時間：2023-10-09 10:54:12
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論文摘要：闡述了變電仿真培訓如何針對不同層次培訓對象采用相應的培訓方案，指出現有的變電仿真培訓存在的問題和解決對策。
論文關鍵詞：變電運行；仿真；培訓
隨著電網的迅猛發展，迫切要求電力職工具有更高的技能水平和業務素質，職工技能水平的高低，直接影響到電網的安全生產和經濟效益。而變電運行崗位是供電企業中最重要的生產崗位之一，直接關系到電網安全穩定運行。變電運行人員責任重大，技能水平要求高，培訓需求迫切。變電仿真培訓是對變電運行人員進行的各類技術培訓中最為有效的方法之一。
仿真變電站是利用計算機技術和仿真技術及多媒體技術，根據變電站一、二次設備及接線進行設計，為受培訓學員提供一個近似的變電站工作平臺。培訓學員可以在仿真設備上進行相應的操作，使他們能在較短的時間內，變電運行技術技能得到迅速的提高。因此，目前仿真培訓已成為變電運行人員取證、復審、考核、職業技能鑒定、技術技能競賽等首選的手段和工具。
一、變電仿真培訓分類
電力培訓中心開展多層次的變電仿真培訓，提高全體變電運行人員操作技能水平和事故處理能力。根據現有的仿真系統培訓目標的定位，培訓對象主要分為以下幾個層次。
1.崗位取證培訓
崗位取證培訓主要分為上崗取證培訓和已取到上崗證的員工定期復審輪訓兩大類。
上崗取證培訓的人員，目前主要是新進員工，他們從以理論教學為主的學校到實際的工作崗位，其跨度相當大。他們具有一定的電氣理論知識，但實踐經驗缺乏，仿真培訓將為這種跨越提供成功的對接。上崗取證培訓，主要學習調度規程、倒閘操作規程，編寫相對簡單的倒閘操作票并根據操作票進行規范化的倒閘操作訓練、設備的巡視及進行相對簡單的事故分析判斷和處理，為他們快速勝任變電運行工作搭建良好的平臺。
對于取證員工的培訓主要以講授、示范和操作訓練相結合的培訓方式為主。
2.崗位復審培訓
已取到上崗證的員工每三年參加一次復審培訓，他們具有較豐富的實踐經驗，復審培訓則以新版或新修訂的與變電運行相關的規程、規定中新修訂條款為內容進行宣貫，開展省調年度繼電保護整定方案及運行規定要點及反措宣貫、“四新”技術在系統中的應用的介紹和變電運行典型事故案例分析判斷和處理、現場運行經驗交流研討。使受訓的運行人員不僅溫故而知新，而且達到更上一層樓的效果。
對于復審員工的培訓主要以講座、討論交流、分析判斷處理為主并輔以必要的技術講解。
3.職業技能鑒定前的培訓和鑒定
以職業技能鑒定促進運行人員運行技術技能的提升，仿真站為將要參加技能鑒定的人員提供了事故分析判斷和處理的訓練及技能鑒定的平臺。幫助參加技能鑒定的人員較系統地掌握實際操作技能，熟悉各種事故和故障的現象、特點、分析判斷和處理的方法，快速提高他們的技術技能水平和心理素質。仿真站的應用使職業技能鑒定工作走上規范化、科學化的軌道。
4.班組長及以上人員的培訓
隨著電網的快速發展，新設備、新技術不斷地在變電站中進行推廣和運用，新規程規定的不斷實施，使變電運行人員，特別是變電運行班組長及以上人員面臨著不斷進行知識更新的需求。開展事故預想并進行危險點分析和預控，推廣執行任務令，二次回路操作規定，典型事故處理，大二次、調控一體化信號的分析處理，智能變電站一、二次設備，安全管理培訓，撰寫專業技術、管理論文或總結（心得），以提高他們的綜合能力。
5.技能競賽前集訓和競賽
為提高變電運行人員學習技術技能的積極性，相關部門會定期地組織各種形式的技術技能競賽，通過競賽推動了運行人員技術技能水平的提高，營造出“比、學、趕、幫、超”的良好氛圍。而仿真站是選拔參賽選手和賽前集訓及競賽的最好場所。近年來的這類比賽均在仿真站進行，因此以競賽為目的的仿真訓練比以提高運行技術技能水平為目的的仿真培訓更具針對性。改變了過去由于變電站操作受客觀條件的限制，技能競賽考試只能“紙上談兵”的局面。
二、變電仿真培訓存在的問題
1.仿真系統的仿真能力還不盡如人意
（1）硬仿真變電站。采用數學—物理模擬的硬仿真變電站受不可更改的模擬盤結構的限制，只能是一個相對典型的變電站界面，與綜合自動化變電站培訓軟仿真系統比較，主要是直觀性好，使用操作方便。但可擴充性差，而且不具備遠程培訓的功能，目前已經被淘汰了。
（2）綜合自動化變電站軟仿真系統。可擴充性較好，而且具備遠程培訓的功能，使用操作方便，系統反應速度較快，分組操作互不影響，但組內操作互相影響。異常情況仿真能力不足。
（3）三維變電站軟仿真系統。是集控模式變電站仿真系統，與綜合自動化變電站軟仿真系統比較，主要是按照設備實物進行三維建模，形象逼真，具有較完善的變電站設備巡視功能。多人同時訓練、互不影響。異常情況仿真能力有所提升，但設備異常等仿真方面與現場實際情況相比仍然存在較多的差異。三維操作復雜，系統反應速度慢，對于年齡偏大、計算機“玩得”不是很熟練的學員，在仿真系統使用操作上造成較大的困難。
（4）集控站仿真系統（調控一體化仿真系統）。是在集控模式仿真變電站上發展起來的，是仿真一個地區或省網部分地區的若干個變電站組成假想的電網，潮流和計算精度均存在問題。而且仿真集控站難以跟上電網發展的需求，存在一定的滯后性。仿真系統與變電運行人員真正面對的工作環境之間存在較大的差異，集控站運行人員在監盤、事故處理的訓練上針對性雖然有所提升，但還是難以做到盡善盡美。
2.工學矛盾突出
由于電網迅猛發展，變電站也愈來愈多，運行人員總人數卻不增反減。由于各供電企業實施少人值班、減人增效、減少培訓成本等措施，執行定崗定編，一個蘿卜一個坑，因此抽調已經定崗的運行人員脫產學習，有一定的困難，工學矛盾相當突出。
3.對資深學員培訓缺乏經驗
目前的變電仿真培訓主要是取證與復審兩大類，對這兩類培訓無論是培訓內容還是培訓方法都是比較成熟的。但對資深人員的培訓，如：變電運行班組長及以上人員的培訓或技師、高級技師鑒定前的培訓目前還比較缺乏經驗，還處于摸著石頭過河的階段。
三、對策
我們應客觀地對待變電仿真培訓中存在的實際問題，根據培訓中心實際情況，揚長避短，突出重點，注重變電運行人員關鍵技術、關鍵能力的培養和訓練，并且采取以下的措施。
1.進一步發展與提升仿真變電站功能，確保仿真的正確性、易維護性、易擴充性
仿真系統應具備操作簡單、易于修改，便于維護的功能。用戶可在使用過程中，按照各自變電站的實際情況進行適當的修改，使其更貼近實際運行中的變電站。同時還應提供與現場正在運行的電力系統相連接的接口，即可獲取現場的實時數據，使仿真系統的基礎數據更真實可信，盡可能地使仿真系統與現場保持一致性。
2.仿真系統的仿真水平有待進一步完善，提高三維操作的便捷性，提升系統的反應速度
操作的便捷和系統反應快速，可以讓培訓的學員集中更多的時間和精力用于提升專業技能上。另外，變電仿真系統不是建得愈多愈好，建得再多，也不能仿真系統內的所有變電站。關鍵在于能仿真系統內變電站的主要類型，關鍵在于完善，建一個站是一個站，每個站都能派上一個站的用場。否則，不僅浪費了精力，而且浪費了財富。
3.軟仿真變電站完全采用軟件的形式實現，具有完善的遠程培訓功能
可以突破時空的限制，依托電力系統局域網的技術平臺，進行遠程培訓。目前遠程培訓主要是針對已取到上崗證的員工定期復審輪訓，因為這部分員工的工學矛盾特別突出。
4.在教學內容上，突出針對性、實效性和適度的超前性原則
