產教融合背景下帶電作業仿真實訓基地建設研究

繆春瓊　黃亞璇　趙樹宗　李瓚羽　詹學森　李含霜

［摘? ? ? ? ? ?要］? 帶電作業是繼承傳統、同時又不斷改革創新的作業方式，作業過程中要求作業人員能將工作靈活性和工作嚴謹性相結合。隨著新型電力系統的建設，帶電作業技術在減少停電時間、保障電網供電可靠性等方面起著舉足輕重的作用，為了保證帶電作業工作的安全性，如何建設功能完善的帶電作業實訓基地并培養大量優秀的帶電作業專業人才成為亟待解決的問題。廣西電力職業技術學院帶電作業仿真實訓基地建設作為國家級電力仿真實訓基地建設的一部分，在基地建設及發展方面進行了大膽探索與創新，積累了寶貴的經驗，詳細闡述了帶電作業人才培養現狀、仿真實訓基地建設背景及內容等，以期為帶電作業基地建設和發展提供參考，推動帶電作業發展，更好地為電力事業服務。

［關? ? 鍵? ?詞］? 產教融合；帶電作業；仿真實訓基地

［中圖分類號］? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?［文章編號］? 2096-0603（2023）14-0０95-04

一、引言

產教融合是指產業發展和職業教育深度融合、行業與專業深度融合、產業發展與職業教育過程緊密融合，使職業教育緊跟行業發展需要，形成職業院校與企業融為一體的辦學模式。[1]基于產教融合的帶電作業仿真實訓基地是指職業院校根據電網帶電作業真實項目，開發帶電作業仿真實訓內容，在與電力行業合作共贏的基礎上，以培養帶電作業專業技能人才為目的，利用學校的虛擬實訓場所、師資力量及科研能力等優勢開展校企合作，為企業提供技術服務和帶電作業技術技能人才，同時發揮帶電作業仿真實訓基地的社會功能，促進區域經濟發展。[2]而企業利用自身優勢，提供真實生產環境，為職業技術技能人才實踐提供支撐，互惠共贏。

從20世紀90年代開始，隨著我國工業化進程的加快和人們生活水平的不斷提升，電力需求呈旺盛增長態勢，年平均增長速度超過15%，用戶對電的依賴越來越大，甚至連日常檢修、缺陷處理等計劃停電都不希望有。電力公司一停一大片的傳統檢修維護方式已經遠遠不能滿足用戶的用電需求，用戶對不間斷供電的期望越來越高，特別是一些重要用戶更加要求一刻都不能停電。[3]

帶電作業是保證電網持續供電的有效手段，也是電力設備不間斷供電的一種作業方式，通常指在高壓電氣設備上進行的不停電檢修、缺陷處理等工作。帶電作業方式在提高電網公司供電可靠率方面起著舉足輕重的作用。為保障電網高質量運行和帶電作業工作的安全性和穩定性，保證帶電作業的各項關鍵技術得到正確應用，提升帶電作業工作水平，目前帶電作業技能培訓主要依托電網公司實訓基地，帶電作業的培訓方式主要為現場操作和理論相結合，一般都是通過舉辦培訓班的形式對帶電作業技能人員進行實操培訓和理論強化，電網公司通過建立專業培訓場進行現場操作演練等。[4]但培訓受場地、天氣、設備以及教師水平等因素影響，培訓人數受限，培訓成本高昂，遠遠滿足不了社會生產對帶電作業技能人才的需求，故其現行培訓手段和培訓模式都需進行改進和升級。

帶電作業虛擬仿真技術的運用是實現帶電作業技術技能人才培養的最佳途徑。虛擬仿真技術的發展與電力工業的發展同步，從20世紀50年代核電站仿真開始，到各類型電網、電站、輸配電線路、電力設備的虛擬仿真，我國虛擬仿真技術從二維到三維，3D實景操作、虛擬現實VR、MR混合顯示等仿真技術不斷發展，既解決了電力技術技能人員的施工安全問題，又可以保障電力生產安全、穩定運行，在提升電力系統作業人員培訓質量方面起著重要的作用，與電力安全生產密不可分，也是職業院校推進產教融合、校企合作、育訓結合工作的重要載體。[5]

