供热隔压站10KV电气倒闸操作虚拟仿真学习系统的制作方法

供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统
技术领域
1.本发明涉及虚拟仿真技术领域，具体是供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统。


背景技术：

2.电气倒闸操作是指电气设备或电力系统由一种状态变换到另一种运行状态，由一种运行方式转变为另一种运行方式的一系列有序的操作，是电力运行的重点、难点工作之一。倒闸操作需要严格执行倒闸操作工作票制度，并且需要专业人员的陪同下进行。它作为电厂运行、检修极其重要的操作流程，其过程也是极其危险以及极其严谨的，如果操作不当或者操作失误，将会对设备甚至整个电厂带来无法估计的严重后果甚至灾难。现有培训是以老带新、师带徒的模式进行，处于安全考虑，新人不能轻易上手操作执行，缺乏锻炼机会，所以对于倒闸操作我们需要开发出一种虚拟仿真培训系统，对新人待培训人员进行集中有效的培训，提前熟悉并掌握操作的各个步骤以及各个流程。
3.现有申请专利中，申请号为cn202121674579.1，名称为一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法，提供一种变配电运维检修一体化实训系统和实训方法，用于对变配电运维检修进行综合实训及考核；该专利需要教师讲授学生再进行实操，在实操之前由于学生缺乏锻炼机会并不熟悉操作的各个步骤以及各个流程，学生们实操时并不能掌握最为规范的操作步骤与操作流程。
4.现有申请专利中，申请号为cn201710065897.x，名称为基于3d虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法。提供一种提高受训人员的技术水平，减少设备受损几率，提高风电场运行的安全性和经济性的基于3d虚拟仿真系统的风力发电机对中维护操作方法。该专利没有将虚拟仿真与实际操作相关联，存在局限性。
5.结合上述两篇对比文件，发明人发现，现有技术在实际操作前得不到充分的学习或使用虚拟仿真技术进行培训而不立即进行实际操作，导致时间长理论知识遗忘，理论学习与实际操作得不到充分结合，受培训人对技术掌握效果欠佳。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种虚拟仿真与实际操作快速结合，让培训者快速掌握规范的操作步骤与操作流程的供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统。
7.本发明采用如下技术方案：
8.供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统，系统包括：电子锁模块、智能检测模块以及工控主机模块；所述工控主机模块用于进行电气倒闸虚拟仿真学习，生成工作票和仿真操作记录并将工作票和仿真操作记录发送给智能检测模块；智能检测模块用于将存储工控主机下发的数据并将该数据发送给电子锁模块；所述电子锁模块安装在需要倒闸操作配电室门上，用于控制门的开闭并将接收到的数据与电子锁模块内数据比对，若数据
一致，电子锁打开。
9.进一步地，所述工控主机模块包括设备简介模块、基础知识介绍模块、虚拟仿真操作模块以及理论考试模块。。
10.供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统实现方法，方法包括：
11.步骤s1：接收倒闸操作任务；
12.步骤s2：进行虚拟仿真操作，操作完成后生成工作票以及仿真操作记录；
13.步骤s3：打印工作票，根据仿真操作记录填写操作票并将工作票数据以及仿真操作记录数据输入到智能检测模块中；
14.步骤s4：前往现场，使用智能检测模块查看能否打开电子锁模块；若能则执行步骤s5否则返回步骤s2；
15.步骤s5：进入配电室进行倒闸操作。
16.进一步地，所述虚拟仿真操作时针对不同的倒闸任务设置有与之对应的虚拟仿真任务，每个虚拟仿真任务都有固定的操作步骤，并且该操作步骤的执行顺序固定不能更改。