培訓教師必須深入各供電企業調研培訓需求，找出各層次尤其是高層次學員迫切需要學習的知識和技能，并獲取最新技術設備信息，分析整理制作成課件后作為培訓的內容。例如：隨著智能電網的發展，各地區電網調控一體化的實施，地區調度控制中心監控人員（由原來的運行人員抽調來的）急需進行崗位培訓。培訓中心主動適應電網發展的需求，通過調研后確定培訓的內容為：主要設備典型繼電保護及自動裝置的配置、動作條件及配合；地區調度控制中心信號類型、分類原則、分析處理；電網的理論知識；電網的倒閘操作和電網的事故處理等。從去年開始舉辦了十多期地區調度控制中心監控人員上崗取證培訓班，使監控人員技能水平迅速提升，快速適應新崗位的要求。
關鍵詞：變電仿真、仿真培訓系統、管理探析
中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A
變電仿真培訓系統是適應電力發展的必然要求, 這種培訓系統有助于提高變電運行人員的技術水平, 為確保電力企業安全生產起到極為重要的作用。仿真培訓系統的開發與管理一定要做好, 既要功能完善、靈活、實用,又要具有一定的先進性, 同時要滿足電網培訓的需要。
一、以沈陽供電公司為例，闡述變電仿真培訓的必要性
沈陽供電公司為經濟發達，發展迅速的省會城市，2013年截止到10月份總送電量為221.42億千瓦時，在全省排名第一，公司所屬變電站277座，其中220千伏變電站21座，66千伏變電站256座，變電總容量為1962.26萬千伏安，變電系統職工總人數約五百人。
各種技術培訓活動應該在對變電運行人員中進行，最為有效的方法就是仿真培訓。它是借助物理模擬技術與計算機技術，給受訓者提供一個近似的變電站工作平臺和作業環境，使受訓者能在有限時間里，獲得比傳統培訓方法更好的效果。變電仿真培訓系統可以為變電運行人員提供逼真的變電站真實環境，解決了變電站無法動手，無法從以前的事故教訓中吸取經驗教訓的問題。通過對員工技能的培訓，達到提高變電運行人員的運行操作素質，增強其安全運行能力的目的，從而適應日趨發展變化的電網建設。
二、變電仿真培訓系統培訓流程
企業培訓的流程見圖：
變電仿真培訓系統培訓流程也不例外，其培訓內容在技能培訓范圍內由變電仿真站根據預培訓時間及受培單位要求擬定，并征求委培單位的修改意見，最后根據相應崗位、等級的崗位培訓與考核標準確定教學計劃。教學模式采用講、練相結合的辦法。首先由教練在多媒體教室進行教學內容講解和演練，然后由輔導教練在多媒體教室輔導學員進行練習，同時教練、助理教練輔導學員上仿真機操作。考試采用考察及最后筆試形式，考察在平時上仿真機練習過程中完成，筆試成績為本期教學內容完成后進行筆試考試，總成績為考察與考試成績的平均值。根據學員的反饋意見，對培訓內容、方式等作進一步修改與完善。
三、現階段各種仿真系統存在的局限性
1、局限于針對性相對較弱。采用物理模擬的仿真站限制受硬件建造的影響，對于變電站場景或界面來說只能是一個相對典型的形式，采用虛擬變電站環境的仿真站只是其中一部分，有限的能力使變電站無法具有靈活配置基礎，真正面對的作業對象之間存在很大差異，使變電站運行人員與仿真環境很難同步，因而在事故處理的訓練與倒閘操作運行時，受訓人員受到很大限制。
2、事故仿真能力是有限的。實際工作中事故形態在變電站中是復雜多樣的。如果事故發生時，除了產生斷路器跳閘及相應的聲、光信號動作外，惡劣情況爆炸、燃燒、濃煙、設備損毀甚至人員傷亡也有可能出現，對于現有仿真系統通常只能模擬前者，而后者的模擬能力是接近于零。
3、仿真能力不足出現的異常情況。在變電站的日常運行工作中，概率遠比事故高得多的常態是異常情況的發生，實際上，復雜的異常清況，高于一般的事故判斷和處理的難度。成為變電站運行人員能力、素質、技術水平的真正挑戰是其頻繁、多發、隨機的特點。這些事件的仿真能力明顯不足是現有仿真系統的短板。
4、變電站運行方式與仿真培訓模式的沖突。需要接受培訓的人員脫產一段時間是現有仿真培訓模式的需要。限制是由于仿真站的布點影響，易地進行也是常態。措施的推行是由于變電站運行工作具有連續性的特點，以及少人值班、減人增效等因素，使脫產培訓的安排日益困難。
5、有待提高現有仿真培訓的方式方法。密不可分的仿真培訓質量、仿真設備配置、培訓方法等，一般根據初次培訓與復審兩大類進行培訓，是目前的仿真培訓站培訓的形勢，不同層次的運行人員培訓內容卻都大致雷同，缺乏一定的針對性，受訓人員的積極性很難被提高。
四、在現有條件的基礎上提高仿真培訓水平的方法
1、診斷學員錯誤，采取糾正措施并分析原因。在進行培訓倒閘操作時，每一步操作都在仿真培訓系統中與標準操作進行對比，判斷學員的學習問題，判斷是否有操作錯誤，分析操作順序如果不對可能是操作錯誤，提示當前應該操作哪個設備，是不是違反了五防。在進行巡視培訓時，學員巡視過的巡視點被仿真培訓系統準確記錄下來，并判斷學員在巡視點狀態是否正確。在學員處理事故時，監視學員操作也是仿真培訓系統要做的，給學員操作處理給出指導。
2、調整學習內容和進度，根據學員的水平與學習情況選擇。例如，培訓初期，對仿真環境不熟悉與學員知識水平的限制，操作若嚴格按操作票校驗，那就很難完成培訓任務。由易到難分為幾個培訓級別，是有些系統根據實際情況將倒閘操作培訓劃分的，引導學員循序漸進地學習。
3、生成解答與自動解決問題。操作票專家系統，根據系統所要求的操作任務與當前狀態，操作票被自動生成，作為了標準答案，用于校驗學員操作是否正確，在倒閘操作培訓中。處理指導專家與故障診斷系統，根據系統當前故障后的現象，生成指導學員如何由故障現象診斷故障元件、確定故障元件后如何處理故障的報告。
4、學員的學習行為被評價。操作培訓結束后，根據學員所犯的操作錯誤與事先確定的操作評分原則，對其操作進行評分。在巡視培訓后，根據學員對巡視點的誤判、漏判與巡視評分原則等情況，進行巡視評分。
5、各種問題與練習被自動生成。突發事件有時自動生成。在學員培訓過程中，仿真系統如果自動生成一些突發事件、異常事件、故障而增加培訓的難度。那么自動生成技術問答試卷，任意抽取試題，生成試卷在系統題庫中生成，這樣減輕教員負擔并且提高培訓效率。
五、闡述變電仿真培訓系統的保證措施
1、確保培訓正常進行的管理體系，培訓基地為保證培訓質量、規范辦班程序，建立了一整套完善的培訓管理制度，包括變電仿真站管理制度、培訓教師職責、學員管理制度等。
2、充分發揮兼職教師作用，在培訓期間充分發揮專兼職教師的作用，除仿真培訓專職教師講課外，根據生產實際情況，從變電站聘請2名經驗豐富的站長擔任兼職教師，使仿真培訓更具有實效性和針對性。加強對仿真培訓教師的培訓，將專兼職教師送出去參加仿真培訓教師資格培訓，并取得資格證書通過對兼職教師的培訓認證，從而提高培訓者的綜合素質。
六、變電仿真培訓系統發展展望
由于變電仿真培訓系統畢竟有別于實際變電運行系統，所以只用把變電運行實際系統的保護邏輯關系通過聲光圖形信號等表示出來就可以完成實訓的各種內容，未來發展中，完全可以把變電仿真培訓系統開發成像堆砌積木一樣的組態形式，這樣就可以隨機組合成任意運行方式的變電運行系統，使之與實際更加相近，同時各組態模塊之間的接駁形式也可考慮設計為標準觸片或插拔件，使之安裝更加簡單，而傳輸形式可以考慮無線傳輸。通過硬件的仿真度的提高，也直接影響到軟仿真系統的設計與模擬。變電仿真培訓系統將來也不僅為培訓提供方便，也為變電站的設計提供實驗模板。
總之，變電運行仿真培訓，是在借助計算機和物理模擬技術的幫助下，為參訓人員提供一個模擬變電站工作環境的平臺，使之能將平時學到的理論知識結合實際操作，得到更加有效的水平和技能提高的培訓手段，是我們在進行學校授課，單位培訓，業務考核等工作時最為有效的手段和方法。我們必須對變電仿真培訓現狀有一個清醒的認識，在硬件條件無法達到最好的前提下，研究出一套切合實際，行之有效的培訓計劃和方案。
參考文獻：
[1].張東英.基于網絡系統的變電站仿真培訓.[J].電力系統自動化.2011.
