刘成君 石波

摘要：传统的运维辅助教具在实际应用中存在教学效果差的问题，为了解决此种问题，开展基于仿真建模的电力设备运维辅助教具研究。通过电力设备运维辅助教具结构设计、基于仿真建模的教具可视化操作区域构建、开发电力设备运维辅助教具模块化教学功能完成设计。选择昆明供电局变电运行二所作为实验对象，对其进行为期三个月教具辅助教学培训，记录在此阶段内，测试人员对不同继电保护项目的学习情况，通过实践证明：设计的电力设备运维辅助教具，可以在实际应用中起到优化培训效果的作用。

关键词：仿真建模;电力设备;运维辅助教具;可视化;

中图分类号：TP391文献标识码：A

0引言

考虑到由于继电保护装置的特殊性，不能直接通过操作实际运行中的设备来进行研究培训，并且传统的教学方式在实践中会受到较多外界因素的影响，不能辅助学习人员正确地认知并掌握保护动作内部逻辑、保护定值、保护事件、保护装置输入输出[1]。因此，本文将在早期设计成果的基础上，开发一种基于仿真建模的电力设备运维辅助教具，通过可视化逻辑建模，深化学习人员对保护装置深入了解，知其然知其所以然，辅助员工学习，使知识点直观明了，便于学习、应用、研究。通过对保护可视化技术研究，快速提升二次回路识图、保护校验、检修和故障排查技能[2]。此次设计预期达到高仿真度的效果，通过模拟装置与实物设备基本吻合，做到所见即所得、所学即所用。

1基于仿真建模的电力设备运维辅助教具设计

1.1电力设备运维辅助教具结构设计

为了确保构建的电力设备运维辅助教具可以在教学中起到辅助教育效果，需要在设计研究前，对其进行结构规划设计[3]。教具结构如下图1所示。

上述图1中：1表示为教具支撑结构;2表示为电流互感器;3表示为电能表;4表示为接线盒;5表示为三相电流接线端;6表示为三相电流断线端;7表示为校验仪;8表示为电力设备运行负荷开关;9表示为仿真建模操作台;10表示为隔板;11表示为支撑台;12表示为设备盒。按照上述方式安装电力设备运维辅助教具。

1.2基于仿真建模的教具可视化操作区域构建

项目实施在SimuGraph图形化仿真支撑平台系统中，此种平台系统具有强大的仿真支持功能，可以利用其中的高性能算法，设计一个形象化的图元，并将其与教具操作台进行连接[4]。通过用代码编写或自定义组合算法进行连接并无限级构建组合算法，可实现对复杂结构模型的构建。

电力系统继电保护是一个复杂的系统，包含各种各样型号，但究其机理，不外乎若干个功能模块的组合。因此，可按照保护原理将不同功能单独建模，将具有标志性特征的参数作为外部操作区域，通过对参数的调整，设计一个特定的功能模块。设计中应注意，教具的一个功能对应一个模块，一个模块一个算法，以此种方式，保证设计的操作具有若干个输入、输出、系数可视化模块。

1.3开发电力设备运维辅助教具模块化教学功能

采用图形化的方式建立、编辑、调试模型，模块与模块之间用特殊的连接线将各模块的输入输出连接在一起，实现模块与模块之间信息的连接和传递[5]。信息的连接和传递实际是通过具有相同的变量号实现的，一个模块的某个输出变量号与另一模块的某个输入变量号相同，用连接线连接两模块的输入输出，除了在图形上展现了两个模块之间信息的连接和传递，更重要的是将两模块相应的输入输出变量设置为一个相同的变量。

由于算法的一个输入输出管脚可以代表多个输入输出，因此用一根连接线相连两个模块时，可以设置多组相同的输入输出变量。

将所有的功能模块连接起来，根据动作流程、信息流向得到最终的输出结果，进行最后组合。将所有需要的输入（如电流值、电压值、电源、保护定值等）输出（如动作信息、报文信息、面板信息、测量信息等）封装成模块，就得到了具备保护功能运算的保护模型了。集成功能区，使多个功能区在教具中保持良好通信，即可实现对教具的开发与设计。

2实例应用分析

电力企业通常会采用建立实训基地、搭建实际变电站等方式，进行员工对继电保护的认知、检修、培训。但此种培训与教育方式存在投资大、维护成本高、投入管理人员多、针对性不足、重复性难等问题，员工不仅很难掌握了解和学习电气设备的结构形式、工作原理，企业也无法通过此种方式，达到预设的人才教育与训练效果。因此，本文开展了基于仿真建模的电力设备运维辅助教具设计研究。但此项研究成果需要有关单位对其进行实践检验后才能正式投入使用，下述将通过实例应用的方式，对设计成果进行检验。

选择昆明供电局变电运行二所作为实验对象，对其进行为期三个月教具辅助教学培训，记录在此阶段内，测试人员对不同继电保护项目的学习情况，每完成一个阶段的学习，对参与训练的员工进行一次测试。记录员工培训后不同项目的测试通过率。如下表1所示。

通过上述实践可以证明，本文设计的电力设备运维辅助教具，可以在实际应用中起到优化培训效果的作用。能有效避免因技术人员技能不足或对保护设备不了解造成的误操作，实现为公司创造成果转化的经济效益。

3结束语

本文开展了基于仿真建模的电力设备运维辅助教具设计研究，完成设计与开发工作后，通过实践证明了此教具具有真实辅助教学的作用。本次研究的系统模型可以用于技术人员对保护原理的学习、有需求原理时的快速查阅、直观地进行动作流程分析以及功能模块动作分析。本次研究的关键点是通过对继电保护装置精细化可视化逻辑建模，实现运行操作、保护校验、检修操作等模拟功能。

参考文献

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[2] 朱红权，臧欢，李怡然. 自制电工电子技术课程教具案例研究——以“汽车转向灯定时控制电路”为例[J]. 职业，2021（09）：81-82.

[3] 顾志刚. 四工位壓印加工装置气动与PLC教具的设计与实现[J]. 中国现代教育装备，2021（21）：51-54.

[4] 严陈凯，张铁成，何文杰，等. 基于micro：bit开发板的STEAM创客教具设计研究[J]. 物联网技术，2021，11（12）：123-124.

[5] 杨勇，丁明超，杨涛，等. 基于3D打印水凝胶技术的显微外科仿真训练教具的研制与应用效果评价[J]. 中国口腔颌面外科杂志，2021，19（06）：557-561.