17.进一步地，所述仿真操作记录是在完成虚拟仿真操作后自动记录的被测试者实际的操作步骤以及操作步骤的执行顺序。
18.进一步地，所述虚拟仿真操作的工作模式包括考试模式和练习模式，所述练习模式对每一步中需要操作的三维模型做高亮显示并在展示界面下方有文字提示；所述考试模式和练习模式均通过鼠标点击和键盘移动的方式模拟设备操作，所述步骤s2中进行的虚拟仿真操作的工作模式为考试模式。
19.进一步地，所述虚拟仿真操作的工作模式为练习模式时，一旦操作中出现错误，会立即提示操作错误并显示对应错误操作造成事故的照片或视频。
20.进一步地，所述步骤3进一步包括以下步骤：
21.步骤s31：打印工作票并根据仿真操作记录填写操作票；
22.步骤s32：将操作票移交监护人审核并签字；
23.步骤s33：判断操作票中内容是否复杂，若是执行步骤s35,否则执行s37；
24.步骤s34：将打印好的工作票移交值班长审核并签字；
25.步骤s35：将打印好的工作票移交站长审核并签字；
26.步骤s36：将工作票数据和仿真操作记录输入到智能检测模块中。
27.进一步地，供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行计算机程序时实现权利要求3或8中相应的步骤。
28.进一步地，供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求3至8中相应的步骤。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.1、将工控主机模块上进行的电气倒闸虚拟仿真学习成果通过仿真操作记录形式反映出来，以智能检测模块为媒介，将虚拟仿真学习与实际操作相关联，大大增加了操作人员的学习效率，利用电子锁模块进行数据比对检验学习成果，数据比对一致后电子锁模块才能打开并继续执行倒闸操作，这使操作人在执行现场倒闸工作前，及时意识到自己在仿
真操作时的错误操作，规范了操作人的倒闸操作步骤并进最大可能避免误操作造成的人身、设备的安全事故。
31.2、本发明培训采用电气倒闸虚拟仿真学习方式，保证培训人员在实操之前提前熟悉并掌握操作的各个步骤以及各个流程。
32.3、虚拟仿真操作的工作模式为练习模式时，一旦操作中出现错误，会立即提示操作错误并显示对应错误操作造成事故的照片或视频。让操作人意识到操作失误所造成的后果，培养操作人安全意识。
33.4、虚拟仿真操作的练习模式中针对每一步操作均有详细的描述，对每一步中需要操作的三维模型做高亮显示；提高培训人的学习效率，并对现场设备有初步了解。
34.5、根据工作票填写操作票主要为检查操作人对对应工作票中的工作步骤以及重点工作步骤的掌握情况，并采用监护人、值班长、站长多重审核制度，最大程度避免失误操作。
附图说明
35.附图1为本发明执行倒闸操作任务的总流程图；
36.附图2为本发明进行多重审核操作票的流程图；
37.附图3为本发明使用智能检测模块查看能否打开电子锁模块的流程图；
38.附图4为本发明进入配电室进行倒闸实操的流程图；
39.附图5为本发明实施例2中供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统结构框图。
40.附图标号说明：
41.100、工控主机模块；101、设备简介模块；102、基础知识介绍模块；103、虚拟仿真操作模块；104、理论考试模块；105、rfid读写器模块；200、智能检测模块；300、电子锁模块。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明并不用于限定本发明。
43.实施例1
44.三维模型的建立与功能制作：
45.本实施例以隔压站的循环增压水泵和母线及母联等设备倒闸操作为研究对象，使用3dmax软件建立配电室中控制设备高压馈电柜、自控柜、进线柜以及出线柜等建立虚拟三维模型并使用现场实物图片贴图，使用unity3d软件对建好的模型进行渲染，在unity3d环境下，使用java编程语言开发相应功能。
