基于仿真建模的電力設備運維輔助教具研究

劉成君 石波

摘要：傳統的運維輔助教具在實際應用中存在教學效果差的問題，為了解決此種問題，開展基于仿真建模的電力設備運維輔助教具研究。通過電力設備運維輔助教具結構設計、基于仿真建模的教具可視化操作區域構建、開發電力設備運維輔助教具模塊化教學功能完成設計。選擇昆明供電局變電運行二所作為實驗對象，對其進行為期三個月教具輔助教學培訓，記錄在此階段內，測試人員對不同繼電保護項目的學習情況，通過實踐證明：設計的電力設備運維輔助教具，可以在實際應用中起到優化培訓效果的作用。

關鍵詞：仿真建模;電力設備;運維輔助教具;可視化;

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A

0引言

考慮到由于繼電保護裝置的特殊性，不能直接通過操作實際運行中的設備來進行研究培訓，并且傳統的教學方式在實踐中會受到較多外界因素的影響，不能輔助學習人員正確地認知并掌握保護動作內部邏輯、保護定值、保護事件、保護裝置輸入輸出[1]。因此，本文將在早期設計成果的基礎上，開發一種基于仿真建模的電力設備運維輔助教具，通過可視化邏輯建模，深化學習人員對保護裝置深入了解，知其然知其所以然，輔助員工學習，使知識點直觀明了，便于學習、應用、研究。通過對保護可視化技術研究，快速提升二次回路識圖、保護校驗、檢修和故障排查技能[2]。此次設計預期達到高仿真度的效果，通過模擬裝置與實物設備基本吻合，做到所見即所得、所學即所用。

1基于仿真建模的電力設備運維輔助教具設計

1.1電力設備運維輔助教具結構設計

為了確保構建的電力設備運維輔助教具可以在教學中起到輔助教育效果，需要在設計研究前，對其進行結構規劃設計[3]。教具結構如下圖1所示。

上述圖1中：1表示為教具支撐結構;2表示為電流互感器;3表示為電能表;4表示為接線盒;5表示為三相電流接線端;6表示為三相電流斷線端;7表示為校驗儀;8表示為電力設備運行負荷開關;9表示為仿真建模操作臺;10表示為隔板;11表示為支撐臺;12表示為設備盒。按照上述方式安裝電力設備運維輔助教具。

1.2基于仿真建模的教具可視化操作區域構建

項目實施在SimuGraph圖形化仿真支撐平臺系統中，此種平臺系統具有強大的仿真支持功能，可以利用其中的高性能算法，設計一個形象化的圖元，并將其與教具操作臺進行連接[4]。通過用代碼編寫或自定義組合算法進行連接并無限級構建組合算法，可實現對復雜結構模型的構建。

電力系統繼電保護是一個復雜的系統，包含各種各樣型號，但究其機理，不外乎若干個功能模塊的組合。因此，可按照保護原理將不同功能單獨建模，將具有標志性特征的參數作為外部操作區域，通過對參數的調整，設計一個特定的功能模塊。設計中應注意，教具的一個功能對應一個模塊，一個模塊一個算法，以此種方式，保證設計的操作具有若干個輸入、輸出、系數可視化模塊。

1.3開發電力設備運維輔助教具模塊化教學功能

采用圖形化的方式建立、編輯、調試模型，模塊與模塊之間用特殊的連接線將各模塊的輸入輸出連接在一起，實現模塊與模塊之間信息的連接和傳遞[5]。信息的連接和傳遞實際是通過具有相同的變量號實現的，一個模塊的某個輸出變量號與另一模塊的某個輸入變量號相同，用連接線連接兩模塊的輸入輸出，除了在圖形上展現了兩個模塊之間信息的連接和傳遞，更重要的是將兩模塊相應的輸入輸出變量設置為一個相同的變量。

由于算法的一個輸入輸出管腳可以代表多個輸入輸出，因此用一根連接線相連兩個模塊時，可以設置多組相同的輸入輸出變量。

將所有的功能模塊連接起來，根據動作流程、信息流向得到最終的輸出結果，進行最后組合。將所有需要的輸入（如電流值、電壓值、電源、保護定值等）輸出（如動作信息、報文信息、面板信息、測量信息等）封裝成模塊，就得到了具備保護功能運算的保護模型了。集成功能區，使多個功能區在教具中保持良好通信，即可實現對教具的開發與設計。

2實例應用分析

電力企業通常會采用建立實訓基地、搭建實際變電站等方式，進行員工對繼電保護的認知、檢修、培訓。但此種培訓與教育方式存在投資大、維護成本高、投入管理人員多、針對性不足、重復性難等問題，員工不僅很難掌握了解和學習電氣設備的結構形式、工作原理，企業也無法通過此種方式，達到預設的人才教育與訓練效果。因此，本文開展了基于仿真建模的電力設備運維輔助教具設計研究。但此項研究成果需要有關單位對其進行實踐檢驗后才能正式投入使用，下述將通過實例應用的方式，對設計成果進行檢驗。

選擇昆明供電局變電運行二所作為實驗對象，對其進行為期三個月教具輔助教學培訓，記錄在此階段內，測試人員對不同繼電保護項目的學習情況，每完成一個階段的學習，對參與訓練的員工進行一次測試。記錄員工培訓后不同項目的測試通過率。如下表1所示。

通過上述實踐可以證明，本文設計的電力設備運維輔助教具，可以在實際應用中起到優化培訓效果的作用。能有效避免因技術人員技能不足或對保護設備不了解造成的誤操作，實現為公司創造成果轉化的經濟效益。

3結束語

本文開展了基于仿真建模的電力設備運維輔助教具設計研究，完成設計與開發工作后，通過實踐證明了此教具具有真實輔助教學的作用。本次研究的系統模型可以用于技術人員對保護原理的學習、有需求原理時的快速查閱、直觀地進行動作流程分析以及功能模塊動作分析。本次研究的關鍵點是通過對繼電保護裝置精細化可視化邏輯建模，實現運行操作、保護校驗、檢修操作等模擬功能。

參考文獻

[1] 梁賢慧. 創客教育與自制教具的融合——以拱橋承重能力探究裝置為例[J]. 電子制作，2021（10）：44-46+49.

[2] 朱紅權，臧歡，李怡然. 自制電工電子技術課程教具案例研究——以“汽車轉向燈定時控制電路”為例[J]. 職業，2021（09）：81-82.

[3] 顧志剛. 四工位壓印加工裝置氣動與PLC教具的設計與實現[J]. 中國現代教育裝備，2021（21）：51-54.

[4] 嚴陳凱，張鐵成，何文杰，等. 基于micro：bit開發板的STEAM創客教具設計研究[J]. 物聯網技術，2021，11（12）：123-124.

[5] 楊勇，丁明超，楊濤，等. 基于3D打印水凝膠技術的顯微外科仿真訓練教具的研制與應用效果評價[J]. 中國口腔頜面外科雜志，2021，19（06）：557-561.