[2].王兆安.變電仿真系統培訓的意義.[J].中國電力.2012
作者簡介：
關鍵詞：變電站 培訓仿真系統 應用
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0161-01
變電站仿真培訓系統能夠全面，逼真，還原變電站實際一二次設備，如主控室、控制屏、保護屏及設備連接狀況，可在計算機監控界面、三維設備場景進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學。準確的仿真擾動發生時刻和其后時間內繼電保護及自動裝置的動作情況，實時計算各種復雜故障和組合故障，事故設置更加靈活、更加隨機，能設置成千種事故題目，具有很強的現場感和可操作性。
1、仿真系統的特點
(1)仿真范圍全面，電壓等級從330kV-10kV（包括380V所用部分），逼真，一二次設備均按實際設備比例設計，主接線典型，具有很強的現場感和可操作性。
(2)仿真系統采用帶有數學模型的全范圍仿真，能逼真地反映電網、變電站的運行工況及各種物理量的變化。
(3)基于Web技術的遠程培訓，學員可以在網絡內的任何一臺終端登錄服務器利用仿真程序進行仿真培訓，完成仿真操作培訓、討論和答疑等功能。
(4)實時故障計算可以計算各種復雜故障和組合故障，事故設置更加靈活、更加隨機，能設置成千種事故題目。
(5)采用多媒體技術，仿真界面效果逼真。基于3D技術的多媒體變電站一次設備現場環境仿真，完成現場設備的操作和巡視。
2、仿真軟件系統
2.1 系統模型
(1)通過一次建模和二次建模形成的虛擬變電站仿真系統中所有設備的建模，主要進行初始潮流運算、故障計算分析、一次設備狀態、二次設備狀態、設備操作的處理；
(2)負責與綜合仿真系統其他功能模塊的通訊和數據交換的功能；
(3)實現調試、復歸、快照/導回、故障設置、培訓計劃及教案生成、狀態監視、事件管理/記錄、事件記錄信息打印、五防措施投切等功能。
2.2 監控系統
模擬仿真變電站原廠家的監控后臺系統，其界面和操作方法與實際系統一致，可培訓運行人員對監控系統的使用和了解。能夠實現：數據采集與處理、多種報警方式（簡報信息窗報警與語音報警、故障推畫面告警）、自動控制與調節、圖形顯示（接線圖、潮流圖及信息量圖）、報表功能、記錄功能、綜合電壓與無功調節功能，及完整再現四遙操作功能。
2.3 二次保護控制裝置
繼電保護、自動裝置、中央信號、故障錄波、測量儀表、直流系統、備用電源自投、遠動裝置、微機五防、安控裝置等。包括上述各回路中的壓板、試驗端子、熔絲、按鈕、信號燈。各種保護及控制屏的界面與實際設備一致，盡可能逼真地反映變電站控制系統、保護系統及自動裝置等的各種運行工況、各種功能和操作切換。
2.4 一次設備三維場景
仿真系統的一次設備及就地操作采用三維虛擬現實視景仿真，逼真地再現變電站現場場地、變壓器、母線、斷路器、隔離開關、接地刀閘、操作機構、冷卻系統、電壓互感器、電流互感器、電抗器、電容器、高壓熔斷器、站用變壓器以及整流機組、直流開關、直流隔離開關等一次設備及設備的操作過程、動作過程和正常運行是的設備狀態。
3、仿真系統功能
3.1 日常操作、監盤培訓
3.1.1 監盤和抄表
實現變電運行人員的監盤工作：包括一、二次系統的運行監視，站用電交流系統的運行監視，站用電直流系統的運行監視。
3.1.2 操作培訓
涵蓋變電站典型操作票中的所有操作，包括主接線圖、虛擬現實系統中全部一次設備，及站用交、直流系統的倒閘操作；二次部分繼電保護壓板的投退；自動裝置的投切、液晶面板的操作、打印、保護定值修改等；并包括驗電、掛地線操作；各種操作的遙測、遙信量均實時響應。
3.1.3 巡視檢查培訓
按照運行規程所規定的項目和巡視周期,利用虛擬現實系統進行一、二次設備的巡視，包括巡視所用的所有專用工具。采用虛擬現實技術、以三維方式展現變電站所有設備，包括變電站正常、異常、非正常運行工況下的現象和聲音等現場所有場景，逼真的仿真設備的正常與異常狀態，達到身臨其境的效果。
3.2 事故處理培訓
設置事故分線路、變壓器、母線、斷路器、直流系統等五個方面。在設置的事故中其類型（如相間短路、接地短路、三相短路、兩相接地短路、單相斷線）、性質（永久或瞬間）、地點（線路從首端末端、反方向，下段線路的首端等）可以任意排列組合，同時還可以與斷路器、繼電保護及自動裝置誤動、拒動排列組合。利用設置事故可進行各種事故演練、重演，提高學員對事故處理的能力，運行人員通過正確的操作可緩和事故的影響或恢復系統正常運行，若處理不當，則將造成故障擴大。
3.3 三維交互式虛擬現實場景仿真
在仿真變電站的一次設備仿真和一次設備巡視系統中，利用3D虛擬現實技術實現變電站一次設備、二次設備的三維重現，可以對場景中的一次設備進行就地操作，并可對場景中的設備進行巡視、檢查、記錄等，形象逼真的模擬現場的掛牌、掛地線和驗電等不同的工作方式。
在三維場景中的所有操作和巡視，仿真系統都有記錄，教員可以根據這些操作記錄并結合考核系統，對學員進行自動或者手動評分，科學公正的評價學員的培訓效果。
4、結語
關鍵詞：變電站；仿真；應用
作者簡介：周秧（1981-），女，浙江諸暨人，浙江省電力公司培訓中心，講師；蔣吉蓀（1962-），男，浙江建德人，浙江省電力公司培訓中心，工程師，高級技師。（浙江 建德 311600）
中圖分類號：G726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）15-0025-02
變電站仿真培訓系統是目前針對變電站運行人員培訓的主要工具之一。由于電力系統自身的特殊性，電力生產與消費具有同時性、瞬時性等特點，日常工作中運行人員很難在真實運行的設備上進行訓練，不能將運行的系統當作試驗品，更不允許人為設置一些事故用于培訓。因此，目前普遍采用變電站仿真培訓系統，建立一個與實際變電站運行狀況相似的仿真變電站。運行人員可以在這個仿真變電站里進行運行工況監視、設備巡視、倒閘操作、缺陷及事故處理等能力的訓練。
一、變電站仿真培訓系統
變電站仿真培訓系統經過多年的開發、升級提高，目前變電站環境是三維逼真的，人機交互是和諧友好的，高效地模擬變電站的各種運行和操作。
浙江省電力公司培訓中心變電站仿真培訓系統包含35kV、110kV、220kV和500kV四個電壓等級，是聯合電網型仿真系統，同一電壓等級以及不同電壓等級的變電站之間均有聯系，與目前的電網現狀相一致，使培訓與生產實際緊密結合。同一電壓等級的變電站，不同變電站的主接線方式、正常的運行方式多樣化，有雙母線帶旁路、雙母線、雙母單分段、單母分段、內橋接線等形式。繼電保護及自動裝置的配置形式也是不同類型、不同廠家、不同原理的結合，充分滿足了培訓需求多樣性的要求，可以適應來自不同變電站運行人員的培訓，能夠滿足各等級、各崗位運行人員的培訓。
二、仿真培訓系統的應用
變電站仿真培訓系統對增強變電站運行人員的運行技術素質，提高電力系統安全運行水平發揮著重要的作用，具有其他培訓方式所不可能替代的獨特優勢，可以讓“教—學—練”的培訓模式發揮到極致，其經濟效益和社會效益是巨大的。