46.实际操作前的培训学习：
47.本实施例硬件设备包括电子锁模块300、智能检测模块200以及工控主机模块100；工控主机模块100主要用于电气倒闸虚拟仿真学习，生成工作票以及仿真操作记录并发送给智能检测模块200；智能检测模块200用于将存储工控主机下发的数据并将该数据发送给电子锁模块300；电子锁模块300安装在需要倒闸操作配电室门上，用于控制门的开闭并将
接收到的数据与电子锁模块300内数据比对，若数据一致，电子锁打开。
48.工控主机模块100安装有sqlserver数据库，能够实时存储采集虚拟仿真操作的所有后台数据。
49.在实际操作之前，需要在工控机模块上进行电气倒闸虚拟仿真学习，学习内容包括设备简介模块101、基础知识介绍模块102、虚拟仿真操作模块103以及理论考试模块104。
50.1)设备简介模块101主要包括进线柜和出线柜中安装的差动保护测控装置，断路器、继电器、电流表、电压表、远传多功能电表、火灾报警装置、储能旋钮、储能指示灯、合闸操作旋钮、合闸指示灯、dcs压板、保护跳闸压板、遥控电源输入旋钮、非电量跳闸压板旋钮、快切合闸旋钮、快切分闸旋钮、瓦斯分闸旋钮等设备以及控制柜中本地、远程按钮、plc设备，断路器、继电器、漏电保护器做出详细描述，介绍方式主要以文字和实际图片二者结合的方式进行展示。
51.2)基础知识介绍模块102主要以配电室安全操作规程为基本内容，并结合倒闸操作中遇到的实际问题做出的描述，主要包括人员环境介绍、设备损坏说明、跳项操作或漏项操作后果，误入或走错间隔、触电伤害及救援、带电装设接地线，带负荷操作等内容。
52.3)虚拟仿真操作模块103是以三维虚拟仿真模型为基础，采用鼠标点击的方式模拟设备操作，模拟对不同设备的倒闸操作，虚拟仿真操作时，针对不同的倒闸任务设置有与之对应的虚拟仿真任务，每个虚拟仿真任务都有固定的操作步骤，并且该操作步骤的执行顺序固定不能更改。本实施例中，虚拟仿真的操作步骤是严格按照标准配电室安全操作规程制定的，是最安全和最标准的操作步骤与操作顺序。
53.虚拟仿真操作的工作模式包括考试模式和练习模式，练习模式主要为培训新员工使用，在练习模式中针对操作步骤中每一步操作均有详细的描述，并对每一步中需要操作的三维模型做高亮处理，提示操作人需要操作设备的位置，让操作人快速熟悉操作步骤。所述考试模式和联系模式均通过鼠标点击和键盘移动的方式模拟设备操作；
54.虚拟仿真操作的工作模式为练习模式时，一旦操作中出现错误，会立即提示操作错误并显示对应错误操作造成事故的照片或视频。
55.在考试模式中则没有任何文字上的描述与三维模型上的提示，只能所述考试模式和联系模式均通过鼠标点击和键盘移动的方式模拟设备操作。考试模式的考试时间为45分钟，主要用于检验操作人对倒闸操作的熟悉程度，在接收到倒闸操作的任务后只有通过该考试才能去现场实际操作。此外虚拟仿真操作时只有在考试模式时才能生成工作票与仿真操作记录。
56.4)理论考试模块104则是以设备简介模块101、基础知识介绍模块102、虚拟仿真操作模块103中的内容为基础，总结出题库，考试时在题库中随机抽取50道题共计100分，考试时间45分钟，成绩大于80分为合格。
57.进行新员工培训时，需要使用工控主机模块100学习设备简介、基础知识介绍以及虚拟仿真操作中的内容并通过理论考试以及虚拟仿真操作考试才能申请进行实际操作。
58.实施例2
59.本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：
60.在实施例1的培训合格后，受培训者经站长批准后即有资格进行倒闸操作。
61.本实施例中倒闸操作必须由两人执行，其中一人监护，一人操作。操作人和监护人
必须由通过上述培训、考核合格并经站长批准的人员担任。执行倒闸操作的过程如下：
62.步骤s1：接收倒闸操作任务；
63.更为具体的，对于特别重要和复杂的倒闸操作，应由熟练的值班员操作，由值班负责人或值班长监护。除故障情况外，交接班时一般不进行倒闸操作。
