教育信息化背景下高速鐵路仿真教學模式的探究與實踐

鄧纈 劉小勇

摘 要：鐵路牽引供電系統(tǒng)，其負荷級別屬于一級負荷，為了提高供電的可靠性，現(xiàn)場供電設(shè)備不可隨意操作。從業(yè)人員采用仿真的方式，不僅可以解決培訓的難題，還可以讓學習培訓更加形象具體、可視化。在教育信息化下，高速鐵路仿真教學是一種很值得投入和深入探討的教育教學方法，在操作條件受到限制的場景中更具有重要意義。文章通過仿真技術(shù)在高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用，探究仿真教學在高速鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用策略，旨在為促進高速鐵道仿真教育教學的有序開展而提供一些新思路。

關(guān)鍵詞：仿真實訓；牽引供電系統(tǒng)；教育教學

1 高速鐵路仿真系統(tǒng)的建設(shè)意義

供電系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行是關(guān)系到國計民生的大事，長期以來是供電企業(yè)重點考慮的因素。對高速鐵路來說，牽引供電系統(tǒng)的安全可靠性更是至關(guān)重要的，眾所周知，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)關(guān)系到生命安全，其負荷級別屬于一級負荷。其運行的設(shè)備不可以任意操作，即便是檢修操作，每一步操作都需要嚴格的審核。在信息化教學的今天，在高速鐵路倒閘操作無法在真實現(xiàn)場進行完成的條件下，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的教學工作仍停留在理論教學階段，必然會導致教學效果不理想。學生缺乏對抽象理論的有效認識，學習的東西缺乏有效的練習。最終進入工作崗位無法學以致用，在工作多年后才能成為企業(yè)技術(shù)骨干，離“大國工匠”的要求相差一段距離。仿真技術(shù)則是高速牽引供電技術(shù)教學的一種有效手段。因此，對高速鐵路牽引供電仿真技術(shù)教育教學應(yīng)用研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 高速鐵路牽引供電仿真系統(tǒng)建設(shè)的基本要求與功能

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)仿真教學，可以對結(jié)構(gòu)原理進行剖析講解、操作過程動作要領(lǐng)進行分步分析、對整個現(xiàn)場效果進行直觀仿真展示，最主要的是能進行仿真練習、對操作練習結(jié)果進行分析判斷、對錯誤原理能進行輔助分析。是職業(yè)學校為社會發(fā)展培養(yǎng)應(yīng)用型人才、實現(xiàn)職業(yè)學校人才培養(yǎng)目標與企業(yè)用人需求統(tǒng)一性的重要舉措，是學員掌握基本知識及原理、專業(yè)技能的一條有效途徑。

在信息化教學的大背景下，高速鐵路牽引仿真系統(tǒng)需要對牽引變電站進行全方位、全場景的仿真，能進行供電系統(tǒng)集中監(jiān)視與控制，實現(xiàn)繼電保護、操作控制、測量與監(jiān)視、電氣五防、故障判斷、日常巡視、故障設(shè)定、反事故演習、事故記錄、人機對話、異常及事故處理等業(yè)務(wù)功能及滿足操作培訓需求。

高速鐵路牽引變電站仿真實訓基地的建設(shè)應(yīng)圍繞培養(yǎng)學生具備高素質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用性人才為目標，使之主要成為高職教育實施實踐教學活動的重要場所和載體。高速鐵路牽引供電站仿真系統(tǒng)應(yīng)具有教學、培訓與科研3種功能，研究與探索的主要功能框架如圖1所示[1]。

（1）教學功能。實現(xiàn)其功能主要通過以下途徑實現(xiàn)，整合專業(yè)實訓資源，構(gòu)建以高鐵供變電為基礎(chǔ)的實訓基地；建設(shè)開發(fā)幾門供電專業(yè)的核心課程和項目；進一步完善供電專業(yè)技能抽查的考核標準及考試場地。

（2）培訓功能。實現(xiàn)其功能主要通過以下途徑實現(xiàn)，為鐵路企業(yè)培訓新進員工，為學生技能學習提供培訓場所；引進企業(yè)設(shè)備，開展校企合作，實現(xiàn)校企合作共贏；建立規(guī)范標準，借鑒和引入現(xiàn)代化企業(yè)管理模式，提高生產(chǎn)基地效率。

