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DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2018.29.
高等职业院校信息化实训室建设新模式探索①
——以电气试验仿真实训室建设为例
赵树宗 缪春琼 李含霜
（广西电力职业技术学院 广西南宁 530009）
摘 要：电气设备预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。近年来，随着对供电可靠性要求的提高、新设备的大量涌现，以及带电测试、在线监测技术的不断进步，为减少定期停电时间，提高设备可用率，需要进行预防性试验。随着我国国家电网公司、南方电网公司及相关电力行业企业预防性试验的普及，对既懂理论，又有较强动手能力的一线专业技术人才将长期保持旺盛的需求，因此，电力系统专业人才的培养、教学培训质量的提高、教学改革创新的不断探索，是摆在每一个电力人面前的现实课题。
关键词：电气试验 虚拟现实 信息化 实训室
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0165-02
1 电气试验仿真实训室建设的必要性
我国电力类高职院校大多针对10kV变压器进行预防性试验，其他一次设备的大量试验无法涉及。35kV以上电压等级，尤其是典型的110kV及以上高电压等级的电气设备试验无法依靠现有设备完成。随着电气试验仿真实训室的建设，电力系学生将会全面、系统、直观地掌握我国电网公司及电力行业企业变电站电气设备电气试验的技能知识。电力系毕业生在电气设备预防性试验方面的技能将会产生质的飞越，对提高电力职业院校毕业生的就业竞争力有很大帮助。另外，高等职业院校所开设的《电气设备试验技术》与《高电压技术》课程的授课现状来说，授课通常是“师带徒”的模式，上课的手段主要有理论授课、实际操作讲解、指导下的操作训练等，授课中使用的媒体通常为图纸、教科书、讲义，较少的三维动画或二维课件等。突出问题表现在：（1）专业教师现场实践水平限制了职业技能人才的培养；（2）专业教师理解水平和学习能力限制了人才队伍的成长扩大；（3）专业性质制约了学生技能培训工作的开展；（4）设备的种类繁多，电压等级过高，设备无法齐备，限制了专业教师授课工作的开展；（5）授课教师水平参差不齐，对试验设备安全水平及学生人身安全造成不利的影响；在授课过程的培训和考核中，教师不易记录与把握受训人员的每一步操作是否符合操作規范，风险系数高，常见故障现象很难客观展现，教学组织难度大，教学效果不够理想。
2 虚拟现实技术促进电气试验课程信息化改革进程
虚拟现实技术（Virtual Reality）作为一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体的说，就是采用以计算机技术为核心的现代化高科技，在特定范围内生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备，以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生等同真实环境的感受和体验。随着计算机技术的高速发展，虚拟现实技术凭借其独特优势，已广泛应用在教学、科研与军事领域当中。据研究，虚拟现实技术在发达国家电力行业各个领域如电厂建设过程、发送电过程仿真、电力设备的虚拟操作、检修、安全培训与考核等方面应用日趋成熟。近年来，国内部分省市的电力系统也在三维仿真培训领域有所探索研究应用，福建电业公司电力安全仿真培训、中电投风力发电仿真培训、广东电业局电气设备试验仿真培训等都获得了良好的教学效益；安徽淮南平电公司安全培训中心在设计建设过程中，也规划大量采用多媒体仿真教学模式。电气试验仿真教学系统设计开发遵循充分融入沉浸式理论介绍、案例式互动教学 、三维式仿真操作、场景式实训演练、系统化管理应用等教学创新理念，把提高教师专业素质、增强学员实践动手能力、教学内容改革规范、培训组织形式多样、教学考核方式信息化、学员档案数字化管理等功能充分整合，作为教、学、训、管、考、研的统一支撑平台，具有安全性、规范性、科学性、前瞻性等特点。 虚拟现实仿真化教学作为目前教学培训信息化改革的重要方向之一，可有效解决电力知识与相关技术设备纷繁复杂，难以全面开展教学的突出问题。同时，通过现代信息技术，甚至VR技术的应用，会极大提高学生学习的热情，从而提高电力系学生的综合业务技能，促进课程信息化改革的脚步。
3 电气试验仿真系统建设具备行业先进性
