训,对老员工的基本运行能力进行培训及考核,使其熟悉变电站一二次设备、变电站综合自动化系统、集控站监控系统、电网结构、运行方式、电网潮流,掌握基本运行操作及运行规程,熟练使用实时监控系统(变电站综合自动化系统和电网调度自动化系统)及其他应用软件。
事故分析及处理。可进行开关、刀闸、变压器、母线、线路、发电机组、电容器等各种设备及其相关的故障处理培训,训练变电站运行人员发现事故、异常,依据仿真的电网环境判断故障和处理故障,并在训练结束后对事故进行分析,重放事故发生和处理的全过程。通过仿真训练可以使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程,总结积累处理经验,增强他们事故处理时的自信心。
变电站一次设备正常和特殊巡视训练。通过变电站一次设备三维交互式漫游巡视系统,实现变电站一次设备的三维重现和虚拟操作,受训人员感到富有直观性、形象性,有助于其熟悉了解现场情况,更好地将理论知识与实践经验相结合。
对于管理人员进行电网及变电站运行的概念性培训。管理人员通过仿真培训可以了解电网及变电站的现状、运行方式、操作规程及电网和变电站运行的特性。
(二)联合反事故演习
本系统可用于研究电网、变电站特点,对薄弱环节做好事故预想工作,完善各种事故应对方案,从而提高事故情况下的应对能力,克服以往反事故演习纸上谈兵的局限性。仿真电网设置的常见事故及复杂事故发生后,将引起继电保护的连锁动作和电网潮流的变化,并显示越限设备的报警提示,对此研究后可以总结事故处理经验,制订出合理的事故处理预案。做到事前有分析,事后有反馈,切实提高电网安全运行能力。
五、硬件系统
变电站数字物理混合仿真培训系统的硬件系统由以下几部分组成:教员台,学员台,仿真主机,变电站实际二次设备,电流、电压功率放大器,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,混合仿真集成支撑平台。
(一)教员台
可以用仿真主机,运行教员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台。
(二)学员台
使用与现场完全一致的监控系统工程画面,保留所有现场监控系统功能,并与仿真模型建立通信连接。使学员在监控系统仿真界面上获得在现场监控系统上相同的操作。
(三)仿真主机
运行全动态电网仿真子系统,是仿真系统的核心和中枢。仿真系统模型包括:邻近电网的全动态电网计算模型、包括一次、二次设备模型、故障模型和异常模型。
(四)变电站实际二次设备
保护、测控、音响、灯光等装置采用与现场完全相同的硬件设备,可以为受训者提供真实的操作、监视手段,使得仿真机不仅可以培训变电站运行人员的常规操作和监视,同时还能使他们熟悉和了解变电站重要二次保护装置和屏面设备。
(五)电压、电流功率放大器
功率放大器接收DA输出的弱电模拟信号,进行功率放大使电流信号放大至0~20A、使电压信号放大至0~100V,以驱动实际二次设备。放大器在与仿真信号连接是采用高阻差分方式,无公共连接点,这样可保证仿真系统的安全工作,又可长线连接抗干扰,提高系统的小信号精度。仿真培训专用的功率放大器多路的电流或电压输出,从而能保证更好的同步输出精度,同时降低电流功率放大器的最大输出电流。
(六)高速、高精度同步输出数字模拟转换器
将变电站实时仿真计算出的电压和电流的数字量转化为模拟量,是决定仿真精度的重要环节,其关键技术是实现各路数字模拟转化(DA)的同步输出,同时为了保证输出波形的质量,每工频周波的输出点数大于60点,DA向功率放大器输入模拟弱电信号。为了保证混合仿真系统的可扩展性,更好地适应变电站规模的变化,采用分布式同步实时仿真技术,即根据变电站电气量需要严格同步的程度对各电气量进行分组,每组电气量在同一块DA转换器进行输出保持严格的同步,多组DA转换器通过高速PCI总线分布式工作,因此降低了以前依赖专用的DA转换器的程度,这样既可以保证仿真培训的效果,又可以保证系统的高可扩展性和系统造价。
(七)高速通信及开关量输入输出系统
通过开关量输入系统采集开关、刀闸动作情况、有载调压接点,实现开关、刀闸状态及变压器抽头位置的高速采集,将实际设备的状态实时发送给变电站实时仿真计算。通过开关量输出和继电器模拟非电量保护动作、变压器风冷控制硬接点等。
(八)混合仿真集成支撑平台
混合仿真集成支撑平台采用PCI总线技术将高速、高精度同步输出数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统紧密集成。变电站实时仿真子系统和实时操作系统均运行在混合仿真集成支撑平台,实时操作系统通过硬件系统驱动软件驱动数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统(即用于对DA转换器、开关量输出和开关量输入板卡的控制)是实现数字一次设备与二次物理设备有机联系的接口系统,将变电站实时仿真计算结果实时刷新DA卡、将接口系统的自身状态定时刷新DA转换器的某个通道、通过开关量输入系统采集开关、刀闸
的状态、通过开关量输出系统向实际设备发送指令。
六、软件系统
混合仿真培训系统的软件系统主要由以下几部分组成:交互式、分布式仿真软件支撑平台,全动态电网仿真子系统,教员与学员子系统,变电站实时仿真子系统,实时操作系统,硬件系统驱动子系统。
全动态电网仿真子系统、变电站软仿真子系统、变电站实时仿真子系统、教员与学员系统软件通过交互式、分布式仿真软件支撑平台的运行管理系统有机结合在一起组成整个数字仿真培训系统,变电站实时仿真子系统通过实时操作系统的内核级调用与硬件系统驱动软件集成,与物理设备完成无缝连接。
交互式、分布式仿真软件支撑平台是混合仿真培训系统基础,包括数据库管理系统、仿真运行管理系统、人机界面系统、变电站一二次设备人机界面系统和仿真建模系统。数据库管理系统采用商用数据库与实时数据库相结合的方式,实时数据库是常驻内存数据库,用来支持数据的快速访问、处理。实时数据库与商用数据库有机结合的方式保证了数据库的实时性和高效性,商用数据库作为实时数据库的持久存储,较好地解决了分布式系统中数据库系统的开放性、实时性和一致性问题,从而充分发挥了实时数据库和商用数据库各自的优势。仿真运行管理系统,作为分布式仿真的运行支撑系统,实现了各个仿真应用之间的交互操作,是联系各仿真子系统(软仿真、电网仿真、混合仿真)各部分的纽带,是分布式仿真系统的核心,为各个仿真应用软件提供了位置透明、高效的虚拟运行环境,向子系统提供交互对象管理服务、时间管理服务、数据分发管理服务和应用程序接口。人机界面系统是全图形人机接口,为教员和学员提供交互式操作媒介。变电站一二次设备人机界面系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和虚拟现实技术,可以构建各种电压等级的虚拟变电站,包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、中央信号屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备,分为变电站一二次设备人机界面编辑系统、在线系统及变电站一次设备三维交互式虚拟场景系统。仿真建模系统通过图形、模型和数据库一体化建模技术,在画面编辑时能够提供特定电气元件的计算模型,在生成画面同时,能够自动地生成或人为输入电气元件计算模型的参数,并插入到数据库相关表格中,为电网仿真、变电站实时仿真等子系统提供拓扑数据和运行数据。
全动态电网仿真子系统采用暂态、中期、长过程一体化计算再现真实的电力系统的动态响应过程,采用了固定结构的稀疏矩阵、微分方程隐式梯形差分方程与网络代数方程的联立求解、强鲁棒性牛顿―拉夫逊法非线性方程求解、自动变步长等技术保证电网仿真计算的快速性和稳定性。
教员与学员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台,功能由四部分组成,即:系统管理功能、培训前运行方式和教案准备、培训中的操作和进度控制、培训后分析和评估。系统管理功能包括时间管理、用户管理、运行方式管理等;培训前运行方式和教案准备包括选择运行方式数据、整定初始方式、预设故障和事件;培训中的操作和进度控制是指教员对培训进程的控制、对电力系统模型的操作、设置故障和事件、管理和监视学员的操作;培训后分析和评估包括使用事件记录、曲线、报表等工具分析学员操作的效果,利用事故追忆再现学员的处理过程和系统的变化过程,利用评价工具对学员的操作进行评价。