二、帶電作業仿真實訓基地建設背景

目前，帶電作業技術在歐美發達國家都得到了很好的應用，我國帶電作業技術發展從無到有，已經走過70多年的歷程，帶電作業技術已經領先世界水平。國家電網和南方電網公司都相繼成立了多個帶電作業培訓中心，為推廣并確保帶電作業安全、有效地開展，對帶電作業操作技能進行科學、有效的培訓勢在必行。[6]“理論教學+現場實操”的常規教學模式在長期教學實踐中逐漸暴露出一些不足之處，一是對于新員工培訓，即使經過充分的理論講解，但對抽象的概念或動作要領仍難以講解清楚，學員缺少實操前的必備練習，實操花費時間較多，效果欠佳。[7]二是對于復雜項目，理論講解更難以清晰地明確各項動作要領，尤其是涉及多人協同的作業，不足更加明顯。另外，隨著帶電作業技術的不斷發展，對帶電作業標準化作業方法進行全面、快速推廣也缺少一條有力的途徑。因此，需要找到一條路徑，來進一步完善現有的培訓方式，是當前實際生產迫切需要解決的問題。

采用虛擬仿真技術，設計開發一個安全、高效的帶電作業虛擬仿真系統，促進帶電作業標準化作業方法進行快速推廣具有重要意義。和傳統的培訓方式相比，沉浸式仿真培訓在形象化、常態化、網絡化、規范化等方面具有明顯的優勢，其能夠在降低安全風險的同時，給學員以逼真的體感，震撼并牢記各種電力事故，同時培訓工作也不受天氣、場地的影響，可大大提升帶電作業培訓效果，降低培訓成本。[8]

三、帶電作業實訓基地建設現狀

近幾年來，南方電網公司和國家電網公司都陸續成立了多個帶電作業中心，同時都分別投資大量的財力和人力建設帶電作業培訓基地。截至2021年初，國家電網公司配網帶電作業班組已經超過3000個，帶電作業人員超過10000人，帶電作業車輛超過5000輛。主要開展四類三十三項典型帶電作業項目，可在用戶不停電的情況下，實現對所有配網線路設備開展檢修作業。[9]南方電網公司于2020年首先在廣州、南寧、昆明等十個區域試點建設了多個配網檢修帶電作業全覆蓋示范區，小范圍成建制推進，形成規模試點效應，逐步取消試點地區檢修計劃停電。截止到2021年，十大示范區城市全域85個區縣級供電區域實現帶電作業化率90.78%。[10]

新型電力系統的建設，給帶電作業帶來了機遇與挑戰。國家電網公司表示，分布式新能源和儲能接入導致供電多元化、電能加速替代，用電互動化與電力市場化特征凸現、直流配電及新型電力電子裝備大規模應用、數字化和智能化技術大規模推廣和使用，這些都將給帶電作業帶來停電難度增大、不停電作業需求大幅增加、儲能裝置帶電安裝與拆除需求增加等挑戰。[11]未來，國家電網公司將著力運用擴大帶電作業范圍、提升帶電作業培訓能力、提高帶電作業安全與效率等方式，實現配網優化與客戶用電“零影響”。

四、目前帶電作業實訓基地建設存在的問題

（一）電網公司壟斷

由于帶電作業培訓基地建設硬件成本和建設標準都很高，如電壓等級、帶電作業用車、場地和工器具等，相應的硬件投資成本十分昂貴，所以幾乎都是電網公司自建自用，不對外開放。高職院校培養高素質技術技能型人才的定位決定了學生必須具有較強的實踐能力，但職業院校普遍存在實訓場所和設備不足，高成本、高危險、不可及的實際操作難以在真實環境中開展的情況。

（二）師資隊伍人才短缺

目前，電網公司帶電作業培訓師主要來自一線實踐經驗豐富的帶電作業技術技能人員，他們有相當豐富的實際操作經驗，但因為是兼職，所以在提升教師技能和教學水平方面的時間相對較少。

（三）安全管理要求高

電網公司目前帶電作業培訓基地建設是按照電網真實電壓進行建設，電壓等級最高可以達到10萬伏，如南方電網超高壓公司南寧局的平果培訓基地。另外，超高壓和特高壓交直流塔高一般都在100米以上，高電壓、高空等高危因素都對帶電作業培訓基地的管理提出了較高的要求，在帶電作業實操培訓中，稍有疏忽，結果將是毀滅性的。

（四）針對高職學生的教材開發滯后

目前，各電網公司帶電作業培訓基地都只開發了針對電網職工的培訓專用教材，但針對學生使用的帶電作業教材只檢索到1本，這嚴重制約了高校對帶電作業人才的培養。

五、虛擬現實技術在電力系統的應用

從20世紀70年代開始，虛擬仿真技術就在電力系統中逐步得到應用和推廣。發展之初主要集中在火力發電機組，逐步推廣到變電站和電網各生產、傳輸環節。加拿大等發達國家在20世紀70年代就開始開發了火電仿真系統和變電站仿真系統。虛擬仿真技術在我國的應用主要在變電站操作仿真，中國南方電網徐州供電公司開發的一套變電站一次設備巡視仿真培訓系統，系統將飛機虛擬仿真技術和軍方戰場模擬技術相結合，顛覆了以往國內變電站虛擬仿真對電氣一次設備巡檢處理方法。建立強大的變電站電氣設備缺陷模型庫，通過3D動畫方式充分模擬變電站生產現場、巡檢方式，極大地吸引了學員的注意力，學員的學習興趣和積極性得到很大的提高，培訓效果得到了增強。[12]