国网、南方电网及电力行业企业已经采用一体化的管理模式，现有试验设备无法满足对电网员工电气设备预防性试验的全流程培训；该方针系统系统建设基于满足多个培训工种实物化操作培训前期的虚拟现实三维理论教学、仿真互动操作及中心信息化资源整合平台等功能；为配合教学培训基础性建设总体规划，在设计中遵循一室多用理念，可融入小型技术研讨会议功能等。随着变电站的快速建设，对试验人员的培训需求也在增加，电气试验仿真系统的建设是解决这一需求的有效途径。基地的建成后能够产生良好的经济效益和社会效益。电气试验仿真实训室建成后，使基于电气试验工作岗位的课程教学真正实现与现场零接轨，进一步拓展了实训室的教学功能。发电变电设备的3D模型是整个仿真培训系统的基础。系统按照不同的设备类型，生产厂家、型号建立设备样本模型库，各设备模型按照基于设备部件组件化建模，真实的还原各种设备的结构、原理、运行机制。可服务于其他电力核心课程，如《发电厂变电站电气设备》《电气设备检修》《变压器检修》等。专业课教师可借助平台设计做中学，学中做的项目化教学，有效地组织学生学习本专业的知识和技能，从而推进专业课程教学改革。仿真实训室建成后，对任课教师专业素质要求也进一步提高，专业教师必须遵循企业实践的要求，真正做到与企业试验员工同等技能、同等理论，才能适应仿真教学环境的改变，完成培训任务。电气试验仿真实训室拟增试验仿真移动APP，配合VR技术，让电力高等职业院校的电气试验的培训水平走在行业前列。该部分采用当下先进的VR虚拟化技术。操作规则同样立足于现实中实际的操作规范，理想的虚拟环境达到使受训者难辨真假的程度。学员使用VR眼镜直接全息浏览整个电气试验场地环境及整个试验过程。学员可以真实地看到因操作不当或者设备故障引起的各种事故现像，从而实现电气试验的实时交互式操作仿真。 4 电气试验仿真实训室具体功能设计
电气试验仿真实训室应具备功能包括：（1）电气试验工作流程模拟仿真功能：①依据电气试验所涉及的安规和操作规范，培训过程包括办理操作票（工作票）、危险点分析及控制、工器具选择和检查、进入工作现场、安全措施布置、设备试验、撤离工作现场、结束工作票、填写验收记录及检修卡等。②仿真高压实验仪器室，实现各类试验仪器的室内摆放布置、选用、归还等。③采用计算机三维虚拟现实技术建立电气试验设备的三维模型，仿真其操作开关、按钮、接线端子等操作特性以及表计、状态、缺陷等显示特性。④采用计算机三维虚拟显示技术完整、逼真再现电气试验现场虚拟环境，实现设备异常和故障的外在表现、电气试验过程中试验仪器选择使用过程、端子接线过程和安全措施布置等人机交互。⑤仿真试验现场环境对电气试验的影响，如现场环境温度、湿度。⑥仿真电气试验过程中产生的现象，如声、光、电、冒烟等。⑦建立电气试验工作标准流程库，实现以课件形式进行试验内容介绍、试验过程中工作流程控制，实时对试验过程进行检查如判断仪器仪表是否选择正确、仪器仪表量程等设置是否正确、导线选择和接线是否正确、接线次序是否正确、是否可靠接地、设备档位是否正确、变更接线或拆线前是否正确放电等，并及时提醒或记录。并以此作为评分标准予以自动评分。（2）理论题库及考核功能：①学员档案管理：管理电气试验仿真系统内所有的用户，提供相关用户信息查看，档案管理、查询、统计等功能，便于便捷的管理受训学员。②课程规划管理：提供课程规划管理，包括课程新建、课程设置、仿真场景组合、场景初始化参数设定等功能，实现培训课程的快速规划。③题库管理：系统采用图片，视频，flash，多媒体课件交互等多种考题形式全面、准确表达命题内容，采用自动组卷、人工组卷、自动评分等题库的管理和应用功能，实现丰富的评测功能。题库类型丰富，考题形式多样化，包含选择，判断，主观题等。实现完整的导入导出与在线升级功能，方便批量维护的海量的题库内容。管理端编辑器功能强大、易用性良好，使管理员快速上手和应用。（3）电气设备试验员操作技能练习功能：充分利用现代化教学手段，学员注意力高度集中，教学效果极佳。幻影成像幕利用人眼視觉偏差，将高压电气设备三维模型、内部结构、工作原理等空中立体展现。三幕相互配合，不但可发挥出各自表现载体的优势，同时又作为一个整体，组成可视化视觉系统，产生立体化震撼逼真效果。
参考文献
[1] 林霞.浅究电力设备高压试验的分类与方法[J].广东科技，2013，22（12）：94-95.
[2] 黄宁生.高压试验研究方法及安全简析[J].机电信息，2010（12）：118，125.
[3] 薛婉瑜，李红军，邢大鹏.基于特高压仿真系统的培训项目开发与研究[J].中国电力教育，2013（5）：161-162.