变电站实时仿真子系统在变电站中一次设备的三相暂态模型及外网动态等值模型基础上,采用电磁暂态计算理论实现变电站的详细仿真计算。通过接口算法实现变电站实时仿真与全动态仿真的在线交互,保证变电站的动态响应的准确性。变电站实时仿真子系统运行在实时操作系统基础上,实时操作系统可配置成单任务模型,保证实时仿真子系统的最高优先级的运行级别,实时操作系统运行于混合仿真集成支撑平台,并通过硬件系统驱动软件驱动硬件系统。
七、结论
本文研究开发的变电站数字物理混合仿真培训系统是在软仿真模式的变电站仿真技术基础上,结合电力系统的实时仿真技术,将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备有机结合成为的物理与数字混合仿真培训系统,使受训的变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员在完全真实的变电站环境内接受训练,同时能够完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作,能有效地提高现场运行人员素质水平。该系统已在石家庄电力培训学校220kV教学变电站培训仿真系统中,取得了很好的培训效果。
参考文献
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陕西省电力公司变电仿真实训基地目前投入培训的培训系统有:110kV模拟变电站、330kV仿真变电站,变电运行仿真培训系统一套,集控站运行培训系统一套,地调运行培训系统一套。
一、基地简介
110kV模拟变电站,占地面积为5000平方米,实训场所面积2000平方米,电气设备总价值1000万。主接线为双母带旁母方式,变压器、断路器等一次设备齐全,保护及二次系统为电磁型设备,基地主要完成110kV及以下变电运行各职种的变电站一次设备日常巡视、倒闸操作、继电保护、自动装置、直流系统等项目的培训考核及电力类专业的标准化操作、专项实训的培训考核。
330kV仿真变电站,占地200平方米,330kV仿真变电站为中心自行开发的330kV盘台式变电仿真培训系统,330kV盘台式变电仿真培训系统配备了3台工控机,用于运行仿真程序、采集信号和驱动继电器等,是仿真系统的核心,模拟仿真了330kV、110kV、10kV变电站一次、二次系统,该仿真培训系统针对局域电网进行仿真,能够对外部电力网络进行计算,发电机和负荷具有调节功能,可由教练员改变潮流分布,使得仿真效果更加逼真。该系统真实模拟了330kV变电站主控室的各项功能,产生逼真的仿真效果,实现对变电运行的正常运行监视,倒闸操作及事故处理全方位、全过程的仿真,提供真实的培训环境。
电网变电站仿真培训系统培训室面积为700平方米,包括变电运行、集控站运行培训系统、地调运行培训系统等技能训练设备。软件系统主要包括变电运行支撑电网仿真、变电站仿真模型系统、综合自动化系统仿真软件、工程师/教练员站功能软件、仿真设计支撑系统、继电保护仿真、多媒体课件制作与交互平台、一次设备虚拟仿真、集控站仿真系统、变电站仿真组态平台、数据库平台软件、盘台仿真变接口软件、变电远程仿真培训软件、继电保护控制软件接口、I/O软件(网络I/O、盘台I/O)、电网潮流计算软件包、监视控制站仿真软件及混合仿真驱动软件等。
变电仿真实训基地主要完成中级工、高级工、技师、高级技师培训,同时可开展十几个项目培训,主要培训项目有在岗运行值班员仿真培训,包括运行人员上岗前培训、在岗运行值班员取证和换证培训、运行值班员升级考核培训、单专业值班员向全能值班员转岗培训以及有针对性的反事故演习训练。
变电仿真实训基地现有培训师24人,兼职培训师6人,其中高级培训师3人,专职培训师占培训师资总量的80%,其中双师型培训师16人,占培训师资总量的66%;中级以上职称(或技师及以上职业资格)的22人,占专职培训师总量的92%,高级职称及高级技师资格的12人,占专职培训师总量的50%。
二、工作成果
2007年完成变电站值班员差异化培训项目4个,2008年完成750kV超高压紧缺人才培训项目4个,2009年开展了省公司110kV、330kV、750kV培训项目10个。作为国家电网公司生产人员岗位技能培训规范及教材的主编单位,编写了《330kV变电运行培训规范》及教材,并推广使用;编写了《变电站事故处理》、《变电站站长必读》、《变电站综合自动化系统》等培训教材,并在多个培训班应用;根据培训需要,编制了《变电运行作业指导书》。
2007年至今,在面向系统内供电企业变电专业职种的培训中,深入企业调查培训需求,根据员工能力及职别制定差异化培训方案及教学计划,被省公司作为典型经验在省公司范围内推广。先后举办了变电专业职种的高级工、技师、高级技师等培训班18期,培训人数720余人。同时具有五年以上的高级工、技师培训和技能鉴定的经历,培训质量较好,受到企业的好评。并根据生产现场需要编制了《变电仿真实训指导书》等12本培训教材,经过公司相关部门人员组成的专家组审定,已在培训项目执行过程中使用。
变电仿真基地面向电力企业,积极开展科研项目研究,《一机多模750kV变电站仿真培训系统软件开发》等项目已付诸培训应用,取得了很好的效果,在企业享有盛誉。
李兴华(1974-),男(汉族) 工程师,主要负责技术标准的制定和审核。
摘 要:本文通过介绍目前电网运行模式改变,说明急需开发一套适合集控值班人员培训的软件―集控站仿真培训系统,并展示了一套以鹤壁地区变电站、集控站和电网为模型,集电网仿真、变电站仿真、Web、图形图像、通讯、数据库、三维虚拟现实技术于一体的集控站仿真培训系统;该套系统功能齐全、内容多、范围全面、可模拟的故障数量多,效果逼真,培训的范围广、实用性强,是目前快速提高变电站、集控站运行人员技术素质的有效途径和方法,取得了显著的经济效益和社会效益。
关键词:集控站;仿真培训;建设;应用
1、引言
随着电网规模的发展和主网架升级以及电力技术的发展,220kV及110kV电压等级大量无人值班变电站投入运行,变电生产管理由传统方式向集约方式转变,在变电站和电网调度之间出现了集中监控中心这一层面,建立集控站,可以实现分层分布式的调度运行管理模式,实行集约化管理方式,降低变电站运行成本,达到信息分流、控制分层目的,同时分散厂站信息全部由地调主站系统接收处理的风险,减轻主站压力。
220kV集控站比单个220kV变电站需要监视更多的信息、需要执行更多的操作、需要处理更多、更复杂的异常、事故,这就对运行人员的素质提出更高要求。为了解决集控运行人员的培训问题,培养集控人员的全局观念和系统观念,急需建立集控站仿真培训系统。鹤壁供电公司为了适应现代电网发展趋势,打造一批精英运行团队,提高设备安全运行水平,特研制开发了220kV集控站仿真培训系统。
2、系统建设目标
2.1系统建设的目标
以220KV灵山集控站及下属的五个110KV为仿真对象,采用先进的模块化建模技术,在SDSS2000仿真开发支撑系统环境下研制开发的一套全范围集控站仿真培训系统。该系统对灵山集控站所辖6站进行全方位仿真: 模拟集控所辖小系统一次系统潮流分布、故障电压和故障电流、监控系统、五防系统、保护装置以及户外一、二次设备的巡视、操作、显示及实施响应。可以为变电站运行人员、集控运行人员、电网调度人员提供优质高效的培训。
2.2 系统研究内容
(1)集控站仿真培训范围探讨及确定(2)仿真对象逼真度确定(3)集控站仿真系统建模使用软件研究(4)保护和自动装置响应速度研究(5)故障及异常情况下保护和自动装置动作原理研究(6)潮流分布及故障分量算法研究。
3、系统项目组成
系统有硬件和软件两部分组成
3.1 硬件组成
硬件组成:6台计算机、网络设备、音响设备、电源设备;
网络设备:通过高速数据交换机以太网形式实现各设备之间数据的快速、可靠传输;
音响设备:通过音箱来实现集控站电笛及电铃的声响报警效果。
图一 硬件组成图
3.2 软件组成
SDSS2000支撑系统软件、电气系统模型软件、监控机软件、保护屏图形软件、五防软件 、 3D就地软件、平面就地软件。
3.2.1 SDSS2000支撑系统软件