1.運行工況監視培訓
運行工況監視是對變電站內的日常信息進行監視，以達到掌握變電站一、二次設備運行狀態及電網潮流分布情況，保證正常運行的目的。目前采用的是計算機監控系統，以微機監控系統為主、人工為輔的方式。
變電站的運行監視工作是日常運行管理工作的主要組成部分。學員可以在仿真系統上學習監視的內容，能夠掌握正常運行狀態下的系統情況，不正常的情況有哪些，出現問題時如何應對、處理。
2.設備巡視培訓
設備巡視檢查是變電站運行人員的一項重要技能，及時發現異常和缺陷，對預防事故的發生，確保設備安全運行起著重要的作用。變電站中的設備很多，運行人員在設備正常運行時需巡視，設備出現異常時需巡視，電網或設備發生事故時也要巡視，這就要求運行人員掌握變電站中的每個設備在不同情況下的巡視內容。
設備巡視工作每名變電站運行人員在工作中都在做，但是很多都是走形式，做表面的工作，很少有人可以將設備巡視工作做到位、做好。就以主變壓器為例，在正常巡視、熄燈巡視和特殊巡視時的內容不完全相同，側重的內容不一致，作為一名合格的變電站值班員是需要掌握的。
仿真培訓系統逼真的三維畫面，使參培人員可以簡單、自如地在仿真變電站里隨意走動，對設備進行多角度、全方位地檢查，把學習的理論知識真正運用起來。教員可以對設備設置異常，培養學員在巡視檢查時候發現設備缺陷的能力，如瓷瓶有裂紋、設備發紅過熱、設備滲漏油等。
3.倒閘操作培訓
倒閘操作是變電站運行人員的一項重要工作，它關系著變電站以及電系統的安全運行，也關系著操作人員自身的安全。熟練并正確地進行倒閘操作，是每一個運行人員必須達到的基本技能。變電站仿真培訓系統提供了對運行人員培養規范化操作習慣、操作術語、防止誤操作等的訓練。培訓人員可以按照倒閘操作的步驟和要求，從接受調度操作預令開始，擬票、審票，準備工器具，危險點分析預控，接到調度的正令后依照操作步驟進行準確有序地操作，直到倒閘操作完畢，匯報調度，簽銷操作票。這樣既符合現場的操作程序和習慣，也使運行人員感到更加真實，從而達到更好的培訓效果。
通過倒閘操作培訓，可以使運行人員學會如何規范地接受調度下達的指令，如何規范地使用術語與調度交流，能夠正確、迅速地填寫操作票，且能夠理解每一步操作步驟的意義，而不是照本宣科、死記硬背，這樣就可以將學習到的技能舉一反三地應用到實際的工作實踐中，做到學以致用。
變電站仿真培訓系統可以進行各種設備的倒閘操作，包括線路、母線、變壓器、旁路開關代出線（主變）開關的操作等，不僅包含了一次設備的操作，也有二次設備的操作。在進行倒閘操作培訓過程中，可以很好地將相關的規程、制度融入進去，不但能夠熟練掌握倒閘操作的過程，還可以提高安全意識和其他相關技術水平。在倒閘操作過程中，如果出現誤操作，仿真培訓系統與實際變電站一樣，會發出相應的各種音響、信號，同時可以在相應的設備上看到因誤操作所引起的事故現象及保護動作情況。通過模擬誤操作的培訓，可以加深運行人員對誤操作所引起的嚴重后果的感性認識，同時也可以提高運行人員處理誤操作所引起事故的能力，做到臨危不亂。
4.缺陷處理培訓
變電站電氣設備的缺陷是指設備的異常運行狀態或異常運行情況，如不及時處理將可能逐漸嚴重，甚至發展成為事故，或造成事故的擴大。變電站一次、二次設備在不間斷地長時間工作中，或多或少都會產生缺陷，故發現缺陷并會處理缺陷是運行人員必備的一項技能。缺陷可分為緊急缺陷、重要缺陷和一般缺陷三類，變電站仿真培訓系統可以根據需要設置各種類型的缺陷。通過培訓，學員可以學會發現缺陷后，如何給缺陷定性，如何處理缺陷，并且能夠掌握最優的處理方案。一個缺陷出現后，可以有多種處理的方案，其中一個是最安全、最可靠的方案。通過培訓可以提高運行人員的缺陷處理能力，將可能發生的事故防患于未然。
5.事故處理培訓
事故處理能力是反映運行人員綜合能力的一個重要手段。發生一個事故，能夠對事故進行分析、判斷，并能夠給出完整的、合理的、可行的處理方案。把一個事故處理完整，需要人員有很多的專業知識作為基礎。
隨著技術的快速發展，電氣設備性能日益完善，發生故障的概率也是日趨降低。運行人員在現場遇到事故的機會越來越少，對事故處理能力的培養的機會也是越來越少。一旦發生事故，運行人員就會感覺無從下手，不知道如何分析事故原因，如何判斷事故性質，如何查找故障點，如何匯報調度，如何處理事故。因此，事故處理的培訓是運行人員培訓的重中之重。
關鍵詞：智能變電站培訓；培訓需求；培訓內容；培訓評估
作者簡介：張洪波（1982-），女，河南鄭州人，國網河南省電力公司技能培訓中心，工程師。（河南 鄭州 450051）
中圖分類號：G726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0181-02
2009年5月，國家電網公司提出建設堅強智能電網的發展目標，智能變電站作為堅強智能電網的重要基礎節點，是智能電網的重要內容。智能變電站較傳統變電站發生了重大的變革：一次設備智能化；二次設備網絡化；運行管理自動化；一鍵順控等高級應用功能，實現智能化運行。這些新設備、技術和應用對人員的綜合素質提出了更高的要求，如何培養掌握智能變電站技術的高素質人員成為日益緊迫亟待解決。
智能站知識主要來源于理論學習、參觀學習、現場設備安裝調試跟蹤學習，在實際生產過程中知識來源有限，應對異常和緊急情況的經驗缺乏，迫切需要后續培訓。智能變電站仿真培訓系統作為一種現代化、高效且針對性強的培訓平臺，真實再現了現場環境，使學員能夠熟悉智能變電站的網絡結構和先進設備，掌握正常操作、異常處理和事故分析處理過程，培養員工的實踐技能。因此，利用仿真培訓系統成為當前智能變電站人員和后續人才培養的一種有效手段。
作為一名電力企業培訓師，應結合電力系統的技術發展、崗位需求和現有的仿真培訓系統研究策劃開發針對不同培訓對象的智能變電站培訓項目，制定實施培訓計劃，做好咨詢和培訓。[1]下面結合自己的實際工作談談如何進行智能變電站仿真培訓工作。
一、了解培訓對象，確定培訓需求
1.了解培訓對象，進行需求調研
以智能變電站運行人員為例，雖然工作崗位仍然是變電運行，但由于新技術、新設備、新知識的應用，其工作模式發生了變化，培訓需求自然也會變化。即使來自同一崗位，有著相似的工作職責和內容，但由于他們年齡、學歷、經驗等自身因素的差距決定了培訓面對的學員培訓需求的不同，使得培訓需求既有共性也有個性。因此，作為培訓師首先要了解培訓對象，進行深入調研。
了解培訓對象可以分為兩個方面：個人需求、組織需求。個體需求就是學員站在自身發展或工作崗位能力的要求角度來確定自己需要學習哪些內容，在哪些方面需要提升等。個體需求調查多采用座談或問卷調查等方式，同時要了解學員的特點，以便針對不同學員采用不同的培訓模式，提高學習的積極性，提升培訓效果。組織需求就是要了解企業某一方面的發展現狀與目標存在的差距。就智能變電站運行崗位而言，目前調控一體化模式相比以往的運行方式在監控系統、一次設備以及操作方式等方面都有很大的不同和進步。這種差距就是一種企業培訓需求。作為培訓師，必須要能夠迅速地掌握這種差距和變化才能預測出企業對培訓的具體需求內容，才能為制定合理的培訓計劃提供前提依據。