隨著科技的進步和發展，虛擬仿真技術也得到了飛躍式的發展，虛擬仿真技術的應用也逐步從軍事領域走向民用，研究力量也逐步從歐美等發達國家壟斷到世界各國百花齊放。但是，由于電力系統的特殊性和壟斷性，虛擬仿真技術在電力系統中的應用還不是很廣泛，特別是在帶電作業方面，能做的公司很少。

六、帶電作業虛擬仿真實訓室建設技術方案

本項目將基于電力行業和國家電網公司和南方電網公司相關作業標準、規范，針對帶電作業人員專項能力的實際要求，基于“教學”→ “實訓”→“考核”→“強化”的閉環培訓思路，將虛擬現實、體感實訓、網絡技術等應用于輸電線路帶電作業培訓領域中，新增1套輸電線路帶電作業數字化作業指導書軟件、2套輸電線路帶電作業模擬實操系統、1套輸電線路帶電作業跨二短三法進入等電位模擬實操系統和1套輸電線路帶電作業模擬實操管理系統，通過“仿真教學”“VR實操”“考核強化”等多樣化培訓方式，將傳統的教師單向灌輸式教學提升為雙向互動式教學，注重發揮學員的主觀能動性，滿足實際的培訓需求，提高輸電線路帶電作業培訓水平。平臺包括以下內容。

（一）仿真教學

以輸電線路帶電作業人員“基礎能力”培養為核心，以權威專家釋義為指導，綜合圖文、動畫、語音等形式建立帶電作業項目的標準化多媒體教學課件，形象生動地解析帶電作業標準化操作流程、操作方法、安全要點等內容，以加強作業人員對作業方法的理解和常見問題的認知。系統可搭載于仿真大屏投影上，供大規模集中教學，也可以部署在電教室內，或應用移動平板電腦，供單人仿真學習，效果圖如圖1所示。

（二）VR實操

以帶電作業人員的標準化操作能力為目標，通過VR實操平臺建立虛擬的帶電作業場景和全自由模擬操作過程，多名學員可扮演不同工位的角色開展同一帶電作業項目進行協同訓練，強化學員對標準化操作過程和技能的理解和掌握，鍛煉多人配合完成作業任務的協同作業能力，效果圖如圖2所示。

（三）風險體驗

將虛擬現實技術與實物仿真技術相結合，結合情景認知理論和逆向體驗模式，設計真實的作業場景中體驗作業風險的安全體感系統，進一步拓展了體感實訓項目范圍，開展技術創新，形成特色和亮點。

（四）考核強化

通過建立安全素質考評模塊，對學員的崗位分工和能力水平進行評估，分析學員的起始狀態與總體目標之間的差距，明確學員個體的具體培訓目標及相應的培訓內容，引導學員開展具體的培訓，為強化培訓學員的薄弱環節提供依據，以達到培訓效果的最優化目標。

七、帶電作業仿真實訓基地建設內容

廣西電力職業技術學院依托國家級仿真實訓基地建設項目，以《帶電作業仿真作業實操系統》（GB/T34569-2017）、《10kV配網不停電作業規范》（Q/GDW10520-2016）等相關標準、規程為依據，結合學校帶電作業技能教學成果及經驗，采用虛擬現實技術、體感交互技術等結合虛擬現實眼鏡、體感設備等，設計開發包含10kV配網不停電作業培訓、110kV-1000kV輸電線路帶電作業培訓及安全警示教育設備，具體包括：

10kV配網不停電作業培訓包含：1套10kV配網不停電作業數字化現場作業指導書軟件、1套10kV配網不停電作業模擬實操系統、1套10kV配網不停電作業模擬實操管理系統，相應配套硬件設備。

110kV-1000kV輸電線路帶電作業培訓包含：1套輸電線路帶電作業數字化作業指導書軟件、1套輸電線路帶電作業跨二短三法進入等電位模擬實操系統、1套輸電線路模擬實操系統，相應配套硬件設備。

帶電作業VR仿真培訓平臺。實現輸配電帶電作業的仿真教學、在線考試、技能鑒定、項目等信息管理與發布、模擬仿真項目操作全流程監控及歷史回放，教學數據進行統計與分析等，突破傳統理論教學、現場實操培訓的發展瓶頸，形成“教學—訓練—考核—強化”的閉環模式。