高等职业院校信息化实训室建设新模式探索①
——以电气试验仿真实训室建设为例
赵树宗 缪春琼 李含霜
（广西电力职业技术学院 广西南宁 530009）
摘 要：电气设备预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。近年来，随着对供电可靠性要求的提高、新设备的大量涌现，以及带电测试、在线监测技术的不断进步，为减少定期停电时间，提高设备可用率，需要进行预防性试验。随着我国国家电网公司、南方电网公司及相关电力行业企业预防性试验的普及，对既懂理论，又有较强动手能力的一线专业技术人才将长期保持旺盛的需求，因此，电力系统专业人才的培养、教学培训质量的提高、教学改革创新的不断探索，是摆在每一个电力人面前的现实课题。
关键词：电气试验 虚拟现实 信息化 实训室
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0165-02
1 电气试验仿真实训室建设的必要性
我国电力类高职院校大多针对10kV变压器进行预防性试验，其他一次设备的大量试验无法涉及。35kV以上电压等级，尤其是典型的110kV及以上高电压等级的电气设备试验无法依靠现有设备完成。随着电气试验仿真实训室的建设，电力系学生将会全面、系统、直观地掌握我国电网公司及电力行业企业变电站电气设备电气试验的技能知识。电力系毕业生在电气设备预防性试验方面的技能将会产生质的飞越，对提高电力职业院校毕业生的就业竞争力有很大帮助。另外，高等职业院校所开设的《电气设备试验技术》与《高电压技术》课程的授课现状来说，授课通常是“师带徒”的模式，上课的手段主要有理论授课、实际操作讲解、指导下的操作训练等，授课中使用的媒体通常为图纸、教科书、讲义，较少的三维动画或二维课件等。突出问题表现在：（1）专业教师现场实践水平限制了职业技能人才的培养；（2）专业教师理解水平和学习能力限制了人才队伍的成长扩大；（3）专业性质制约了学生技能培训工作的开展；（4）设备的种类繁多，电压等级过高，设备无法齐备，限制了专业教师授课工作的开展；（5）授课教师水平参差不齐，对试验设备安全水平及学生人身安全造成不利的影响；在授课过程的培训和考核中，教师不易记录与把握受训人员的每一步操作是否符合操作規范，风险系数高，常见故障现象很难客观展现，教学组织难度大，教学效果不够理想。
2 虚拟现实技术促进电气试验课程信息化改革进程
虚拟现实技术（Virtual Reality）作为一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体的说，就是采用以计算机技术为核心的现代化高科技，在特定范围内生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备，以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生等同真实环境的感受和体验。随着计算机技术的高速发展，虚拟现实技术凭借其独特优势，已广泛应用在教学、科研与军事领域当中。据研究，虚拟现实技术在发达国家电力行业各个领域如电厂建设过程、发送电过程仿真、电力设备的虚拟操作、检修、安全培训与考核等方面应用日趋成熟。近年来，国内部分省市的电力系统也在三维仿真培训领域有所探索研究应用，福建电业公司电力安全仿真培训、中电投风力发电仿真培训、广东电业局电气设备试验仿真培训等都获得了良好的教学效益；安徽淮南平电公司安全培训中心在设计建设过程中，也规划大量采用多媒体仿真教学模式。电气试验仿真教学系统设计开发遵循充分融入沉浸式理论介绍、案例式互动教学 、三维式仿真操作、场景式实训演练、系统化管理应用等教学创新理念，把提高教师专业素质、增强学员实践动手能力、教学内容改革规范、培训组织形式多样、教学考核方式信息化、学员档案数字化管理等功能充分整合，作为教、学、训、管、考、研的统一支撑平台，具有安全性、规范性、科学性、前瞻性等特点。 虚拟现实仿真化教学作为目前教学培训信息化改革的重要方向之一，可有效解决电力知识与相关技术设备纷繁复杂，难以全面开展教学的突出问题。同时，通过现代信息技术，甚至VR技术的应用，会极大提高学生学习的热情，从而提高电力系学生的综合业务技能，促进课程信息化改革的脚步。
3 电气试验仿真系统建设具备行业先进性
