摘 要:繼電保護作為中職電氣化鐵道供電的主要專業(yè)課程,需要理論與實踐相結(jié)合。由于實驗室投資大、實驗安全風(fēng)險高等特點,繼電保護課程都采用傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬場景、交互過程、易于升級等特點可以提高繼電保護教學(xué)的實踐性。
關(guān)鍵詞:繼電保護;虛擬現(xiàn)實;虛擬環(huán)境
電力系統(tǒng)在運行過程中會發(fā)生各種故障和不正常的工作狀態(tài),導(dǎo)致供電中斷、設(shè)備損壞,甚至引發(fā)事故,造成人身傷亡。故障常常在十分之幾甚至百分之幾秒內(nèi)發(fā)生。實踐證明,只有在每個電氣元件上裝設(shè)繼電保護裝置才能及時發(fā)現(xiàn)和切除故障。目前,繼電保護裝置已經(jīng)是電氣化鐵道,城市軌道交通系統(tǒng)裝備中的重要組成部分。
中職電氣化鐵道供電專業(yè)開設(shè)繼電保護這門課程旨在介紹繼電保護的作用、原理、組成、保護方式等基礎(chǔ)知識以及如何將這些基礎(chǔ)知識應(yīng)用于電氣化鐵道供電的現(xiàn)場實踐。
一、繼電保護教學(xué)方法現(xiàn)狀
繼電保護作為中職電氣化鐵道供電專業(yè)的主要課程,一直以來都是按照教材章節(jié)順序展開理論教學(xué),教學(xué)過程強調(diào)知識的系統(tǒng)性和理論的完整性。在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下,教師是課堂的主導(dǎo),學(xué)生在教師的引導(dǎo)下理解繼電保護的概念,掌握繼電保護的各種方法。有經(jīng)驗的教師會盡量應(yīng)用通俗易懂的語言和形象的比喻來闡述這些內(nèi)容,同時應(yīng)用一些多媒體手段輔助教學(xué),用心的學(xué)生一般能夠?qū)W得懂。
然而,隨著課程的深入,講到繼電保護的基礎(chǔ)知識在電氣化鐵道供電中的實際應(yīng)用時,教師即便使盡渾身解數(shù),大多數(shù)學(xué)生還是云里霧里、似懂非懂。究其原因,主要是電氣化鐵道供電的現(xiàn)場應(yīng)用了大量的電氣設(shè)備,這些設(shè)備相互配合,通過復(fù)雜的電氣線路連接在一起,以滿足電氣化鐵路的運行要求。繼電保護裝置正是安裝在這些設(shè)備上,通過有效的配合和整定,起到保護的作用。學(xué)生沒有這樣的現(xiàn)場體驗,光靠教師口授和一些圖片視頻資料不足以使學(xué)生充分認(rèn)識現(xiàn)場設(shè)備以及它們的配合關(guān)系,從而不能真正理解繼電保護裝置在現(xiàn)場的應(yīng)用。
二、繼電保護實踐教學(xué)的難度
想要學(xué)生真正學(xué)懂繼電保護,能夠達到靈活應(yīng)用的目的,最好的方法是建設(shè)繼電保護實驗室。然而,建設(shè)繼電保護實驗室需要投入大量的設(shè)備,寬闊的場地,專業(yè)的施工安裝,這筆投資對于中職學(xué)校而言無異于天文數(shù)字。即使建成這樣的實驗室,將來讓學(xué)生進行實驗時存在的安全隱患也是一個重大問題。
現(xiàn)場參觀也是一個增進認(rèn)識的好方法,可是電氣化鐵道供電工區(qū)和變電所是鐵路運行重地,學(xué)生進入?yún)⒂^會影響正常運行,也存在非常大的安全隱患。
因此,盡管中職教學(xué)一再強調(diào)培養(yǎng)“懂理論、會設(shè)計、能安裝調(diào)試、善于維護管理”的專業(yè)技能人才,繼電保護的教學(xué)卻一直停留在紙上談兵的階段。
三、虛擬現(xiàn)實教學(xué)的探索
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用計算機生成一種模擬環(huán)境,并通過多種專用設(shè)備使用戶投入該環(huán)境中,實現(xiàn)用戶與該環(huán)境直接進行交互的一門嶄新的綜合性信息技術(shù)。其目的是能讓用戶對虛擬世界中的物體進行考察或操作,同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知。
目前,虛擬現(xiàn)實技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、建筑工程、軍事、藝術(shù)、教育等領(lǐng)域,在一些危險工作環(huán)境的崗前培訓(xùn)中尤其顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。這種優(yōu)勢也正是電氣化鐵道供電專業(yè)繼電保護教學(xué)所需要的。
1.構(gòu)建虛擬環(huán)境
以真實牽引變電所場景為基礎(chǔ),構(gòu)建虛擬環(huán)境,在該環(huán)境中準(zhǔn)確重現(xiàn)變電所的所有設(shè)備、儀表、線路等。學(xué)生通過適當(dāng)?shù)牟僮鳎梢詫崿F(xiàn)場景變換,如同身臨其境。這種直觀體驗,對其日后進入現(xiàn)場工作有非?,F(xiàn)實的意義。
2.模擬日常工作
通過一些流程設(shè)定,可以在虛擬環(huán)境中模擬變電所值班員或繼電保護工的日常工作,如巡視檢查、測量記錄、檢查維護、調(diào)整試驗、倒閘操作、定值設(shè)置等。以定值設(shè)置為例,學(xué)生在領(lǐng)取任務(wù)之后,需通過切換場景,找到繼電保護工作臺,以相應(yīng)的權(quán)限登錄軟件,并在相應(yīng)位置更改定值之后保存,如果操作過程出錯,就會終止任務(wù),并提示可能因此產(chǎn)生的后果。這樣一來,學(xué)生如同在真正的牽引變電所實習(xí),對任務(wù)的理解既直觀又深刻,而且避免了失誤可能造成的損失。
3.模擬故障處理
虛擬場景可以模擬任何設(shè)備上的故障,例如,變壓器內(nèi)部故障。通過設(shè)定一些參數(shù)值,使虛擬的變壓器油箱內(nèi)發(fā)生輕微的短路故障,學(xué)生可以觀察到差動保護并不會動作,而瓦斯繼電器內(nèi)部,少量氣體聚集于繼電器上部,迫使繼電器內(nèi)油面下降,上開口杯露出油面,浮力減小,導(dǎo)致上開口杯發(fā)生順時針方向的轉(zhuǎn)動,從而帶動永久磁鐵靠近干簧接點,使之閉合,發(fā)生“輕瓦斯”保護動作信號。經(jīng)過這樣的體驗,學(xué)生對于故障發(fā)生時繼電保護裝置的動作會有更深刻的理解,有助于他們在工作中快速查找故障、判斷故障原因,及時處理故障。
綜上所述,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在繼電保護的教學(xué)中有類似實驗室,甚至強于實驗室教學(xué)的效果,同時,隨著現(xiàn)場技術(shù)、設(shè)備的更新?lián)Q代,虛擬現(xiàn)實軟件也可以升級,以滿足更新的要求。
參考文獻:
戴志輝.繼電保護可靠性及其風(fēng)險評估研究[D].華北電力大學(xué),2012.
編輯 溫雪蓮