64.下发倒闸操作任务：值班调度员或值班负责人，根据现场实际情况以及操作人、监护人的资质，下达操作执行命令。该命令分为单项命令和综合命令两种方式。在实际操作中，凡不需要其他单位直接配合进行的操作，采取综合命令方式直接下发当前所有的工作任务。凡一个操作任务涉及两个及以上厂、站时候，应采取单项命令下发操作任务，待单项命令执行完毕，应立即汇报执行结果，随后方能继续下发下一条命令。
65.接收倒闸操作任务注意事项：在得到发令人的许可后，将接令时间记入操作票“命令操作时间”栏内。变电站的监护人还应将发令人的姓名填写在操作票的“发令人”处。
66.步骤s2：进行虚拟仿真操作，操作完成后生成工作票以及仿真操作记录；
67.仿真操作记录是在完成虚拟仿真操作后自动记录的被测试者实际的操作步骤以及操作步骤的执行顺序。
68.操作人与监护人分别进行虚拟仿真操作，操作完成后分别生成工作票以及对应的仿真操作记录，同时工控主机模块100自动对操作人和监护人的虚拟仿真操作记录做出评定，由于实际操作时现场环境与设备情况不同，因此倒闸操作的步骤有时存在些许差异，因此系统评判只作为参考，针对上述情况，操作人或监护人对评定存在异议的，则需要二人协商得出结果。步骤s2中进行的虚拟仿真操作的工作模式为考试模式。
69.步骤s3：打印工作票，根据仿真操作记录填写操作票并将工作票数据以及仿真操作记录数据输入到智能检测模块200中；
70.步骤3进一步包括以下步骤：
71.步骤s31：打印工作票并根据仿真操作记录的内容填写操作票；
72.根据仿真操作记录以及对仿真操作记录的讨论结果填写操作票的具体工作内容。
73.步骤s32：将操作票移交监护人审核并签字；
74.步骤s33：判断操作票中内容是否复杂，若是执行步骤s35,否则执行s36；
75.步骤s34：将打印好的工作票移交值班长审核并签字；
76.步骤s35：将打印好的工作票移交站长审核并签字；
77.对于操作步骤大于30步或需要多厂、站协调配合的操作票，认定为操作票内容复杂，经监护人和操作人对仿真操作记录的评定协商一直并填写好工作票后，需要分别移交值班长和站长审核工作票内容并签字。经虚拟仿真操作并确定仿真操作记录正确无误后，由监护人在操作票下的空白格处加盖“已确认”章。
78.步骤s36：将工作票数据和仿真操作记录输入到智能检测模块200中。
79.本实施例采用rfid射频识别技术传输数据，在本实施例中，每一种工作票都对应有唯一的工作任务编码，每一种倒闸操作任务的每一个操作步骤都对应有唯一的步骤编码，因此仿真操作记录中的每一步都在步骤编码中；
80.将步骤编码划分为重点步骤编码以及普通步骤编码，对于倒闸操作中重点步骤编码的操作步骤以及步骤的执行顺序不能改变，普通步骤编码的步骤执行顺序根据现场实际情况可以适当修改或删减。
81.如图工控主机模块100中设有rfid读写器模块105，通过读写器模块将工作票数据对应的工作任务编码以及仿真操作记录所对应的步骤编码分别写入智能检测模块200中。
82.若按照有关规定，需与值班调度员核对操作票时，则应由监护人在操作前负责完成核对工作。
83.步骤s4：前往现场，使用智能检测模块200查看能否打开电子锁模块300；若能则执行步骤s5否则返回步骤s2；
84.电子锁模块300接收到智能检测模块200发送的工作票数据用以确定工作票中任务的具体执行步骤以及步骤执行顺序，将该执行步骤与步骤执行顺序与仿真操作记录数据比对，若一致则电子锁打开。
85.步骤s4具体包括以下步骤：
86.步骤s41：电子锁模块300读取智能检测模块200中的工作票数据对应的工作任务编码确定具体工作任务
87.步骤s42：根据工作任务筛选出对应操作步骤和操作步骤对应的步骤编码和重点步骤编码。
88.步骤s43：判断仿真操作记录所对应的重点步骤编码与电子锁模块300筛选的重点步骤编码的内容和编码的执行顺序是否完全一致，若一致则电子锁模块300打开，否则电子锁模块300关闭，随后发出语音警告：“操作过程存在严重错误，请返回检查”并返回步骤s2.