（3）科研功能。實現(xiàn)其功能主要通過以下途徑實現(xiàn)，引進企業(yè)能工巧匠，增強專業(yè)教師實踐教學經(jīng)驗，打造科研創(chuàng)新型團隊；組建供電專業(yè)教學團隊，擴展學生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)技能；充分利用校內(nèi)實訓基地進行技術(shù)研發(fā)及技術(shù)服務(wù)。

3 高速鐵路牽引仿真系統(tǒng)建設(shè)的具體內(nèi)容

（1）3D變電所場景模型的建立。牽引變電所中變壓器、斷路器、隔離開關(guān)均具有3D模型，巡視人員選擇某一具體設(shè)備，觀察設(shè)備的模型，判斷是否出現(xiàn)故障或者是否需要進行檢修。

（2）設(shè)備的分合指示、刀閘臂、地刀臂等屬性的建立，后臺監(jiān)視系統(tǒng)的建立。高速牽引變電所中的設(shè)備的運行狀態(tài)受后臺監(jiān)視，點擊某一部分，應(yīng)能進入該設(shè)備進行屬性設(shè)定、操作或運行狀態(tài)的顯示等。

（3）變電所主接線與設(shè)備運行狀態(tài)的實時顯示，變電所繼電保護功能的實現(xiàn)。各設(shè)備均在電氣主接線中顯示并能對相應(yīng)的電氣設(shè)備進行相應(yīng)的操作；電流、電壓、潮流分布等隨負載的變化而變化，即實時顯示供電系統(tǒng)運行狀態(tài)；當線路發(fā)生故障，斷路器的實時跳閘；誤操作時能實現(xiàn)報警或者阻止操作的繼續(xù)進行。即實現(xiàn)所有電氣設(shè)備的運行監(jiān)視、繼電保護、電氣設(shè)備的“五防”功能。

（4）操作、告警、故障等報文的查詢。高速鐵路仿真實訓系統(tǒng)要求與真實變電所具有相同功能，則需要牽引變電站具有相同功能，所有的操作記錄、告警、故障記錄均應(yīng)在點擊相應(yīng)的設(shè)備后，進行查詢。

（5）本高速鐵路牽引供電仿真系統(tǒng)作為實訓系統(tǒng)，將存在教員機與學員機，教員機與學員機直接能實現(xiàn)相互通信關(guān)系。即教員機能實時布置教學任務(wù)，學員機能提交完成的作業(yè)任務(wù)。其最終使學員能使用過仿真軟件后，能迅速在真實環(huán)境中展開工作[2]。

4 仿真系統(tǒng)的高速鐵路系統(tǒng)部分功能展示

4.1 全三維虛擬場景

ATS8000鐵路牽引變電站培訓系統(tǒng)采用全三維仿真引擎對牽引變電站的一次、二次設(shè)備進行展示，對設(shè)備的外觀、原理進行全方位建模，真實再現(xiàn)一、二次設(shè)備的正常、異常、故障現(xiàn)象，使培訓人員有一種置身現(xiàn)場的感覺。如圖2所示，為高壓開關(guān)柜的三維虛擬模型。

4.2 牽引變電站監(jiān)控系統(tǒng)及電氣五防模擬屏

牽引變電站監(jiān)控系統(tǒng)真實模擬實際變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，提供與實際系統(tǒng)一致的界面數(shù)據(jù)、操作界面，真實顯示仿真計算的遙信、遙測、報文等。培訓人員可以通過主接線圖進行模擬操作，模擬操作時必須具有“五防”閉鎖功能，如果違反“五防”規(guī)則給出提示；模擬完成傳送至“五防”鑰匙，圖3所示為主接線的模擬圖。

4.3 監(jiān)控告警功能

該模塊可監(jiān)控系統(tǒng)告警的發(fā)生時間、發(fā)生地點、告警對象及告警動作等，可對告警信息進行遙控執(zhí)行，教員監(jiān)控是教員使用的監(jiān)控后臺程序?？杀O(jiān)控、遙控各仿真變電站的具體情況，圖4為告警信息窗口[3-4]。

5 結(jié)語

本文主要探究了在信息化教學背景下，高速鐵路牽引變電所仿真的建設(shè)意義、基本要求與功能、建設(shè)的具體內(nèi)容，在最后對建設(shè)后的成果進行展示。

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[3]閆洪波，張玉寶，李強.計算機仿真在機械類專業(yè)工程實踐教育中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古教育，2011（2）：61-62.

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