杨青广西水利电力职业技术学院
近几年，随着我国电网规模不断扩大，结构日益复杂，先进自动化设备的不断投入，自动化技术的不断更新，对电网的稳定运行提出了更高的要求。变电站是电力系统的重要组成部分，变电站的安全运行对维持电力系统的稳定、保证电网的可靠供电具有十分重要的意义。因此加强对运行人员的技术培训，提高他们的运行操作和事故处理能力，是目前电力培训的重点。用人单位都希望学校培养的毕业生能与上岗要求相吻合，特别是专业技术专项能力模块的训练能与实际电厂或变电站相符。因此，各个院校都将仿真培训列为电力专业培训的有效手段。
目前大多高等院校的变电站仿真形式有两种：第一种：基于物理平台的硬仿真系统结合部分计算机仿真系统，能够建立与真实电厂、变电站十分相似的外观环境，配备各种配电屏、控制屏等。学生能通过仪表监视、开关操作、操作票等训练项目了解电厂、变电站的基本操作流程，但这种方式不仅占地面积大、投资大，且电厂的动力部分受到场地、设备的限制难以仿真。第二种形式则完全利用计算机软件，在计算机上可以进行所有的操作，使学生对整个电厂、变电站的结构、设备组成、操作流程有一个较为完整的概念。这两种形式的仿真虽然各有利弊，但都存在一个共同的缺点：与真实操作不一致、真实感较差。即第一种方式配备的低压配电屏、开关等与实际电厂、变电站的高压配电装置还是有很大的区别；第二种方式即使设计的图片、图标再逼真，也只能反映在一个二维平面上，无法对一次设备进行倒闸操作、设备巡视。若要营造出与真实场景十分相似的虚拟变电站环境、设备，通常采用3D技术。
3D是Three－dimensional的缩写，就是三维图形。其原理是利用一系列的光学方法使人左、右眼产生视差从而接收到不同的画面，在人脑中形成具有距离感的3D立体效果的技术，使人看到的就像真的一样。
若将3D技术引入电站仿真系统，将为仿真系统构建具有真实空间距离的虚拟环境，能大大提高变电站场景的真实感。同时，将电力系统仿真软件与虚拟变电站连接起来模拟变电站的各种运行状态，能为学校的变电站仿真教学带来技术飞跃。
一逼真显现各类关键设备
3D系统集图形图像、数据库等技术于一体，根据某一具有代表性的变电站进行设计，主要包含室内、外两部分的电气设备。如，室内的主控室、蓄电池室、10KV开关室、继电保护室，室外的变压器、互感器、避雷器、断路器、电抗器、母线等及设备连接状况展现在屏幕上。由于3D技术采用高速三维图形加速卡，三维图形的绘制速度、分辨率都很高，使人身临其境，其动态、逼真的电力系统模型加上360度的视角使学生学习兴趣高涨，学生由知识的被动接受者变成了虚拟环境中的参与者，充分调动了学生的学习积极性，带给学生体验式学习的愉悦经历。在培训中，学生可在一次设备、二次设备以及监控画面上进行相应操作，采用鼠标和键盘相结合的操作方式，简单、直观，能很快熟悉要操作的实际设备，提高了培训效率，缩短了培训周期。在培训中可结合仿真系统中的3D角色（如刀闸操作、检修停电、一次设备巡视等）的动作，完成操作流程。进一步提高了操作人员实际操作的能力，避免产生误操作及一些不规范的操作。
二为专业课程提供更形象、直观的教学手段
电力类专业课程中有不少涉及电气设备的讲解。如《发电厂电气设备》是电力类的学生必修的课程。这些课程的教师往往只能依靠现场图片或者平面结构原理图来讲解，学生无法建立一个空间的想象把这些各个角度的图片结合在一起，往往导致老师一再重复讲解，教学效果却不理想。或者在讲完课程后带学生到现场走马观花似的参观变电站，学生印象也不深。将3D引入电气设备的讲解，学生就能通过老师的指导以360度的视角全方位观察室外电气设备的布置，清楚地看到各个间隔、各回路间的连接方式、各设备动作瞬间产生的现象（声音、电弧）及动作后相关指示的变化，更好地掌握电气设备的有关知识。
三实现了电气设备的巡视模式
在电压作用下，运行状态中的电气设备，其性能和状态的变化，除了依靠保护、监视装置和表计等显示外，对于故障和异常状态萌芽初期的外部现象，主要是依靠值班人员定期和特殊的巡视检查来发现，以便及时发现和消除设备缺陷，预防事故发生，确保设备安全运行。因此电气设备巡视是变电站非常重要的一项日常工作。以往传统的平面二维电站仿真系统是无法实现设备巡视的。采用3D仿真系统，学生可在教师预先设置的场景（如雨天、下雪天、雾天、晴天等）进行户外一次设备的巡视。要考核学生是否认真巡视，教师可预先通过设置设备缺陷或异常现象（如瓷瓶污垢、油箱漏油、设备冒烟、接地线锈蚀等），让学生在巡视模式下找到这些缺陷、异常，将信息传回教师机，教师即可根据事先设置的缺陷异常与学生传回的信息进行比较后打分。设备巡视模块的训练可培养学生养成良好的工作习惯和工作责任心，善于观察设备的重点部位，及时发现缺陷、异常现象。
四完善倒闸操作过程的项目
电力部门历来十分重视电力系统的安全运行，然而每年仍有许多因操作人员误操作而导致的重大事故，造成人员伤亡，设备损坏、大面积停电，甚至引起电网的振荡和瓦解，经济损失惨重。由于电力系统运行管理的特殊性和设备操作次序的规则性，我国在90年代初就提出了电气设备“五防”的要求，并制定了电气防误的管理、运行、设计和使用原则，现已列入《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中，我国的电力部门规定了操作票制度与电力五防细则。所谓“五防”是指：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接、地线或合接地刀闸；防止带电接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）；防止误入带电间隔。
传统的仿真系统操作票生成系统通常采用自动推理生成，缺乏灵活性，且一般无校验功能，它仅加深操作人员对整个操作过程的印象，但不能检查出所开的操作票在当时运行方式下是否符合操作规则、是否存在安全隐患。3D系统可提供微机“五防”开票，自动生成解“五防”锁的步骤，形成安全性、标准化的操作票系统。学生可按照操作票顺序进行操作，拿着电脑钥匙解锁后操作，前一项操作结束后，电脑钥匙会自动显示下一项操作内容。若操作顺序相反或出现误操作，则系统将无法操作或出现相应故障提示。若走错间隔，电脑钥匙会检测出编码锁的编号与要求操作的编号不符，则不能开锁并同时报警，防止运行人员误操作来达到强制闭锁的目的。这一模块的培训使学生学习如何规范、正确、有效地填写操作票，正确指导学生安全、规范地进行变电站电气倒闸操作。
此外，在倒闸操作前，学生还应根据具体操作项目选择适当的安全用具、操作用具。3D系统可以提供安全用具、操作用具，如安全帽、绝缘手套、绝缘棒、验电器、接地线等。这一模块可培养学生对安全用具的重视，以及正确选择安全工具。
五结束语
电站仿真系统成为各个高校培训电力专业学生的有效手段，目前已广泛应用。3D仿真系统使高校培训更为贴近实体电站的运行与操作。但在仿真教学中，还存在许多仿真与实际衔接问题。只有大胆尝试，不断总结，调整教学适应实际需求，才能使仿真教学更好地服务于教学。
〔责任编辑：王以富〕