仿真支撑系统软件是仿真培训系统软件系统的核心,从功能上主要分为系统服务、工程师台功能和教练员台功能,它的主要特点如下:
1)模块化建模。所有模型软件全部采用模块化设计,模型开发人员可以方便地进行建模和调试工作。同程序化设计的方法相比,模型软件易于扩充和修改,调试方法先进;
2)动态库链接。算法源程序经过编译以后,无需退出支撑系统就可以重新装载;
3)变量/模块跟踪调试,为开发人员提供强大的调试工具;
4)系统具有多种图形显示,包括系统状态、变量监视、故障监视、网络监视等,图形技术采用OpenGL编程,画面美观,显示信息丰富;
5)实时系统资源监测,显示当前各运行周期占用CPU时间;
6)系统提供了许多方便于模型开发人员进行开发的功能,例如变量的自动管理、模块的智能复制和数据库的自动保存功能等;算法的源程序全部采用C++高级语言,代码体积小、执行效率高;
7)网络通讯的周期为100毫秒,盘台设备的操作反应迅速,仿真逼真度高。
8)采用Microsoft Access作为数据库管理系统,Miscrosoft Access数据库具有功能强大、灵活易用等特点,通过ODBC的方法实现数据库的网络共享;
9)全中文环境,人机界面友好,完全采用Windows 32应用程序的界面标准,开发人员很容易掌握使用。
10)DSS2000从功能上主要分为系统服务、工程师台功能和教练员台功能,它的主要功能如下:
图二 教练台画面
SDSS2000 系统服务功能:用户登陆服务;日志管理;网络通讯服务;算法动态链接库管理;
SDSS2000 工程师台功能:提供电气系统建立、修改和调试模型软件的环境;实时调度、执行模型软件;管理算法数据库、变量数据库和模块数据库,建立和维护数据库之间的对应关系;提供丰富的统计和查询功能;
SDSS2000 教练员台功能:仿真培训系统正常的运行和冻结;初始条件管理,系统提供200个初始条件可供教练员选择;故障管理,包括设置、取消单个故障、复合故障,可以图形显示故障的状态(未设置、设置但未发生、已发生);复位功能;返回功能;重演功能;主要参数曲线监视;外部参数监视;负荷调整:可以调整各站负荷的有功和无功。运行日志:能自动记录学员进行的操作和检查过程,并可以进行修改。巡视记录;远方关机功能;
3.2.2 模型软件
本仿真培训系统的模型软件都采用Visual C++编写。模型软件能够精确模拟受控变电站各种设备的物理特性,不仅能够精确模拟一次设备,而且能够模拟二次元件;不仅能够模拟正常运行,而且能够模拟异常和事故状态;能够模拟各种故障和异常424个;它主要有下列数学模型:鹤壁地区电网:鹤壁地区电网拓扑计算模型;鹤壁地区电网潮流计算模型;鹤壁地区电网故障分量计算模型;6座变电站线路测控、保护和信号逻辑模型,母线测控、保护和信号逻辑模型。所用变/电容器测控、保护和信号逻辑模型,主变压器冷却器控制、信号逻辑模型。变压器有载调压装置控制、信号逻辑模型,低压交流系统电压、电流计算模型,低压交流系统测控、保护和信号逻辑模型,低压直流系统电压、电流计算模型,低压直流系统测控、保护和信号逻辑模型。
3.2.3、监控机软件
监控机软件是对集控站监控机的仿真,能够实现真实集控站监控机上所有的操作、显示。该软件具有动态操作、动态显示、参数监视、故障报警、遥信显示、报警信息分类等功能。
图三 灵山集控站画面
参照真实集控站监控机软件,该仿真软件采用分级菜单结构,调出系统画面的响应时间小于0.3秒,动态刷新时间为0.1秒。
图四 灵山站一次系统接线图
该软件具有方便的可修改性和可扩充性,可以方便地在线和离线进行系统画面和动态特性的修改、添加。
3.2.4 五防机软件
五防机软件是对220KV灵山变电站五防机的仿真,能够实现现场五防机的功能。在该机上,模仿现场五防机的开票过程,遵循五防逻辑,进行操作票的开取、校验。
图五 灵山站五防机画面
3.2.5、保护屏图形软件
该软件是对受控变电站的测控屏和保护屏的仿真。采用DirectDraw显示技术,将需要显示的盘台和盘台上的仪表、旋钮、开关、液晶等实时显示于计算机的屏上。
图六 保护屏画面
该仿真软件逼真度高,操作反映速度快,灵活性好,画面调出时间小于0.1秒,动态刷新速度快。在进行开关操作、指针旋转、切换各种画面的仿真中,鼠标一点即动,使人几乎感觉不到有响应时间。
保护屏图形软件完成受控变电站主控制室保护屏的液晶报告、信号指示、信号复归和压板操作的仿真。通过实景菜单的方式,可以选取任一个保护屏,并对每个动态点进行实时的各种操作(开关的开合、按钮的按动、压板的投入及退出)和各种动态显示。
图7 保护屏画面
本部分软件实现对每一保护屏的推拉功能,即对保护屏看不到的部分可以用鼠标进行拖动,将其拉入显示屏内进行观察和相应的操作,从而直观的再现了元器件多且盘面大的保护屏。 保护屏信号量大,本机操作用变量13927个,与主机交换的逻辑量为8491个,模拟量为2572个。在信号分析处理部分进行了准确定位,分层处理,尽可能地减少信号处理量,既保证了信号的正常传输又保证了动态画面实时显示。
3.2.6 3D就地台软件
3D就地台软件是对220kV灵山变电站户外配电装置进行的仿真,在本项目中,独立研发的三维虚拟仿真(3D Virtual Simulation)支撑系统采用了国际领先的图形开发平台技术,该支撑系统能优化OpenGL 和 DirectX底层核心技术,结合Visual C#.NET 编程,可以动态加载大型三维场景,可一次加载超过四百多个三角面,满足大型三维模型实时渲染的需求。该项技术在国内处于领先水平。在该支撑系统下开发的三维实时仿真程序不仅能够1:1绘制整个变电站三维模型,而且可以进行三维交互、动作模拟等。可以由客户操纵从任意一个角度互动性地观察场景,犹如身临其境。采用三维虚拟技术使220kV集控站仿真培训系统的功能更强、故障更多、设置更灵活如:一次系统可以设置各种故障,例如瓷瓶裂缝、接触点过热、带电拉刀闸等。
图8 户外一次设备三维场景
3.2.7、平面就地台软件
平面就地台软件是对110kV高村桥变电站、110kV冷泉变电站、110kV袁庄变电站、110kV淇滨变电站、110kV海河变电站户外配电装置进行的仿真,户外配电装置采用平面单线图实现显示和操作,重要的设备可弹出相应面板进行仿真,简单实用,可全面模拟户外巡视和户外操作。
图9 户外一次设备平面场景
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在该系统下开发的三维实时仿真程序不仅能够1:1绘制整个变电站三维模型,而且可以进行三维交互、动作模拟等,同时实现不同天气下变电站设备巡视仿真培训,可对任一巡视内容进行记录和回放。监控、五防机采用矢量图形技术和自主开发的SimuDraw图形仿真支撑软件开发,可以模拟现场五防机的开票过程,遵循五防逻辑,进行操作票的开取、校验。保护屏采用DirectDraw对所有保护压板及按钮进行仿真,并对保护液晶进行菜单及事故记录仿真。 该系统能为变电站、集控站运行人员提供户外巡视、倒闸操作、事故演示和事故处理等方面的培训项目,能有效提高运行人员正常操作和巡视水平,大大提高运行人员对事故的反应能力和处理能力,培养运行人员的全局观念和系统观念,提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性。 --!>
4、应用情况
集控站仿真培训系统建成后已为鹤壁供电公司公司进行了多批次的岗前培训、岗位培训、技能考核和技术比武等。实际应用效果证明,该仿真系统仿真范围全面、可模拟的故障数量多,效果逼真,是目前快速提高变电站、集控站运行人员技术素质的有效途径和方法,取得了显著的经济效益和社会效益。(1)利用该仿真系统进行运行人员培训,可取得直接经济效益。(2)通过有针对性的仿真培训,显著提高了集控站变电运行人员的基本操作技能和事故处理能力,有利于供电企业提高电网的安全、稳定运行水平,由此所取得的间接经济效益和社会效益是长期的。
随着电网技术的发展,全国集控站管理模式已全面推广,变电运行人员的全局观念和集控站人员应具有的素质技能,可通过集控站仿真培训使其适应现代电网发展需要。(作者单位:河南省电力公司鹤壁供电公司)
参考文献:
[1] effrey Riehter. Windows核心编程[M].北京:机械工业出版社,2000. 8.