国网、南方电网及电力行业企业已经采用一体化的管理模式，现有试验设备无法满足对电网员工电气设备预防性试验的全流程培训；该方针系统系统建设基于满足多个培训工种实物化操作培训前期的虚拟现实三维理论教学、仿真互动操作及中心信息化资源整合平台等功能；为配合教学培训基础性建设总体规划，在设计中遵循一室多用理念，可融入小型技术研讨会议功能等。随着变电站的快速建设，对试验人员的培训需求也在增加，电气试验仿真系统的建设是解决这一需求的有效途径。基地的建成后能够产生良好的经济效益和社会效益。电气试验仿真实训室建成后，使基于电气试验工作岗位的课程教学真正实现与现场零接轨，进一步拓展了实训室的教学功能。发电变电设备的3D模型是整个仿真培训系统的基础。系统按照不同的设备类型，生产厂家、型号建立设备样本模型库，各设备模型按照基于设备部件组件化建模，真实的还原各种设备的结构、原理、运行机制。可服务于其他电力核心课程，如《发电厂变电站电气设备》《电气设备检修》《变压器检修》等。专业课教师可借助平台设计做中学，学中做的项目化教学，有效地组织学生学习本专业的知识和技能，从而推进专业课程教学改革。仿真实训室建成后，对任课教师专业素质要求也进一步提高，专业教师必须遵循企业实践的要求，真正做到与企业试验员工同等技能、同等理论，才能适应仿真教学环境的改变，完成培训任务。电气试验仿真实训室拟增试验仿真移动APP，配合VR技术，让电力高等职业院校的电气试验的培训水平走在行业前列。该部分采用当下先进的VR虚拟化技术。操作规则同样立足于现实中实际的操作规范，理想的虚拟环境达到使受训者难辨真假的程度。学员使用VR眼镜直接全息浏览整个电气试验场地环境及整个试验过程。学员可以真实地看到因操作不当或者设备故障引起的各种事故现像，从而实现电气试验的实时交互式操作仿真。 4 电气试验仿真实训室具体功能设计
电气试验仿真实训室应具备功能包括：（1）电气试验工作流程模拟仿真功能：①依据电气试验所涉及的安规和操作规范，培训过程包括办理操作票（工作票）、危险点分析及控制、工器具选择和检查、进入工作现场、安全措施布置、设备试验、撤离工作现场、结束工作票、填写验收记录及检修卡等。②仿真高压实验仪器室，实现各类试验仪器的室内摆放布置、选用、归还等。③采用计算机三维虚拟现实技术建立电气试验设备的三维模型，仿真其操作开关、按钮、接线端子等操作特性以及表计、状态、缺陷等显示特性。④采用计算机三维虚拟显示技术完整、逼真再现电气试验现场虚拟环境，实现设备异常和故障的外在表现、电气试验过程中试验仪器选择使用过程、端子接线过程和安全措施布置等人机交互。⑤仿真试验现场环境对电气试验的影响，如现场环境温度、湿度。⑥仿真电气试验过程中产生的现象，如声、光、电、冒烟等。⑦建立电气试验工作标准流程库，实现以课件形式进行试验内容介绍、试验过程中工作流程控制，实时对试验过程进行检查如判断仪器仪表是否选择正确、仪器仪表量程等设置是否正确、导线选择和接线是否正确、接线次序是否正确、是否可靠接地、设备档位是否正确、变更接线或拆线前是否正确放电等，并及时提醒或记录。并以此作为评分标准予以自动评分。（2）理论题库及考核功能：①学员档案管理：管理电气试验仿真系统内所有的用户，提供相关用户信息查看，档案管理、查询、统计等功能，便于便捷的管理受训学员。②课程规划管理：提供课程规划管理，包括课程新建、课程设置、仿真场景组合、场景初始化参数设定等功能，实现培训课程的快速规划。③题库管理：系统采用图片，视频，flash，多媒体课件交互等多种考题形式全面、准确表达命题内容，采用自动组卷、人工组卷、自动评分等题库的管理和应用功能，实现丰富的评测功能。题库类型丰富，考题形式多样化，包含选择，判断，主观题等。实现完整的导入导出与在线升级功能，方便批量维护的海量的题库内容。管理端编辑器功能强大、易用性良好，使管理员快速上手和应用。（3）电气设备试验员操作技能练习功能：充分利用现代化教学手段，学员注意力高度集中，教学效果极佳。幻影成像幕利用人眼視觉偏差，将高压电气设备三维模型、内部结构、工作原理等空中立体展现。三幕相互配合，不但可发挥出各自表现载体的优势，同时又作为一个整体，组成可视化视觉系统，产生立体化震撼逼真效果。
参考文献
[1] 林霞.浅究电力设备高压试验的分类与方法[J].广东科技，2013，22（12）：94-95.
[2] 黄宁生.高压试验研究方法及安全简析[J].机电信息，2010（12）：118，125.
[3] 薛婉瑜，李红军，邢大鹏.基于特高压仿真系统的培训项目开发与研究[J].中国电力教育，2013（5）：161-162.