2.分析調研結果，確定培訓需求
培訓需求分析需要從多維度來進行，[2]包括企業、工作、個人三方面。首先，進行企業分析。要立足企業培訓的實際，確定企業培訓需求，保證培訓計劃滿足企業發展目標與戰略的要求。其次，進行工作分析。工作分析是指員工為滿足工作崗位要求所必須掌握的技能和能力。最后，進行個人分析。個人分析是將員工現有的水平與崗位技能需求進行比較，當員工的水平不能達到崗位技能水平時需要對其進行培訓。在進行培訓需求分析時，還需從企業發展規劃、技術更新和特點上綜合考慮，一方面注重新技術、新設備、新理論的培訓，另一方面也要注重培訓人員的主要能動性與現實目標的有效結合。
二、根據培訓需求確定培訓內容
隨著電力技術的進步和企業的發展，電力系統的培訓越來越需要貼近現場實際，企業培訓更加重視技能培訓，尤其注重崗位實踐知識和技能培訓。作為企業培訓師必須要承擔輔導、培訓的責任，通過對培訓對象的授課、訓練、指導，使培訓對象通過學習和實踐獲得工作所需的知識與技能，提高工作能力，達到自我發展的目標。因此，這就要求企業培訓師必須深入實際工作，掌握具體崗位工作內容，制定符合實際的培訓內容。[3]
以智能變電站培訓為例，可以按照智能變電站的知識把多項任務進行分解，確定模塊化的培訓內容。這樣以仿真培訓系統為平臺的智能變電站培訓的內容大致可包括以下方面：
1.熟悉智能變電站仿真培訓系統
智能變電站仿真培訓系統是一種高效且針對性強的培訓平臺，能真實再現現場運行環境，并具有可隨意操作性，使用方法簡單。作為一種培訓工具，需要熟悉該系統以便更好地學習。包括：熟悉仿真培訓系統的使用、操作方法及注意事項；熟悉仿真培訓系統的組成及各部分作用；熟悉主接線及一次設備，了解保護配置。
2.學習安全生產知識
對于電力供電企業，電網的安全運行是第一位的，因此，安全生產知識的培訓是智能變電站仿真培訓中必不可少的內容，包括：《安規》、“兩票”管理規定等相關安全知識的培訓。
3.學習智能變電站新技術、新設備、新理論、新應用
智能變電站與常規變電站相比發生了重大的變革，智能變電站涉及的新技術、新設備、新理論、新應用是運行人員急需學習的內容。包括：一次設備智能化：智能終端、合并單元、電子式互感器等；智能變電站“三層兩網”網絡結構的配置、網絡數據的傳輸和監測；智能化保護裝置。
4.學習智能變電站技能操作
智能變電站仿真培訓系統以純軟件形式再現智能站的新技術、新應用，詳細模擬智能一、二次設備，可以實現正常操作、設備巡視、事故分析及處理三方面的培訓功能。
（1）正常操作。通過正常操作培訓一方面可以學習操作票的開取、修改、執行等常規的操作模式；另一方面可以學習智能變電站特有的一鍵順控操作功能。
（2）設備巡視。培訓學員查找設備缺陷、發現設備異常的能力，提高學員處理、隔離異常設備、恢復電網正常運行狀態的能力。
（3）事故分析和處理。培訓學員進行處理、切除或隔離故障點，恢復送電，將事故的影響降到最低，提高培訓學員判斷和處理事故的能力。
5.對學員提出的研討問題組織研討
智能變電站仿真培訓所面對的培訓對象都是來自各供電公司的現場技術工作人員，他們的工作與現場實際結合緊密，通過對其提出的實際問題進行研討學習，大家集思廣益，能夠開闊思路，解決存在的疑惑，同時對培訓教師來說也是收集培訓案例的一個機會。
三、根據現場實際編寫培訓教材
教材是培訓的重要組成部分，任何培訓都離不開培訓教材，培訓教材要與現場實際和工作崗位需求緊密結合，與培訓內容息息相關，突出技能，其形式可以采用章節式、模塊式、表格加注解式等。無論采用何種形式，最重要的是內容要緊緊貼合實際，最大限度地適應培訓要求，滿足培訓所需，理論結合實際，針對性強。另外，教材可以借助計算機制作多媒體課件。多媒體課件與傳統的文字教材相比，提供的信息量更大，表現形式也更加生動，可以豐富培訓課程內容，并使培訓課程的表現形式多樣化，同時還能提高學員學習的積極性和能動性。這也是較好的一種教材形式。總之，教材要注意講究實效、實用。
四、制定培訓計劃，實施培訓工作
1.合理安排時間，確定培訓計劃
培訓時間的合理安排是制定培訓計劃的重要部分，培訓時間一定要綜合考慮企業各崗位人員的工作安排，不能因為培訓時間過長而影響企業生產，也不能因為培訓時間不充分而影響培訓效果。所以要綜合各方面因素安排合理的時間，一旦時間確定才能制定合理的培訓計劃。
培訓方式主要是培訓所采取的組織形式，如在職或脫產培訓等方式；培訓方法是指培訓教學工作采用的具體技巧與手段，如案例法或講授法，企業培訓所面對的學員參差不齊，要根據他們的特點采用恰當的培訓方法，如互動式、講解式、體驗式等等。在培訓過程中還需要注重教學工具的使用，例如多媒體教材等。因此，好的培訓方式方法對培訓會起到事半功倍的效果。在智能變電站仿真培訓中多采用理論知識講解，然后邊實踐、邊學習，將理論知識與實踐操作緊密結合，達到提高技能的目的。
2.結合培訓目標，確定考核方式
每個培訓項目實施后均要對受訓人員進行考評，這也是對培訓效果的一個檢驗。考核方式一般分為筆試、面試、操作三種方式。筆試又分為閉卷和開卷等。在智能變電站仿真培訓中，通常采用筆試和操作兩種方式進行。對需要掌握的理論知識采用筆試的方式，對必須掌握的操作技能采用操作的方式，通過兩種方式的結合對學員的培訓效果進行考評。
3.掌握培訓技巧，實施培訓工作
智能變電站仿真培訓工作的實施可以包括組織培訓、導入課程、講授知識、操作訓練、課程結束等內容。[4]在課程的教授環節應廣泛采用多種多樣的培訓形式，結合培訓具有崗位針對性的特點，可以針對培訓項目采用體驗式教學、互動式教學等等，在教學過程中還需注重教學工具的使用。此外，在培訓中還需要遵循激發與鼓勵原則，要注重針對性和實際效果，通過培訓提高學員的能力和素質，使之滿足崗位要求。
五、了解培訓效果，進行培訓評估
任何一項培訓的效果如何，學員最有發言權，所以要廣泛征求和了解學員的反饋情況。[5]在培訓結束后，要組織參培學員對培訓項目的內容設計、內容安排、師資配備、教師授課水平、教學態度、培訓班組織管理的綜合水平等方面進行評估，評估形式通常以綜合評估表、問卷等形式為主。培訓評估的意義是可以采納學員合理的建議，不斷改進培訓內容，使培訓活動持續改善，使培訓更具有生命力；通過整理總結學員反饋信息，全面了解培訓存在的問題和不足，為下一輪培訓提供經驗，具有較高的參考價值。
六、結束語
隨著堅強智能電網的建設，智能變電站作為堅強智能電網的重要支撐節點進入全面建設時期，智能變電站新設備、新技術、新應用將成為電力員工必備的知識。開展好智能變電站仿真培訓既可以滿足學習智能變電站知識的需求，也可以滿足專業人員深入、系統學習的需求，使運行維護人員在較短的時間內掌握智能變電站的關鍵技術和操作技能，提高電網安全運行水平。
參考文獻：
[1]勞動和社會保障部，中國職工教育和職業培訓協會.企業培訓師培訓教材[M].北京：新華出版社，2011.