当前,随着中央作出建设新丝绸之路经济带的战略决策,加快新疆 750千伏骨干网架和疆电外送特高压电网建设的步伐,加快建设坚强智能电网、构建“三集五大”管理体系,对新疆电力员工的素质和能力提出了新的更高的要求。面向新疆电网发展的美好未来,国网新疆电力公司培训中心以科学发展观和科学人才观为引领,以服务新疆电力公司“人才强企战略”为目标,始终把改革创新贯穿中心发展全过程和管理各方面,全面构建“大培训”体系,科学编制专业人才培养和教育培训规划,探索更有效管用的培训方式。持续完善“大培训”组织建设,发挥新构架功能,创新培训方法,加强培训、考核、鉴定力度,凝心聚力,创新发展,全面提质提效,深入推进教育培训工作的制度化、规范化和科学化,坚持“三结合,着力提升培训质量、培训水平和培训效果,为深化“两个转变”,服务“一强三优”现代公司建设作出新的更大贡献!
中心简介
国网新疆电力公司培训中心是新疆电力公司唯一的网省培训中心、电力行业高技能人才培训基地和电力行业变电仿真培训基地。承担新疆电力公司技能类培训和管理类培训业务,负责公司所辖全体员工岗位培训、职业资格培训鉴定和职工教育等。
2009年,建立了ISO9001∶2008质量管理体系和ISO10015培训管理体系,并获得国际认证;2012年,按照公司党组要求,停止学历教育招生,全面实现转型;2014年,培训中心经“三集五大”建设机构调整后,共有9个部门,综合管理部、人力资源部、财资部和培训管理部4个职能部门,以及技能鉴定部、管理培训部、技术技能培训部、学历教育部和后勤保障部5个业务部门。
截至2013年年末,培训中心共有各类员工230人,其中长期职工195人,少数民族员工65人,比例为33.33%。本科及以上学历共130人,占66.67%,其中硕士研究生学历6人;大专37人,占18.97%;中专及以下29人,占14.87%。高级职称44人,占22.56%;中级职称57人,占29.23%;初级职称35人,占17.95%。高级技师49人,占25.13%;技师74人,占37.95%;高级工22人,占11.28%;中级工6人,占3.08%。人才当量密度为1.076。
1.1信息一体化平台
信息一体化平台采用一体化模式,集监控和五防功能于一体。一方面作为后台监控系统软件,模拟数据采集处理、运行监控、正常操作、事件和报警处理等,实现常规站监控系统功能,同时新增加智能变电站特有的高级应用功能:一键顺序控制、告警信息分类、智能告警等;另一方面作为五防系统软件,嵌入到信息一体化平台中,不仅保留就地间隔内电气设备的电气联锁,同时还通过以太网实现相互通信,交换设备的状态,实现智能变电站站控层、间隔层、过程层3级防误闭锁功能。
1.2智能化保护测控系统
智能化保护测控系统按照保护测控装置的物理原理建立数学模型,采用定值驱动法,当故障发生后计算的故障电流结果到达定值要求时自动启动保护测控装置,按照其工作原理进行判别,相关保护动作,报出故障信息报文,有关指示灯点亮,与变电站真实设备保持一致。
2系统功能
智能变电站高级应用功能的仿真是以智能变电站仿真系统为基础,将智能站高级应用集成于信息一体化平台中,实现了智能变电站特有的一键顺序控制、智能告警信息分类、故障综合分析决策功能的仿真。该系统从其功能上可以作为培训和测试的平台。
1)培训功能。智能变电站高级应用功能是智能站特有的新应用,对运行人员来说是全新的知识,需要进行培训学习。该系统真实再现了智能变电站场景,可以为运行人员提供一种有效的培训手段,使运行人员能够学习智能变电站中的新知识、新技术,提升专业素质。该系统已经投入培训使用,系统运行稳定,人机界面友好,培训功能完善,培训效果逼真。
2)测试平台功能。智能变电站高级应用功能的仿真还可以为高级应用功能的研究提供测试平台。由于电力系统的特殊性,不能在真实运行设备上进行任意操作,而该仿真系统通过为其他系统或软件提供开放的数据接口,可以反复进行操作和设置故障,对被测系统或软件运行情况进行测试,通过与某公司合作,能够正确地实现测试功能,为研究智能站高级应用功能提供了一种有效的测试平台。
3智能告警信息分类的仿真
通过建立故障信息的逻辑推理模型,对故障告警信息分类过滤,并对变电站运行状态进行实时在线分析推理,能够实现智能告警功能,可以自动报告站内异常状态,并根据需求提供分层分类的故障告警信息。智能变电站各种运行告警信息量非常大,包括3类:
1)提示性信息。这类信息不需要特别关注;
2)告警信号。这类信息虽然没有直接引发事故跳闸,但实际隐含着可能的故障,若不进行综合分析,消除异常,持续发展会导致事故发生,需要给予重点关注;
3)事故信息。事故信号产生一般都会有保护动作、开关跳闸,要求在尽可能短的时间判断故障原因,以便上报,并依据调度指导进行故障隔离和恢复操作。因此,需要对故障告警信息进行过滤,提供分层分类的告警信息,以方便运行人员工作。智能告警信息分类的仿真包括以下几个方面:
1)图形界面仿真。智能告警信息分类通过信息一体化平台进行展示,信息告警图形界面是信息分类结果的直观展现。在进行仿真开发时,按照智能变电站信息分类的原则,根据告警信号重要性,告警实时显示窗口由多个页面组成,包括:全部告警、严重保护事件、一般保护事件、SOE、开关刀闸动作和智能告警6类,所示同时还会根据告警信息的级别,通过声音的方式发出告警。
2)数据库仿真。智能告警信息量非常大,其仿真时所需的数据量也很多。仿真时全站采集信息采用统一的命名格式。变量命名格式包括:变量名、变量描述、变量单位、变量标识、变量数据指向。变量名是信息的代表,当变量为1时,其变量描述才有意义,该描述会在智能告警图形界面中显示出来;变量单位的作用是区分告警信息变量的间隔,是实现变量筛选分类的基础;变量标识的作用是区分告警信息变量的重要程度,以便于告警信息的分类;变量数据指向主要用于数据通信。
3)告警信息筛选分类功能。由于告警信息总量很大,为满足不同的关注需求,在告警显示窗口设置信息筛选的功能,在窗口中选择某一设备间隔,根据告警信息变量的标识,可以在告警窗口各页面中自动显示出有关该间隔的所有信息,将不关注的信息屏蔽。可以通过左上角下拉列表选择变电站间隔来显示不同间隔的告警信息,使运行人员更有针对性地查看所需的信息。
4故障综合分析决策的仿真
故障综合分析决策是指在故障情况下对事件顺序记录、保护装置动作及信号、故障录波数据等进行深入挖掘,通过多专业综合分析,并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。通常当变电站发生异常或事故时,其处理过程是运行人员按照现场情况、规程及经验进行判断处理,这种方式不仅要求值班员非常熟悉变电运行规程、规范及设备运行要求,而且需要较长的分析判断时间。故障综合分析决策功能可自动为运行人员提供一个或多个可能的事故分析报告,便于迅速确定事故原因和应采取的措施。
4.1故障仿真
故障仿真是进行故障综合分析决策仿真的基础,该仿真系统中对真实系统中可能发生的故障类型进行了分析总结,可实现真实系统中常见故障的仿真。在仿真中故障类型,分为4类,一百多个故障:
1)一次设备故障及异常,包括线路、母线、主变压器、电容器、所用变、断路器操作机构、SF6泄露等;
2)保护与测控装置故障;
3)智能组件故障,包括智能终端、合并单元、网络故障;
4)低压交直流故障。其中,一次故障可以进行故障相别、故障距离、故障性质(瞬时/永久)进行分别设置。在仿真中既可以单独设置一次、二次故障或网络故障,也可组合一次、二次故障和网络故障。故障仿真范围全面,效果逼真。通过仿真系统在培训中的应用,该系统能够在故障和异常发生时,能够真实反应故障现象和保护动作情况,故障信息详细,为故障综合分析决策提供分析依据。
4.2故障综合分析决策仿真的基本结构
