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，其負荷級別屬于一級負荷，為了提高供電的可靠性，現場供電設備不可隨意操作。從業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。文章通過仿真技術在高速鐵路牽引供電系統中的應用，探究仿真教學在高速鐵路系統中的應用策略，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。

關鍵詞：仿真實訓；牽引供電系統；教育教學

1 高速鐵路仿真系統的建設意義

供電系統的安全、可靠、穩定運行是關系到國計民生的大事，長期以來是供電企業重點考慮的因素。對高速鐵路來說，牽引供電系統的安全可靠性更是至關重要的，眾所周知，高速鐵路牽引供電系統關系到生命安全，其負荷級別屬于一級負荷。其運行的設備不可以任意操作，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場進行完成的條件下，高速鐵路牽引供電系統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技術骨干，離“大國工匠”的要求相差一段距離。仿真技術則是高速牽引供電技術教學的一種有效手段。因此，對高速鐵路牽引供電仿真技術教育教學應用研究，具有十分重要的現實意義。

2 高速鐵路牽引供電仿真系統建設的基本要求與功能

高速鐵路牽引供電系統仿真教學，可以對結構原理進行剖析講解、操作過程動作要領進行分步分析、對整個現場效果進行直觀仿真展示，最主要的是能進行仿真練習、對操作練習結果進行分析判斷、對錯誤原理能進行輔助分析。是職業學校為社會發展培養應用型人才、實現職業學校人才培養目標與企業用人需求統一性的重要舉措，是學員掌握基本知識及原理、專業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，能進行供電系統集中監視與控制，實現繼電保護、操作控制、測量與監視、電氣五防、故障判斷、日常巡視、故障設定、反事故演習、事故記錄、人機對話、異常及事故處理等業務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應圍繞培養學生具備高素質的技術應用性人才為目標，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應具有教學、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。實現其功能主要通過以下途徑實現，整合專業實訓資源，構建以高鐵供變電為基礎的實訓基地；建設開發幾門供電專業的核心課程和項目；進一步完善供電專業技能抽查的考核標準及考試場地。

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

（3）科研功能。實現其功能主要通過以下途徑實現，引進企業能工巧匠，增強專業教師實踐教學經驗，打造科研創新型團隊；組建供電專業教學團隊，擴展學生的職業素養和職業技能；充分利用校內實訓基地進行技術研發及技術服務。

3 高速鐵路牽引仿真系統建設的具體內容

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

（2）設備的分合指示、刀閘臂、地刀臂等屬性的建立，后臺監視系統的建立。高速牽引變電所中的設備的運行狀態受后臺監視，點擊某一部分，應能進入該設備進行屬性設定、操作或運行狀態的顯示等。

（3）變電所主接線與設備運行狀態的實時顯示，變電所繼電保護功能的實現。各設備均在電氣主接線中顯示并能對相應的電氣設備進行相應的操作；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運行狀態；當線路發生故障，斷路器的實時跳閘；誤操作時能實現報警或者阻止操作的繼續進行。即實現所有電氣設備的運行監視、繼電保護、電氣設備的“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、故障記錄均應在點擊相應的設備后，進行查詢。

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

4 仿真系統的高速鐵路系統部分功能展示

4.1 全三維虛擬場景

ATS8000鐵路牽引變電站培訓系統采用全三維仿真引擎對牽引變電站的一次、二次設備進行展示，對設備的外觀、原理進行全方位建模，真實再現一、二次設備的正常、異常、故障現象，使培訓人員有一種置身現場的感覺。如圖2所示，為高壓開關柜的三維虛擬模型。

4.2 牽引變電站監控系統及電氣五防模擬屏

牽引變電站監控系統真實模擬實際變電站內監控系統，提供與實際系統一致的界面數據、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 監控告警功能

該模塊可監控系統告警的發生時間、發生地點、告警對象及告警動作等，可對告警信息進行遙控執行，教員監控是教員使用的監控后臺程序。可監控、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意義、基本要求與功能、建設的具體內容，在最后對建設后的成果進行展示。

[參考文獻]

[1]林旺.基于計算思維的大學計算機教學研究[J].中國大學教學，2015（9）：274.

[2]劉亞豐，蘇莉，吳元喜，等.虛擬仿真教學資源開放共享策略探索[J].實驗技術與管理，2016（12）：137-141，145.

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

[4]張鄂.“機械設計基礎”省級精品課程建設的實踐與探索[J].教育教學論壇，2015（11）：148-150.