[2]王成，王海蓉.論電力企業員工培訓需求分析的必要性[J].寧夏電力，2007，（2）：67-69.
[3]李欣.做合格的電力系統企業培訓師[J].中國電力教育，2009，
（2）：263-264.
[4]劉翔.企業培訓師工作能力探究[J].機械職業教育，2008，（2）：13-14.
關鍵詞：變電仿真；培訓系統；開發方向
中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0166-01
隨著我國電力系統的迅速發展，使得運行操作越來越復雜，而對電網安全運行的要求也越來越高，為了確保電網安全穩定地運行，要求變電運行人員具有較高的技術水平和事故處理能力。由于電力系統的特殊性，電力系統的事故、異常是不能在現場運行設備上A演的，所以變電運行人員在實際運行的系統中進行培訓，以此來提高操作技能和事故處理能力是絕對不可能的。變電仿真培訓系統是全過程、高性能、全范圍的培訓仿真裝置，能夠使接受培訓的運行人員正確熟練地掌握變電所主變、母線、線路、保護裝置的投停、倒換及調整等正常操作，提高他們準確分析、判斷、處理各種事故的能力。
1 變電仿真培訓系統的分類及特點
變電仿真培訓系統可分為硬仿真系統和軟仿真系統。硬仿真系統是指采用硬件裝置模擬變電站的各種運行設備，包括一次設備、二次設備、交直流系統及控制盤、表計等。開關跳閘、保護動作及異常等信號邏輯關聯是用二次線來實現的，設備操作的把手、按鈕、壓板、空氣開關都是真實設備，系統建設較復雜，適應性差，改動困難。軟仿真系統是指用計算機軟件來模擬變電站的全部一、二次設備及監控自動化系統，硬件由主站服務器、教練員工作站、學員工作站及一些網絡通信設備組成。軟仿真系統的設備控制及邏輯關聯都是由軟件實現，修改容易，適應性好，易于拷貝、移植，并且占用空間小、工程造價低、運行費用低、維護工作量小，缺點是直觀性較差、現場感不夠強。從主接線形式來看，本仿真變電站的主接線綜合了全省各個電壓等級變電站的主接線方式[1]。一次設備采用三維立體動畫進行仿真，設備外觀、瓷套、引線、油位、表計、指示、標識等都清晰可見，具有較高的逼真度。主變、母線、線路所配備繼電保護及自動裝置、中央信號、光字牌系統、儀表測量系統、所用電及直流系統等均按目前國內標準，大型典型變電站設計。繼電器面板配置的正常運行信號、事故連鎖信號齊全，并能實時反應。
2 變電仿真培訓系統的應用
2.1 倒閘操作培訓
倒閘操作是學員日常工作內容之一，學員能否正確進行倒閘操作將直接影響著電網的安全運行，操作中稍有差錯便可能導致設備損壞、人身傷亡或局部甚至大面積停電，所以本變電仿真培訓系統采取技術措施防止電氣誤操作事故，做到“五防”：即防止帶負載分、合隔離開關；防止帶電掛（合）地線；防止帶接地線合斷路器；防止誤入帶電間隔；防止誤分、合斷路器。通過對線路、母線、主變等電氣設備的倒閘操作，可以使學員學會如何規范地填寫操作票，熟練地掌握倒閘操作的正確步驟，熟悉倒閘操作過程中各種儀表的變化，信號燈的指示等。在倒閘操作過程中，如果出現誤操作，與實際變電站一樣，會發出相應的燈光及音響，同時可以在相應的屏上看到因誤操作所引起的事故現象及保護動作情況，這就加深了學員對誤操作所引起的嚴重后果的感性認識。
2.2 事故處理培訓
處理電氣事故時應遵循的基本原則是：迅速限制事故的發展，消除事故的根源，并解除對人身及設備安全的威脅。用一切可能的辦法保持設備繼續運行，對重要用戶應保證不停電，對已停電的用戶應盡快恢復供電。調整系統運行方式使供電恢復正常。在仿真變電站進行事故處理培訓，就是在教練員計算機上設置各種運行方式下的各類故障，并在仿真變電站中的控制屏、中央信號屏、繼電保護屏及多媒體計算機上迅速反應。學員根據事故現象、各種信號等進行綜合分析、判斷，以確定事故的類型、范圍，快速、果斷地處理事故，并在規定的時間內寫出事故報告。通過事故處理培訓，有助于提高學員分析及處理事故的能力，從而保證電網安全穩定運行[2]。
3 開發方向探討
3.1 設備巡視
目前投入使用的變電仿真培訓系統在設備巡視上的常規方法只有兩種：一種是采用講解的方式，由教員告訴學員要巡視的內容，但不能了解學員真實掌握情況，互動性差；另一種是采用交互的方式，其中所設置的異常是固定的，它只能針對性地設置一些異常，不能適應培訓的全面要求。因此有必要開發實用性和互動性強的設備巡視功能，可以包括設備巡視的自動演示講解系統、自動出題系統、巡視記錄系統等。
3.2 主接線形式、設備類型及保護配置
單一仿真變電站的主接線形式、設備類型與保護配置不可能與所有培訓單位的要求相同。基于此種情況，變電運行仿真培訓系統的開發特別要注重“插件化”。因此，可以把主接線、一次設備和保護做成“插件”庫，根據培訓對象的需要和其所在變電站的設備狀況，選一些“插件”來裝配，能起到更好的培訓作用，解決系統適應性的問題。
4 結語
變電培訓仿真系統能提高培訓效率、縮短培訓周期、降低培訓成本、見效快、效果好，作為一種新型的培訓方式，其經濟效益和社會效益是顯而易見的，具有廣泛的應用前景。
參考文獻
關鍵詞：變電站；數字物理混合；仿真培訓系統；電網運行
中圖分類號：TM933文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）07-0015-04
變電站作為電力系統的一個重要部分，其運行狀況好壞直接影響到整個電網運行的安全，變電站事故中有相當一部分是由人為操作不當造成的。這其中既有由于電網調度員誤發調度令、對異常處理措施不當造成的事故，也有由于變電運行人員走錯間隔導致的誤操作事故、安全措施不到位誤入帶電間隔的人身傷亡事故、帶電誤合接地刀閘、帶接地刀閘誤合開關、帶負荷拉合刀閘、設備缺陷和異常未能及時發現造成的事故。對事故判斷不準和向調度匯報不清楚而延誤故障處理時間、事故發生后處理不當使事故范圍擴大化、對二次設備誤操作而引發的事故等情況較多，造成了人身傷亡、設備損壞，甚至發生電網解列、電網崩潰等大面積停電事故。
因此，為保證電網安全、可靠、經濟地運行，就必須提高電網調度員、變電站運行人員的技術素質和技能水平，加強變電站運行人員和電網調度員的培訓。近年來，隨著電力行業培訓仿真技術的發展，各類培訓仿真系統在電力行業應用越來越廣，在提高生產運行人員的生產技能方面發揮了重要的作用。
一、變電站培訓系統仿真的發展現狀
近十幾年來，我國變電站培訓仿真系統獲得了很大的發展。仿真范圍逐步擴大、仿真的逼真度逐步提高。現存的變電站培訓仿真系統，根據變電站一次部分控制操作以及保護屏柜實現方式，主要可分為三類：有硬件屏盤模式、軟仿真模式、混合仿真模式。
（一）帶盤臺模式