故障综合分析决策仿真的基本结构,以仿真支撑系统为服务器,进行故障模拟、采集信息、建立推理知识库、故障综合分析推理,并将分析结果以可视化的形式在信息一体化平台中展示出来。信息采集是对设备实际状态信息和故障信息的采集,在仿真时通过支撑系统完成数据的采集;推理知识库存放专家提供的告警及故障分析知识,推理机完成故障信息的综合分析,给出推理结果,推理知识库和推理机以数学模型的形式存放于支撑系统中;推理结果展示是将推理结果以一条条报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中。
4.3建立推理知识库
推理知识库的知识源自变电运行规程、规范及运行人员的经验总结,通过分类归纳总结,形成一定的知识规则,在仿真过程中其规则内容包括设备名称、事件、原因、推理相关信息等。它采用统一建模方式,可以通过修改、完善知识库中的推理逻辑来提高综合分析决策的功能。
4.4推理机
推理机是利用类似专家解决问题的思维方式,通过推理机来实现知识库的价值。在故障发生后,推理机将采集到的告警信息、设备状态信息与知识库中的推理建立起关联关系,采用正向推理策略,按照推理规则进行反复匹配和判断,最终给出一个或多个合理的推理结果以供参考。
4.5推理结果展示
推理结果展示既是将推理结果以报文的形式展示在信息一体化平台的告警窗口中,告警窗口“推理信息”页面提供简单的故障分析结果报文信息,包括故障发生时间、设备名称及简单推理结论,通过双击该报文信息调用具体故障分析报告的展示窗口,分析报告显示的内容包括故障发生的时间和间隔、动作事件、故障原因、故障相关信息分析的结果。通过推理结果展示,可以直观的看到故障综合分析决策的结果。
5结束语
关键词: 电力系统 变电站 安全 事故处理
前 言
刚走上岗位的第一天,一位老师傅就对我说“变电运行工的最高境界就是事故处理”。可见事故处理是变电站安全运行的一项多么重要的工作。正确、快速地处理是运行值班人员综合素质的体现,也是防止事故扩大和减少危害的基本措施。由于事故的突发性及不可预见性,变电站应重视培养运行人员事故处理的能力。下面就如何提高运行人员的事故处理能力来谈谈我个人的认识、见解。
1. 概述
电力系统的安全运行,很大程度取决于能否把握好供电可靠的安全关,而变电站作为电力系统的骨架,一旦发生故障,轻者造成了设备损坏、影响了用户的正常供电,重则导致电力系统振荡或瓦解,造成大面积停电,对国民经济建设和人民生命财产安全构成威胁。
变电站发生的事故大致可分为两大类:一是设备缺陷,二是外力破坏造成全系统或局部地区的停电事故。前者需要运行人员加强巡视,争取在第一时间发现设备缺陷并及时上报,后者则要考验运行人员的事故处理能力。
近年来,我公司连续投运了多个变电站,变电站运行值班员较为紧张,许多变电站都是2000年后参加工作的青年员工,虽然平时紧抓业务学习,但运行工龄短,工作经验积累并不丰富。还有一部分运行人员由于刚参加工作,还未参加过仿真变电站培训和高级工培训。
变电站的安全运行最重要的两项工作就是正确操作和事故处理,前者很大程度取决于规程制度的执行情况,而后者则是对运行人员技术水平的综合考验,与各人的业务水平、反应能力、工作经验有很大关系。在目前情况下,如果有事故发生,部分运行人员很容易就会出现一种不知所措的情况,不能对故障做出精准的判断和处理。
2. 通过对我公司变电运行部的现况进行调查分析,得出目前影响运行人员事故处理能力的因素主要有以下几点:
2.1 规程、制度的执行
事故处理过程必须严格按规程执行,规程是用教训和鲜血写成的,其保证安全所起的作用是非常重要的。而在事故发生的情况下处理操作很多,现场不可避免的很忙,这时就一定要做到忙而不乱,将规程制度牢记于心,严格遵守规程,决不可因任务多,操作忙而出现违反规程的事。在这方面因为忙乱而忽略规程制度最终导致事故扩大的事例实在太多了,大量的事故通报都证明了不按规程工作和习惯性违章是引发事故和扩大事故的主要原因,我们要吸取教训,严格执行规程制度。
2.2 值班质量
值班质量包括认真监屏、接班检查、班上巡视、值班的精神状态等几个方面,值班质量提高了,事故处理自然能快速反应。因为心中已对本站运行方式,负荷情况,缺陷处理等情况了然于胸,就能有的放矢地组织处理,不会心慌而自乱阵脚。监盘认真了,就能正确全面地把握事故发生时的征象;接班检查认真到位了,则能留意或及时发现设备缺陷,变事故不可预见为可预见,从而将其消除于萌芽之中。
2.3 班组的整体业务水平
在电力生产中,许多事故的发生都和运行人员自身素质有很大关系,许多事故都是因为运行人员处理不当造成的。班组的整体业务水平决定着处理突发性事故的能力。发生事故时,光靠一两个人是不行的,需要每个值班人员都行动起来,相互配合、共同协作,迅速的处理事故。班组在提高工人文化水平、业务知识的基础上,结合生产实际进行技术培训,使工人熟练的掌握本岗位设备性能、操作方法,在日常工作中多交流、多沟通,使班组技术水平全面提高,以应对各种突发性的事故。
2.4 值班长的组织指挥能力
值班长有好的组织指挥能力是关键。事故发生时值班员很容易出现一种不知所措的感觉,能否很快地正确判断,与个人的业务水平、反应能力、实际经验有很大关系,而值班长作为一个班的领头人,是整个班的灵魂,在这种情况下,就应突出其中心作用,指挥全值人员各司其职,迅速控制事故,最大限度地降低事故损失;相反如果值班长经验不足或管理水平不高,就会自乱阵脚,整个局面将会陷于群龙无首,而造成事故处理不及时,甚至扩大事故。很多事例证明,在重大事故处理过程中,如果没有统一的组织指挥,整个局面将是一盘散沙,此时作为值班长对事故原因的判断、关键操作的决断、人员搭配和安排等问题都要进行全盘考虑,这就既要考验他的技术水平,又要考验他的组织指挥能力,因此值班长织指挥能力在日常工作中是非常重要的。
2.5 事故预想及反事故演习
事故预想及反事故演习就是平时预先有针对性地设想好值班当天特定的环境下事故发生时,全体值班员应如何快速反应,在值班长的领导下能够正确处理好每一次预想事故工作,是防范事故的一项有力措施,是居安思危的一种体现,也是增强事故应变能力的一种有效的培训手段。运行人员应以班组为单位,根据设备的运行情况、天气突变等条件做好各种情况下的事故预想,使全班通过事故预想而统一认识,互相协作,那么在真的出现事故时自然就能配合默契。
2.6 仿真变电站培训
开展仿真培训是提高运行人员处理能力的一种非常有效而实用的方法,它能演示平时不容易看到的事故现象及过程,真实性好,通过集声、光、状态变化于一体的多媒体软件进行训练,通过仿真培训,不但能通过提高处理事故的能力,拓宽处理事故的思维空间,还能调整运行人员的临战心理素质。
3.通过分析影响影响运行人员事故处理能力的主要因素,我们得出,只要做到以下几点,可以全面提高运行人员的事故处理能力。
3.1 加大培训学习力度,提高全员综合素质
3.1.1 对变电运行人员进行思想教育,牢固树立“安全第一,预防为主”的思想。站长、安全员、运行技师到各值跟班,紧抓各值人员对各种规程、规定的学习,加大个人技术培训力度,在各值开展小范围的多种形式的现场技术培训。每月组织开展不同的现场培训,有《调度规程》培训、“二票”培训、《现场运行规程》培训、《事故处理规程》培训,并认真参加公司开办的继电保护培训班。
3.1.2 在值班期间,主动向检修、试验、保护人员虚心请教,主动了解和弄懂设备运行中的问题,培训工作坚持理论知识和实际操作相结合的原则,及时、正确掌握新设备的特性、动作过程和运行注意事项等。
3.1.3 从规程下手,强调规程的掌握和正确运用;从基本的一次设备及主接线运行方式、二次设备相关操作技能;到倒闸操作及设备巡视检查内容都要求每个值班员熟练掌握。严格执行“两票三制”,每个运行人员都要学会正确填写操作票、工作票,对每份工作票上所列安全措施是否正确、是否满足工作的需要以及工作票的不足之处都能查找出来,及时纠正和补充。
3.2 组织安全检查,加强重点设备管理和检修
由班站长、安全员对所辖变电站组织一次缺陷清查,对存在缺陷和设备隐患上报变电运行部,通知检修人员检修,保证站内设备的安全稳定运行。
认真进行公司、部里组织的安全大检查,从人员、管理、和缺陷等方面认真查找问题。变电站内开展自查。对发现的问题进行原因分析,并举一反三、查找设备和安全上的隐患及自身素质的不足,积极提高运行人员的工作积极性。