89.步骤s44：判断仿真操作记录所对应的步骤编码与电子锁模块300筛选的步骤编码的内容和编码的执行顺序是否完全一致，若不一致，则语音提示：“请注意，倒闸操作执行步骤存在区别”，否则步骤s4执行完成。
90.步骤s5：进入配电室进行倒闸操作。
91.为了保证操作项目和顺序的正确，现场操作时由监护人按操作票的项目顺序唱票，操作人根据唱票内容操作现场设备。操作中必须按操作票所列项目顺序依次进行操作，禁止跳项、倒项、添项和漏项也不能做与操作任务无关的工作。
92.步骤s5在执行每一步骤操作时，进一步包括以下步骤：
93.步骤s51：在进行每项操作前，监护人和操作人应首先共同核对设备的名称、编号和运行状态。经核对无误后，操作人站好位置准备操作。
94.步骤s52：进行每项操作时，先由监护人按操作项目内容高声唱票，操作人接令后应再次核对设备名称、编号无误后，高声复诵，监护人确认复诵无误并最后核对设备名称、编号和位置正确，发出“对，执行！”的命令，操作人经三秒思考无误后，方可进行操作。
95.步骤s53：每一项操作后，操作人必须在监护下认真检查操作质量。例如刀闸的三项是否切实完好；刀闸拉开的角度够不够，开关的指示器是否正确；表计指示是否正常；闭锁销子是否插牢等等。经检查良好后监护人立即在该操作项目左侧打“√”。
96.更为具体的，步骤s53的操作票中应当填写以下内容：应拉合的开关和刀闸，检查开关和刀闸的位置(就地操作的刀闸，可不将检查刀闸的位置作为一个单独的项目填入操作票内，但必须检查刀闸确已拉开或确已和好后，才能在该操作项目左侧打“√”。远方操作的刀闸或操作时看不到刀闸状态的，必须将检查刀闸位置作为一个单独的项目填入操作票内)，检查接地线是否拆除，检查负荷分配，装、拆接地线，安装或拆除控制回路或电压互感器回路的保险器，切换保护回路和检验是否确无电压，装、拆绝缘隔板，投、退保护压板，断
开开关、刀闸的操作电源等。
97.步骤s54：全部操作项目进行完毕后，监护人和操作人还应共同进行一次复查，以防漏项、错项。
98.步骤s55：立即向发令人汇报操作开始和终了时间，并在操作票上填上汇报时间，加盖“已执行”章。
99.更为具体的，监护人或值班负责人应将操作任务及其起止时间，操作中发现的问题记入运行记录薄中在执行上述步骤时需要注意以下几点：
100.1)对操作票中第一项、最后一项和重点操作步骤(包括断合开关、投停保护、装拆接地线或拉合接地刀闸)，应在该项右侧“操作时间”栏内填写实际操作时间。中间的一般操作步骤可以不填写操作时间。
101.2)在操作过程中，一旦监护人或操作人对操作发生疑问或发现异常时，应立即停止操作，不准擅自更改操作票，不准随意解除闭锁装置，必须立即向值班负责人或值班调度员报告，待将疑问或异常查清消除后，跟据情况按下列办法进行。
102.针对上述问题，如果该疑问或异常并非操作票上或操作中的问题，也不影响系统或其他工作的安全，经值班负责人许可后，可以继续操作：如果操作票上没有差错，但可能发生其它不安全的问题时，应跟据值班负责人或值班调度员的命令执行；如果操作票本身有错误，原票停止执行，应按照现场实际情况重新填写操作票，经履行本节规定的程序后进行操作；如果因操作不当或错误而发生异常时，应等候值班负责人或值班调度员的命令。
103.3)倒母线操作在拉开母联开关前，监护人和操作人要对此项操作前操作的刀闸位置进行一次复查。
104.本实施例与实施例1工作原理基本相同，在此就不在赘述。
105.实施例3
106.本实施例与实施例1结构基本相同，不同之处在于：
107.为解决实施例2中出现紧急情况需要立即进行倒闸操作的情况，本发明设置紧急开锁模块，该模块中包含强制开门指令，当电子锁模块300接收到该智能检测模块200发送的强制开门指令后立即开门，该紧急开锁模块由值班长保管，在需要巡检时，巡检人员需要向值班长申请该紧急开锁模块。同时由于紧急情况下需要立即前往现场操作，因此无法开工作票和操作票，因此以下单项操作可以不填写操作票.
108.1、事故处理时，可以不填写操作票。所谓事故处理是指：为了迅速处理事故，不使事故延伸扩大而进行的紧急处理和切除故障点以及将有关设备恢复运行的操作；在发生人身触电时，紧急断开有关设备电源的操作。紧急处理操作不包括故障设备转入检修或修复后恢复送电所需要的操作。
109.2、以下单项操作也可以不填写操作票：
110.(1)拆除全厂(站)仅装有的一组接地线，或拉开全厂(站)仅有一组已合上的接地刀闸；
111.(2)投入或退出一套保护的一块压板；
112.(3)使用刀闸拉、合一组避雷器，拉、合一组电压互感器(不包括取下、给上保险器的操作)；
113.(4)拉、合一台消弧线圈(不包括调整分接头的操作)：本实施例与实施例1工作原
理基本相同，在此就不在赘述。
114.供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法相应的步骤。
115.供热隔压站10kv电气倒闸操作虚拟仿真学习系统，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法中相应的步骤。
116.以上实施方式仅为本发明的优质实施例，而非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。