帶盤臺模式是指用外觀與實際變電站1：1的開關控制屏和保護屏硬件組成變電站仿真培訓系統的主控室和保護室，主要由后臺計算機支持這些硬件的操作和顯示。該系統的硬件配置主要有模擬控制盤、模擬繼電器保護盤、變電站配電裝置、變電站主接線操作模擬盤、計算機控制仿真系統。其中計算機控制仿真系統是變電站培訓仿真系統的核心，它擔負模擬變電站的仿真，復現變電站主控室現象的任務。接收模擬盤的信息，控制模擬盤的動作和信號。這種帶有硬件盤臺的變電站仿真培訓系統是最早應用的培訓系統模式。帶硬件盤臺的仿真培訓系統需要配備大量的硬件裝置、設備，擴展性差，升級改造困難，同時硬件盤臺并沒有包括變電站中保護、測控柜等實際裝置，與現場相比逼真度存在差距，培訓效果不夠理想。
（二）純軟件仿真培訓模式
純軟件仿真培訓模式是指變電站內的開關控制屏、保護屏、模擬屏、室外和室內的主設備及主接線等所有設備全都用軟件仿真，除計算機外沒有任何硬件，該系統采用多媒體仿真模式，仿真變電站的有關電氣設備，包括一次設備、控制系統、中央信號系統以及繼電保護和自動裝置的面板均可在計算機屏幕上動態顯示。軟件模式的仿真培訓系統很快便以其便捷、經濟等優點受到電力部門的青睞，目前應用較廣。在這種模式中傳統控制室中的保護屏、控制屏、中央信號屏等物理設備均被計算機監控平臺所代替，所有監控功能都通過人機交互界面實現與培訓人員的互動。省去了大量硬件設備，大大提高了可靠性，并且有利于系統更新升級。但是軟仿真模式的培訓仿真系統由于所有的操作和顯示都是在微機屏幕上進行，與實際現場環境差距大，真實感較差，培訓效果也不太理想。
（三）混合仿真培訓模式
混合仿真培訓模式將數字化的電網仿真與變電站中全部真實的二次設備（包括監控系統、保護柜、測控柜、音響、燈光等）有機結合成為的混合仿真培訓系統。目前，該類系統主要采用將數字化電網仿真與部分真實設備相結合的仿真模式，將數字化電網仿真結果通過數字模擬量轉換卡轉換為-3.53~3.53V的弱電交流量，再輸出到經過改造的保護裝置的內部采樣插件上，并通過開關量輸入卡采集模擬斷路器的位置，從而實現斷路器的動作的仿真，這種仿真方式只采用部分真實設備，并且需要對實際的保護柜進行改造才能以適應該仿真系統，并且可擴展性較差，新增加的保護設備無法直接接入（必須經過改造）培訓仿真系統，該類系統的仿真效果與現場的一致性仍存在差距。
二、變電站數字物理混合仿真培訓系統概述
變電站數字物理混合仿真培訓系統是將數字化的電網一次設備仿真與實際變電站二次設備相結合的數字物理混合仿真技術。即監控系統、保護及測控裝置、五防系統、燈光、音響等采用現場真實物理設備，而該變電站一次設備、鄰近電網及其一次設備、二次設備等采用數字仿真。其中數字仿真部分采用變電站實時仿真與全動態電網混合仿真技術，即詳細仿真的變電站采用實時仿真技術，變電站所在電網采用暫態、中期、長過程一體化仿真計算技術，實現電網的全動態仿真，從而既能詳細而真實再現變電站一次設備的行為，也能逼真地再現大電網的各類動態過程對變電站的影響。數字仿真電網再通過高速的通信系統，高速的開關量采集、輸出系統，高速、高精度的數字模擬量轉換系統和仿真功率放大器與真實的變電站二次設備有機結合，實現了變電站軟仿真子系統、數字電網仿真的一次、真實的二次設備仿真放置于同一個仿真系統中，有機連接、靈活配置，營造了十分逼真的變電站運行環境。從而實現對現場各類運行人員的培訓需求：如變電站運行人員、繼電保護人員、檢修人員及相關的管理人員等，同時能完成人員培訓、技能鑒定、崗位考核等各項工作。
三、變電站數字物理混合仿真培訓系統架構
圖1給出了變電站數字物理混合仿真系統的總體架構。其中電網及變電站的數字仿真部分通過接口系統實現變電站電磁暫態仿真與電網全動態仿真的有機結合，其他變電站軟仿真也是基于同一個的電網仿真，從而可以實現變電站軟仿真、混合仿真的一體化。數字電網仿真結果的瞬時值通過高速通信系統傳送到高速、高精度同步數字模擬轉換器形成0～10V的模擬交流量，該模擬量通過電流或電壓功率放大器得到放大的電流或電壓電氣量驅動變電站的實際二次設備。數字仿真系統通過高速開關量采集系統實時檢測到變電站開關和刀閘的狀態，從而將數字仿真和實際二次設備有機結合起來，實現了數字仿真與變電站實際二次設備的無縫閉環連接。仿真培訓系統通過開關量輸出系統驅動非電氣量保護動作模擬硬接點、變壓器有載調壓模擬硬接點、風冷控制模擬硬接點等，實現變壓器的非電氣量保護動作的模擬。
四、變電站數字物理混合仿真培訓系統功能
變電站數字物理混合仿真培訓系統是將電網仿真、變電站實時仿真、變電站綜合自動化系統仿真和教員與學員系統有機結合為一體化的系統，不但實現了地區電網生產運行過程的全仿真，也可以正確反映變電站、變電站綜合自動化系統和電網的相互作用、相互影響，可以對運行人員進行全方位的仿真培訓。系統的主要應用功能如下：
（一）培訓運行人員和相關管理人員
培訓基本的運行技能。對新員工進行上崗培訓，對老員工的基本運行能力進行培訓及考核，使其熟悉變電站一二次設備、變電站綜合自動化系統、集控站監控系統、電網結構、運行方式、電網潮流，掌握基本運行操作及運行規程，熟練使用實時監控系統（變電站綜合自動化系統和電網調度自動化系統）及其他應用軟件。
事故分析及處理。可進行開關、刀閘、變壓器、母線、線路、發電機組、電容器等各種設備及其相關的故障處理培訓，訓練變電站運行人員發現事故、異常，依據仿真的電網環境判斷故障和處理故障，并在訓練結束后對事故進行分析，重放事故發生和處理的全過程。通過仿真訓練可以使運行人員了解各種事故發生的現象、原因及變化過程，總結積累處理經驗，增強他們事故處理時的自信心。
變電站一次設備正常和特殊巡視訓練。通過變電站一次設備三維交互式漫游巡視系統，實現變電站一次設備的三維重現和虛擬操作，受訓人員感到富有直觀性、形象性，有助于其熟悉了解現場情況，更好地將理論知識與實踐經驗相結合。
對于管理人員進行電網及變電站運行的概念性培訓。管理人員通過仿真培訓可以了解電網及變電站的現狀、運行方式、操作規程及電網和變電站運行的特性。
（二）聯合反事故演習
本系統可用于研究電網、變電站特點，對薄弱環節做好事故預想工作，完善各種事故應對方案，從而提高事故情況下的應對能力，克服以往反事故演習紙上談兵的局限性。仿真電網設置的常見事故及復雜事故發生后，將引起繼電保護的連鎖動作和電網潮流的變化，并顯示越限設備的報警提示，對此研究后可以總結事故處理經驗，制訂出合理的事故處理預案。做到事前有分析，事后有反饋，切實提高電網安全運行能力。
五、硬件系統
變電站數字物理混合仿真培訓系統的硬件系統由以下幾部分組成：教員臺，學員臺，仿真主機，變電站實際二次設備，電流、電壓功率放大器，高速、高精度同步輸出數字模擬轉換器，高速通信及開關量輸入輸出系統，混合仿真集成支撐平臺。
（一）教員臺
可以用仿真主機，運行教員子系統為教員管理和控制培訓過程提供支撐平臺。
（二）學員臺
使用與現場完全一致的監控系統工程畫面，保留所有現場監控系統功能，并與仿真模型建立通信連接。使學員在監控系統仿真界面上獲得在現場監控系統上相同的操作。
（三）仿真主機