3.3 加强对值班长、带班人员的培训
日常工作中进行值班长组织指挥能力的培养。参加工区组织各种学习培训,通过组织值班长岗位专业知识的培训交流活动,提高变电运行值班长的业务水平。对值班长应经考试合格,颁发专项培训证书。
3.4 组织好事故预想和反事故演习
3.4.1 根据每个站的事故处理预案,运行人员必须对事故原因做出的准确的判断,并分析出保护的动作过程,对处理步骤进行评议,不断提高认识。同时,结合兄弟变电站典型事故的进行讨论,总结经验,丰富本站的事故预案;针对生产任务的要求、运行方式的改变、天气状况的变化及时地提醒、督促运行人员做好相应的事故预想,应对随时可能发生的事故。
3.4.2 每个事故预案的内容要组织运行人员认真分析,深刻领会,并做好现场演习。每次演习结束后,运行人员都要对演习情况进行评述,统一认识,取长补短,以达到事故真的出现时能够步调一致、配合默契、迅速果断、处理正确。在演练中,锻练了运行人员良好的心理素质,做到临危不惧、沉着冷静地面对突发性的事故。
通过大开展事故预想和反事故演习,训练了运行人员对事故的分析、判断、处理能力及配合情况,使书面的预案转化为运行人员思想行动方针。
3.5 大力开展仿真培训
每个变电站对未参加过仿真培训的运行人员进行统计,上报变电运行部,组织仿真培训。通过培训使大家既掌握一定的理论知识,还模拟了一些实际工作中未曾遇到的事故现象。运行人员抓住仿真培训的有利机会,开拓了眼界,积累了运行经验。
变电运行部还鼓励运行人员进行职业技能鉴定,大大激发大家的学习积极性。还有值班员从网上下载变电站仿真软件,平时自发进行演练,提高业务技术水平。
3.6 以上这些工作,不能流于形式,要定期举行运行人员技术大比武和业务考试,重奖重罚,提高全员的学习积极性,对成绩差者报上级备案。这样会不断提高运行人员对设备异常的判断能力、复杂情况的处理能力。培训工作要持之以恒,不能脱节,运行人员也要自我加压,应坚持理论知识和实际操作相结合的原则。此外,还要加强与调度、兄弟变电站的交流,定期进行一些大型的事故演习,开阔眼界,从中汲取经验。
6. 结束语
论文摘要:根据高压断路器多媒体教学软件的设计方向和设计理念,从主界面、二级界面(包括实训楼、图书馆、仿真楼)、三级界面设计了整体功能模块,该培训系统具有多元化的表现形式、动态化的培训模式、智能化的培训管理。实践证明,高压断路器多媒体教学软件结构合理,界面美观,形式直观生动,操作方便,能够对学员实现高效培训,为变电检修专业仿真教学提供了多元化教学手段。
目前,电力系统变电检修专业技能培训模式主要依靠教师、黑板加课本的形式,教学培训环节中缺少生动、直观的多媒体辅助教学软件,学员不能尽快掌握实际操作技能,影响了培训效果。对此,开发了断路器系列多媒体教学软件,并在教学培训中应用,收到了良好效果。
高压断路器多媒体教学软件系统是结合网络技术、多媒体技术、虚拟仿真技术、智能评价理论等,将先进的技术和教育理念引人生产培训中,实现丰富的表现形式与交互特性的培训系统。该教学软件的开发是在研究国外技术特点的基础上,结合国内变电站典型高压断路器设备的产品分布和特点,选出了5个生产厂家的10个典型型号产品设计了开发方案。软件功能包括断路器原理、基础知识、检修、调试、试验、维护、岗位培训测试等模块,将断路器知识点进行动态分类,以文字、图片、声音、视频、二维、三维动画、虚拟现实等形式表现,形成精细、完整的教学流程,实现理论讲解、整体和内部结构讲解、实际操作录像、交互式学习、虚拟化试验、在线考核等培训功能。该教学软件能使学员能正确熟练地全面掌握高压断路器的基础知识、技术数据、结构、动作原理、标准化检修、异常缺陷处理、故障处理等相关技能,可以对培训素材和课程等内容进行修订和更新,极大地提供了岗位技能培训的效率和效果。
1、设计方向和设计理念
1. 1设计方向
该培训系统根据国家电网公司的《国家电网公司企业标准一国家电网公司生产技能人员职业能力培训规范》、《高压断路器检修导则》岗位培训要求和受训人员实际技术水平需要,参考中国电力出版社近年出版的断路器专业图书资料,选择了辽宁省电力有限公司所属14个供电公司现场广泛采用的10种型号的断路器及组合电器(电力系统66一500 kV电压等级现场运行的设备型号为L}’lOB一252、LW25一252、HPL一245、ZF11一252、ZFW9一252、LW9一66、ZF6一110、ZF7一126、ZF10一126/T,ZF12一72.5),结合制造厂家的资料,对辽宁省变电检修专业培训现状进行充分调研后,制订了用于变电检修专业断路器部分的多媒体教学软件开发方案。
1. 2设计理念
a.界面的主基调要时尚,表现出强烈的视觉。
b.适当加人动感元素,避免长时间观看产生疲劳。
c.按钮及菜单设计要精美,符合大多数人的审美观点。
d.界面布局及文字图形排版灵活多样,可借鉴电子出版物的设计风格。
e.建议分辨率设置为1024 x 768,以显示更多的内容。
2、整体功能模块
2.1主界面
构建1个校园的场景,以4栋楼代表软件的4个模块,分别是实训楼、仿真楼、图书馆和考试中心。软件主界面操作如图1所示。
2.2二级界面
2. 2. 1实训楼
构建1个大厅,放置6个断路器,中间是1个展示台,背后是大屏幕。实训楼界面操作如图2所示。
a.当点击6个断路器时,会在中间展示台上旋转展示相应的断路器。
b.点击断路器时,出现相应的小菜单,显示“本体结构”、“安装、调试与试验”、“运行与维护”、“标准化检修”和“危险点分析”按钮。
c.点击“本体结构”按钮时,展示台上的断路器活丰富。
变换为可点击各部位的断路器,以不同颜色区分各部位。
d.当点击各部位时,在大屏幕上显示各部位的放大图及简介文字。
e.点击“安装、调试与试验”、“运行与维护”、“标准化检修”和“危险点分析”按钮时,跳转到三级界面,显示具体的内容。
f.当三级界面全部浏览完毕,可返回到二级界面,选择其它型号断路器继续学习。
2. 2. 2图书馆
构建1个图书馆的场景,以书架上的书本为按钮,分别是“基本知识”、“基本技能”、“安全常识”、“小词典”和“相关链接”。图书馆界面操作如图3所示。
2. 2. 3仿真楼
构建1个仿真实验室的场景,走廊两边各设置3个门,分别代表6个断路器的实验室。
点击门可进人一个断路器的仿真实验室,以三维模型展示断路器。在断路器上放置2个按钮,分别是“动作原理”和“电气控制线路”,点击可进人三级界面。仿真楼界面操作如图4所示。
2. 2. 4考试中心
构建1个考场的场景,在大屏幕中滚动显示考试说明并伴有配音;设置1个进入考试的按钮,点击后可链接到题库,进行考试。
2. 3三级界面
三级界面能以大小尺寸页面的方式叠加在二级界面上,内容为文字、动画、视频相结合,排版灵。
3、培训系统特性及应用
3.1多元化的表现形式
该培训系统充分利用多种多媒体技术使知识的表达更有效与直接,实现培训内容专业化、电子课件网络化、培训方式游戏化、表现形式场景化。培训系统以文字、图片、音频、视频、虚拟现实、互动脚本等形式为基础,将知识体系模块化、层次化;以相关图片、动画、实时交互场景为课件元素,实现理论知识讲解、交互式培训、三维虚拟化操作等,提供不同的学习与操作体验,提高受训人员的自觉性和兴趣,能使用户从视觉上、听觉上对知识有深刻的理解。
3. 2动态化的培训模式
该培训系统的教学可以按照课程内容的要求统一进行课程安排与学习,也可以根据学员个性、岗位级别、学习情况、课程的难易层次等信息进行智能动态化的课程安排、课件组接的个性化学习模式,灵活应对各类培训需求。同时,在培训过程实时获取每个学员的即时学习情况,根据系统的动态分析和调整,使学员有效地完成学习。
该培训系统能提供对应的网络试题类考试、仿真操作测试等多元化测试手段,满足培训练习和考核需要,使受训人员便捷的通过网络培训系统进行自主学习、练习、测试与考核,逐步提高工作理论知识与工作技能。
3. 3智能化的培训管理