運行全動態電網仿真子系統，是仿真系統的核心和中樞。仿真系統模型包括：鄰近電網的全動態電網計算模型、包括一次、二次設備模型、故障模型和異常模型。
（四）變電站實際二次設備
保護、測控、音響、燈光等裝置采用與現場完全相同的硬件設備，可以為受訓者提供真實的操作、監視手段，使得仿真機不僅可以培訓變電站運行人員的常規操作和監視，同時還能使他們熟悉和了解變電站重要二次保護裝置和屏面設備。
（五）電壓、電流功率放大器
功率放大器接收DA輸出的弱電模擬信號，進行功率放大使電流信號放大至0～20A、使電壓信號放大至0～100V，以驅動實際二次設備。放大器在與仿真信號連接是采用高阻差分方式，無公共連接點，這樣可保證仿真系統的安全工作，又可長線連接抗干擾，提高系統的小信號精度。仿真培訓專用的功率放大器多路的電流或電壓輸出，從而能保證更好的同步輸出精度，同時降低電流功率放大器的最大輸出電流。
（六）高速、高精度同步輸出數字模擬轉換器
將變電站實時仿真計算出的電壓和電流的數字量轉化為模擬量，是決定仿真精度的重要環節，其關鍵技術是實現各路數字模擬轉化（DA）的同步輸出，同時為了保證輸出波形的質量，每工頻周波的輸出點數大于60點，DA向功率放大器輸入模擬弱電信號。為了保證混合仿真系統的可擴展性，更好地適應變電站規模的變化，采用分布式同步實時仿真技術，即根據變電站電氣量需要嚴格同步的程度對各電氣量進行分組，每組電氣量在同一塊DA轉換器進行輸出保持嚴格的同步，多組DA轉換器通過高速PCI總線分布式工作，因此降低了以前依賴專用的DA轉換器的程度，這樣既可以保證仿真培訓的效果，又可以保證系統的高可擴展性和系統造價。
（七）高速通信及開關量輸入輸出系統
通過開關量輸入系統采集開關、刀閘動作情況、有載調壓接點，實現開關、刀閘狀態及變壓器抽頭位置的高速采集，將實際設備的狀態實時發送給變電站實時仿真計算。通過開關量輸出和繼電器模擬非電量保護動作、變壓器風冷控制硬接點等。
（八）混合仿真集成支撐平臺
混合仿真集成支撐平臺采用PCI總線技術將高速、高精度同步輸出數字模擬轉換器、高速通信系統和開關量輸入輸出系統緊密集成。變電站實時仿真子系統和實時操作系統均運行在混合仿真集成支撐平臺，實時操作系統通過硬件系統驅動軟件驅動數字模擬轉換器、高速通信系統和開關量輸入輸出系統（即用于對DA轉換器、開關量輸出和開關量輸入板卡的控制）是實現數字一次設備與二次物理設備有機聯系的接口系統，將變電站實時仿真計算結果實時刷新DA卡、將接口系統的自身狀態定時刷新DA轉換器的某個通道、通過開關量輸入系統采集開關、刀閘
的狀態、通過開關量輸出系統向實際設備發送指令。
六、軟件系統
混合仿真培訓系統的軟件系統主要由以下幾部分組成：交互式、分布式仿真軟件支撐平臺，全動態電網仿真子系統，教員與學員子系統，變電站實時仿真子系統，實時操作系統，硬件系統驅動子系統。
全動態電網仿真子系統、變電站軟仿真子系統、變電站實時仿真子系統、教員與學員系統軟件通過交互式、分布式仿真軟件支撐平臺的運行管理系統有機結合在一起組成整個數字仿真培訓系統，變電站實時仿真子系統通過實時操作系統的內核級調用與硬件系統驅動軟件集成，與物理設備完成無縫連接。
交互式、分布式仿真軟件支撐平臺是混合仿真培訓系統基礎，包括數據庫管理系統、仿真運行管理系統、人機界面系統、變電站一二次設備人機界面系統和仿真建模系統。數據庫管理系統采用商用數據庫與實時數據庫相結合的方式，實時數據庫是常駐內存數據庫，用來支持數據的快速訪問、處理。實時數據庫與商用數據庫有機結合的方式保證了數據庫的實時性和高效性，商用數據庫作為實時數據庫的持久存儲，較好地解決了分布式系統中數據庫系統的開放性、實時性和一致性問題，從而充分發揮了實時數據庫和商用數據庫各自的優勢。仿真運行管理系統，作為分布式仿真的運行支撐系統，實現了各個仿真應用之間的交互操作，是聯系各仿真子系統（軟仿真、電網仿真、混合仿真）各部分的紐帶，是分布式仿真系統的核心，為各個仿真應用軟件提供了位置透明、高效的虛擬運行環境，向子系統提供交互對象管理服務、時間管理服務、數據分發管理服務和應用程序接口。人機界面系統是全圖形人機接口，為教員和學員提供交互式操作媒介。變電站一二次設備人機界面系統采用了虛擬儀器技術、組件技術、3D建模技術和虛擬現實技術，可以構建各種電壓等級的虛擬變電站，包括變電站主控制室、控制屏、保護屏、中央信號屏、交直流屏等二次設備和現場一次設備，分為變電站一二次設備人機界面編輯系統、在線系統及變電站一次設備三維交互式虛擬場景系統。仿真建模系統通過圖形、模型和數據庫一體化建模技術，在畫面編輯時能夠提供特定電氣元件的計算模型，在生成畫面同時，能夠自動地生成或人為輸入電氣元件計算模型的參數，并插入到數據庫相關表格中，為電網仿真、變電站實時仿真等子系統提供拓撲數據和運行數據。
全動態電網仿真子系統采用暫態、中期、長過程一體化計算再現真實的電力系統的動態響應過程，采用了固定結構的稀疏矩陣、微分方程隱式梯形差分方程與網絡代數方程的聯立求解、強魯棒性牛頓―拉夫遜法非線性方程求解、自動變步長等技術保證電網仿真計算的快速性和穩定性。
教員與學員子系統為教員管理和控制培訓過程提供支撐平臺，功能由四部分組成，即：系統管理功能、培訓前運行方式和教案準備、培訓中的操作和進度控制、培訓后分析和評估。系統管理功能包括時間管理、用戶管理、運行方式管理等；培訓前運行方式和教案準備包括選擇運行方式數據、整定初始方式、預設故障和事件；培訓中的操作和進度控制是指教員對培訓進程的控制、對電力系統模型的操作、設置故障和事件、管理和監視學員的操作；培訓后分析和評估包括使用事件記錄、曲線、報表等工具分析學員操作的效果，利用事故追憶再現學員的處理過程和系統的變化過程，利用評價工具對學員的操作進行評價。
變電站實時仿真子系統在變電站中一次設備的三相暫態模型及外網動態等值模型基礎上，采用電磁暫態計算理論實現變電站的詳細仿真計算。通過接口算法實現變電站實時仿真與全動態仿真的在線交互，保證變電站的動態響應的準確性。變電站實時仿真子系統運行在實時操作系統基礎上，實時操作系統可配置成單任務模型，保證實時仿真子系統的最高優先級的運行級別，實時操作系統運行于混合仿真集成支撐平臺，并通過硬件系統驅動軟件驅動硬件系統。
七、結論
本文研究開發的變電站數字物理混合仿真培訓系統是在軟仿真模式的變電站仿真技術基礎上，結合電力系統的實時仿真技術，將數字化的電網仿真與變電站中全部真實的二次設備有機結合成為的物理與數字混合仿真培訓系統，使受訓的變電站運行人員、繼電保護人員、檢修人員及相關的管理人員在完全真實的變電站環境內接受訓練，同時能夠完成人員培訓、技能鑒定、崗位考核等各項工作，能有效地提高現場運行人員素質水平。該系統已在石家莊電力培訓學校220kV教學變電站培訓仿真系統中，取得了很好的培訓效果。
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