在培训内容管理上,培训系统对高压断路器相关知识点能生成动态拓扑关系图,确立每个知识节点的相互关系,使培训内容合理的分类和进一步细化,实现知识结构条理化的管理。
该培训系统具有完善的交互和反馈机制。培训全过程的各类数据监控和统计,通过培训系统的智能化筛选和更新,实现培训素材内容、课程等信息的不断自主自动化升级和完善;平台内各类培训元素和方法均集成多元化的网络交互功能,培训过程中所有参与人员可以自由沟通,并可以对培训素材和课程等内容进行共同修订和更新,使培训平台能够长期积累教学中的经验和成果。
关键词: 电力线路;检修;仿真培训;系统;设计开发
中图分类号:F407文献标识码: A
为了进步电力线路的可靠性, 日常查看保护和毛病疾速修理是电力修理人员需要熟练掌握的技术。为了保证产业和生命安全, 在检修进程中还要时刻注意安全问题。在线路检修中常见的安全问题有: 触电、高空坠落、物体冲击、机械损伤等等。形成危险的要素首要是因为作业进程不规范、私行变更作业任务等情况形成的。这就需求参与检修人员要参与安全规程的学习和训练。
一、 电力线路检修仿真培训系统的特征
电力线路检修的仿真练习体系即是要模仿500 kV 以下输、配电线路中的根底工程、杆塔工程、架线工程三大施工技能的操作环境,以完成根据计算机的仿真练习,从而到达进步施工人员操作的规范性,并使他们能了解和把握输配电线路(架空线路)的典型工艺的要求。输配电线路施工仿真练习体系为学员提供了一个近似于实在环境的操作环境和操作工况,并可以模仿实践施工过程中不允许产生的各种毛病。操作人员在模仿仿真机上练习几个星期就可以阅历施工的各种环境和实施各种操作,重复练习,即可以在短时间内堆集丰厚的经验,敏捷进步操作技能和对事端的应变能力。
根据Web 的仿真练习体系,采用了面向对象的软件开发办法、Browser/Server 的网络架构体系和根据Java 言语的J2EE 渠道技能,体系具有以下明显特征:
(一)易保护性:体系软件安装在效劳器上,体系更新晋级只需要在效劳器端进行;
(二)可移动性:根据J2EE 开发渠道构建的仿真体系使用独立于渠道,能够摆脱特定的操作体系和硬件渠道的局限,支撑使用Web 浏览器,动态地下载仿真使用和履行操作练习;
(三)高效性:体系运行时通过100M 的局域网,加上J2EE的四层构造的使用,使大量的数据在网络中进行疾速的交流;
(四)操作简略:由于体系采用了通用的Web HTML 界面,关于大多数经常上彀的人来说十分了解和简略操作,关于没有上过网的人来说,学习起来也十分的简略快捷。
(五)可扩展性:Web 仿真练习体系很简略跟Web 中的其他信息效劳进行无缝集成,能够进行灵活多变的、功用愈加强大的仿真练习,而且支撑仿真使用最大极限的重用性。
二、仿真培训的意义
填补了国内电力设备检修培训领域的空白,突出解决了变电检修知识与相关技术设备纷繁复杂,难以全面开展教学的问题。系统投入使用将提高检修人员的仿真培训效果,提高变电检修人员的综合业务技能,大幅提高培训质量和培训效率,最终实现良好的经济、社会效益。
三、仿真技术路线
系统采用基于虚拟现实的计算机仿真研究方法,其内容涉及到人工智能、计算机科学、计算机图形学、智能控制等。通过计算机及数学模型建立变电设备、常见故障、各类检修过程等模拟环境,实现用户与环境进行自然交互的技术。根据典型的设备类型、厂家和型号的设备建立变电设备样本模型库,还原各种设备的结构、原理、运行机制,同时对各设备的典型故障状态和推荐检修策略进行模拟,然后通过检修仿真算法在计算机上动态模拟变电设备拆转、检修过程,实现演示和交互两种仿真培训模式。结合数据库技术和数据分析技术实现故障诊断、过程监控、过程回放、绩效考核、统计分析以及检修流程优化等高级应用。
四、电力线路检修仿真培训系统的系统结构
为了实现系统的可扩充性、易维护性,本系统在硬件和软件系统的设计上都遵循了开放性的原则。
(一)系统硬件结构
电力线路检修仿真培训系统主要包括以下几个部分:
1、教练员站
仿真练习是一个教育进程,为使学员能在短时间内把握练习内容,就不能完全按正常出产时的工况运转方法进行练习,而需要由教练来操控运转。经过设置各种事端及正常和非正常工况,记载并评价学员的操作状况,纠正过错,重复进行练习,以到达练习的意图。这时就需要由教练站来完结运转方法的设定、故障设置、体系维护办理和对学员的监督等功能。
2、学员站
学员站由多台计算机组成,进行输配电线路施工的理论和现场操作的练习。学员站提供对学员练习的登录办理、学员练习信息办理等功能。学员进入练习体系的仅有进口即是学员站。
3、服务器、磁盘阵列柜
本体系的 Web 服务器和数据库服务器选用DELL 公司的POWERADGE 6850,体系开发的应用服务器选用J2SKD/J2EE RI 1.3,磁盘阵列柜选用IBM 公司的FATT600,此外体系配置中还有音讯服务器SilverStream JBroker MQ 和事务办理器SilverStream JBroker TM 等,这些硬件设备首要完结体系内部的通讯、体系模型的办理、体系数据的存储等功能。
4、防火墙
为了提高系统网络通信的安全,因此采用防火墙将外部网与内部网隔离起来。
(二) 系统软件结构
本文开发的系统是一套交互式、分布式的仿真培训系统,系统采用面向对象的J2EE 的网络编程技术。 在系统开发过程中采用模块化思想,将系统分为:基础工程仿真培训组件、杆塔工程仿真培训组件、架线工程仿真培训组件、接地工程仿真培训组件、教练员站组件、学员站组件、仿真培训系统支撑平台组件RTI(Run Time Infrastructure)、远程网络培训组件等8 个组件,这种开发方法可以保证系统具有“高内聚,低耦合”的特点。
1、仿真培训系统培训内容组件
该组件主要包括了:基础工程仿真培训组件、杆塔工程仿真培训组件、架线工程仿真培训组件、接地工程仿真培训组件。输配电线路施工包括基础工程、杆塔工程、架线工程和接地工程,输配电线路施工的仿真培训系统就是要模拟这四大工程施工技术的操作环境,以实现基于计算机的仿真培训。
2、仿真培训系统支撑平台组件RTI
本系统中的RTI 不同与高层体系结构(High LevelArchitecture,HLA)中的RTI,本系统的RTI 是输配电施工仿真培训系统的基础,它为系统提供了透明、高效运行管理环境。作为整个系统的核心,RTI 在每个仿真应用的主机都有驻留程序,是联系各个仿真应用交互操作的纽带。在仿真系统运行过程中,各个仿真应用软件只和其所在计算机中的RTI 驻留软件进行接口,整个仿真系统内的相互交互任务由RTI 完成。RTI 为各个仿真应用之间的交互提供了通用服务,包括仿真应用管理、声明管理、所有权管理、时间管理、数据分布管理和应用程序接口。RTI 也是电力线路检修仿真培训系统协调工作的管理操作系统组件。它主要包括:管理组件、图形组件、数据通道处理程序、教练站和学员站的支撑系统组件以及各种功能的处理程序。
3、考试管理功能组件
该组件对当前全部注册学员的考试过程和结果进行分层次管理。主要功能包括:在学员注册信息列表中选择一个学员,查看该学员各次考试的摘要信息;在各次考试的摘要信息中选择某次考试,查看该学员在此次考试中的评分详细信息;查看该学员在此次考试中的操作记录;查看该学员在此次考试中的报警记录;查看该学员在此次考试结束时输配电线路施工现场的具体情况。本组件对操作成绩的评定主要包括三个部分:输配电线路施工操作步骤、输配电线路施工操作质量和输配电线路施工的操作报警,学员的总分为这三个部分的加权成绩和。
五、相关技术
电力线路检修仿真训练体系是经过虚拟现实技能开发完结的, 虚拟现实在室内规划、工业仿真、军事航天和医学许多等方面都有着广泛的使用。虚拟现实在应急推演上有着很大的优势, 首要体现在开放性、自主性、安全性、仿真性。尤其是安全性, 使参与训练的人员不会由于操作过错而发作危险。三维技能是虚拟现实的根底, 经过三维技能树立的场景能够让使用者感受感同身受。体系首要是使用在电力线路的检修上, 依据需求树立三维场景和设备, 比方大街、修建、电线杆、变压器。还有虚拟人物: 运转人员、抢修人员、安监人员等。除此之外还要有抢修车辆和器件东西等等。三维场景树立后, 要进行交互规划, 当虚拟人物进行操作的时分, 对应的设备物体会发作改变, 改变状况要依据每个设备物体自身的特性。训练的意图是让受训人员把握正确的操作和过程, 对于每一种故障或许事端, 都有相应的解决方案, 也称为预案。体系能够依据预案制造成脚本, 这个和影片脚本有些类似, 不一样的是影片制造完结后是不能改变的, 而虚拟现实体系在运转时依据操作人员的选择会发生不一样的改变。体系是靠推理机来完结此功用。为了完结多人协同作业, 需求使用网络渠道, 经过网络让不一样地理位置的人员能够一起连人体系, 协同完结检修作业。
六、仿真培训系统的三维场景建模
输配电线路施工的虚拟操作环境是构建根据Web 的输配电线路施工仿真训练体系的根底。要完成Web 环境下的3D 虚拟输配电线路施工环境的构建,需求战胜有限的带宽和较大的网络推迟对体系的实时功能的影响等问题。在当前的网络环境下,如何在确保环境特征的一起尽可能的减少3D 模型的数据巨细对进步实时功能非常要害。在输配电线路施工中通常需求根据不一样的地势采纳不一样的施工手法,例如在根底工程施工中,根底坑的开挖工程就需求根据土质的不一样,挑选究竟采纳人力、机械和爆炸哪一种作业方法。根据上述两个方面的思考,这篇文章采用了MultiGenCreator 应用软件来进行3D 模型的建模。MultiGen Creator 是美国Multigen-Paradigm 公司推出的仿真建模软件,其最大的长处是:在确保较高真实感的一起尽量保持模型简略紧凑,模型的面片数很少,这对于整个仿真训练体系训练的实时性起到了有利的支持。该软件是仅有一个将多边形建模、矢量建模和地势生成集成在一个软件包中的手动建模东西,这对于模仿输配电线路施工的不一样地势、地貌是很便利的。
七、开发案例
以某供电公司倒杆应急处置方案为例, 介绍系统的设计过程: 首先建立所有三维物体, 虚拟人物,搭建起三维场景。人物要有生产调度、抢修班长、若干组员、配电专责、安全专责等工作人员。然后根据处理流程建立操作步骤, 建立步骤件的衔接和触发、结束条件, 根据角色需要设置问题。再为所有步骤建立动作脚本。
结语
电力线路检修仿真训练体系的规划开发触及到了虚拟现实、三维、推理机、脚本规划等技能, 该体系改变了传统的训练方法, 为检修人员供给了一个学习、训练和查核的渠道。该体系的完成, 证明了技能的有效性,具有重要的现实意义和广泛的使用远景。
参考文献
[1]李天宇,张杨. 电力线路检修仿真培训系统的设计与开发[J]. 信息系统工程,2013,(11).
关键词:调控运行;仿真系统;DTS;远程培训
中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)02-0130-01
1 前言
随着现代电网规模的日益增大,电网调度控制中心当值人员的素质要求大为提高。但是,由于县级调控分中心相对地区调控中心,山高路远且设备不完善,一些县域调控中心还没有DTS仿真系统,对调控人员的技术技能培训主要还是通过纸上推演进行反事故应急能力的训练和考核。目前,电力企业调控中心的集中式DTS仿真系统培训工位一般为3-5人,无法做到全覆盖、多方位的调控运行人员培训。因此,在调控一体化仿真系统中嵌入远程通信模块,采用以太网或企业专用通信网络即可开展DTS仿真系统远程培训,这种方式比较符合现代企业对网络培训的需要。为进一步创新电网调控技能培训方式,在专业授课和实操环节采取网络化培训模式。
2 远程培训功能项目的测试实施
国网湖南技培中心调控培训部门联合厂家对DTS调控仿真系统远程培训功能测试工作进行了认真分析并编写方案。测试项目具体要求为:网络带宽100M及以上,两单位计算机及服务器通信端口都要双向开通。厂家技术员和技培中心调控团队培训师分为2个小组展开远程测试工作。其中,一组设在技培中心1台内网机,另一组设在长沙局调控中心的1台内网机。
2.1 调控DTS仿真系统远程测试技术方案
仿真系统建成基于远程培训的系统,采取两级布署方式,省公司技培中心为主站,各地市局为分站,均设置教员站和学员站。各地市局的教员机和学员机只需登录各自分站的服务器,就可以实现仿真培训和训练。主站能对分站进行远程管理和维护,实现定期对分站进行远程升级。主站具有权限设置功能,能对分站的资源访问进行控制,并能对分站的学员学习及考核进行记录,分站参数更改后能将有关数据上传至主站。分站除设置本地教员站、本地学员站以外,还可设置远程教员站、远程学员站,其中远程教员站可根据授权对站内学员站实施控制。系统提供完整的权限管理,对教员站、学员站可设置不同的使用权限,具有灵活多样的运行模式(如独立、分组、联合等),能满足不同培训方式需要。主站与分站的系统构成见图1所示。
2.2 调控DTS仿真系统远程功能现场测试内容
(1)调控系统和三维仿真功能测试。湖南省技培中心为主站教员,长沙供电公司为分站学员,测试内容包括电网220kV线路单相永久接地故障、110kV松树变1号主变外部故障、110kV松树变低压侧线路开关拒动,线路相间永久故障,测试现场正常。(2)远程数据传输时间测试。从教员机发送故障时开始计时到两侧电脑的OPEN3000监控系统反馈故障告警信息停止计时,测试数据包传输时间为1s以内。另外,技培中心主站机保护动作时间(从发送电网故障到告警信息弹出的时间)为3.5s,长沙供电公司分站学员机保护动作时间(从主机发送电网故障到本机告警信息弹出的时间)为4s。
3 调控DTS仿真系统远程功能测试结果分析
仿真系统远程功能测试项目包括有:故障保护动作信号、电网五类监控信息、“四遥”操作。根据上述测试内容,得出测试结果如下:
(1)测试调控仿真系统的培训功能可以在远程网络上正常应用。(2)测试保护动作时间只与机器硬件配置有关,与网络传输无关。
4 远程培训功能的应用
基地调控仿真系统的远程培训功能,通过在省技培中心和长沙供电公司调控中心两地(非本地局域网)内网机上进行了数据收发测试、时延性测试、培训模块功能性测试方面均表现良好。该培训功能可实现不同地域和局域网之间工作站一对一、一对N的电网异常及事故的设置与发送。内训师在教员席上运行OPEN3000或D5000调控仿真培训系统,可直接对学员进行网络教学。主要表F有以下几个方面:
4.1 打破地域制约,有效拓宽培训半径
学员在基地可通过实训场局域网或者在本单位利用内网远程登录技培中心调控仿真系统进行交互式学习与实训。
4.2 创新培训模式,开发特色培训项目
(1)基地采用OPEN3000和D5000调控一体化仿真系统的网络培训功能,可实现了调度运行、监控、变电运维操作等多个工种的专项或联合反事故演习的培训。(2)该平台的远程功能还可用于调控专业的操作技能鉴定以及劳动技能竞赛前的培训。(3)多级电网的网络版OPEN3000和D5000调度监控仿真培训系统融合远程实训和语音通讯功能,可实现省内或省外之间调度监控员一对一、一对N的网络化模式培训教学。(4)考虑申报专门的电网运行仿真培训系统平台,将仿真系统操作培训、操作考评、操作基本技能培训模块的教学资源(包含视频课件、学习资料、试题库)搭建在该平台上,学习完成后的考核结果,可做为参加省公司集中培训班的基本条件,并将上课的问题通过平台或微信传达给授课内训师进行针对性的备课,进一步提高培训效率与效益。
5 结语
DTS调控仿真系统平台增设的远程培训功能具有的交互式、分布式的特点,可以将省调、地调和县调多部门通过教学员系统集成到一个综合的仿真环境中,该功能测试从数据收发测试、时延性测试、培训模块功能性测试方面均表现良好,可实现湖南省各地县调控人员的远程仿真系统培训、鉴定和考级等需要,减少集中培训的交通和住宿费用,满足仿真培训系统的目前和未来发展需要,具有一定的经济和社会效益。
参考文献
[1]李,刘亚磊,等.一种新型电力系统二次设备模型构建方法[J].2016(6):116-119.