帶電作業新型活頁式教材的開發。對高職學生學情進行分析，研究電網帶電作業培訓教材，開發適合高職學生的項目化活頁式教材，將學習任務項目化，并配套一些視頻等資源庫建設，學生通過掃描二維碼，觀看視頻學習相關專業知識，其不受時間、地點的限制，讓學習永無止境。

八、帶電作業仿真實訓的特點和教學功能

緊密圍繞輸電線路帶電作業電作業人員的實際培訓需求，綜合虛擬現實、體感交互、三維仿真等多種先進技術，建立完備的仿真培訓平臺，構建集“教學、實訓、考核、交流”于一體的輸電線路帶電作業培訓體系，形成 “教、學、練、考、交互、體驗”的綜合培訓模式，強化員工對標準作業流程和操作要點的掌握，達到學員認知能力和行為能力的雙重提升，全面提升帶電作業培訓能力。[13]

帶電作業仿真培訓平臺，分為仿真教學區、觀摩區，開展標準化作業方法仿真教學和作業技能的仿真實操訓練，可以有效彌補傳統理論培訓和現場實操培訓中的不足，全面提升學員帶電作業的操作技能，為建設一支綜合素質高、執行能力強的高水平帶電作業隊伍奠定扎實的基礎，提升帶電作業培訓的服務水平和能力。

九、帶電作業師資隊伍建設

提高帶電作業受訓人員培訓質量的一個必要條件是建設一支專業性強、高素質的師資隊伍。圍繞國家“碳達峰”“碳中和”和能源電力產業智能化、國際化轉型升級帶來的新需求，依托帶電作業虛擬仿真實訓基地建設，以項目合作為載體，吸納企業和兄弟院校來校專職或兼職工作，進一步優化團隊成員的年齡、學歷、職稱和專兼結構。采取“引、聘、送、掛、帶”和專任教師與企業技術人員“互兼互聘，雙向交流”等措施，建設具有“雙師”素質、“雙師”結構的帶電作業教學團隊。建立全員師德師風和教育教學能力定期培養培訓機制，健全專職教師企業實踐輪訓制度，完善優秀骨干教師在職攻讀博士學位和學歷提升機制，選派優秀教師到國內外研修、訪學，建立健全校企教師相互幫扶指導機制，全面提升帶電作業教師團隊成員的教學科研、生產實踐和創新服務能力。

十、結語

建設高水平虛擬仿真帶電作業實訓基地，培養帶電作業技術技能人才是職業院校發展的必由之路。產教融合虛擬仿真實訓基地是實現校內外實訓統籌規劃、資源共享的最好載體。虛擬仿真對課堂布置無特殊要求，因此可根據需要，把仿真實訓室布置成為“校內實訓室、教科研展廳和移動體驗廳”。校內實訓室，主要用于完成職業院校的教學任務和企業員工理論和仿真培訓。而在校內教學空窗期，實訓室可以轉變為教科研展廳，面向社會開放，為社會提供一條了解職業院校辦學成果的渠道。帶電作業虛擬仿真產教融合實訓基地適應區域產業發展的需要，不斷發揮專業優勢，可培養出更多、更優秀的應用型技術技能人才。

參考文獻：

［1］國務院辦公廳關于深化產教融合的若干意見［EB/OL］.（２017-12-19）［2020－06－20］.ｈttp：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-12/19k：content_5248564.htm．

［2］陳運生.產教融合背景下高職院校專業群與產業群協同發展研究［J］．中國職業技術教育，2017（26）：27-32．

［3］胡毅.輸配電線路帶電作業技術的研究與發展［J］.高電壓技術，2006，32（11）：1-10．

［4］張欽.淺析配網不停電作業“六化”管理模式的探究［J］．農電管理，2019（4）：29.

［5］劉聰漢.配網不停電作業在配電自動化改造中的應用［J］．六西電力，2019，42（1）：55-56，71．

［6］韓強.淺談優化配網不停電作業管理的措施［J］．科技風，2019（3）：194．

［7］劉聰漢．多種旁路作業方法在配網不停電作業中的應用［J］．廣西電力，2018，41（6）：59-61．

［8］李朋．淺析10kV配網不停電作業技術發展與應用［J］．南方農機，2017，48（15）：115，117．

［9］湯曉青，周林，粟秋華，等．輸配電線路施工仿真培訓系統的設計與實現［Ｊ］．中國電力，2007（4）：74-77．

［10］曾洪濤，曹禹，曾兵，等.基于虛擬現實技術的水電廠27檢修教學平臺［J］．電氣電子教學學報，2008（4）：73-75．

［11］陳盟，馮剛，周桂萍，等.特高壓輸電線路帶電作業標準化培訓體系探究［J］.國網技術學院學報，2017（3）：66-69．

［12］謝成.基于虛擬實境技術的變電站三維仿真培訓平臺的研制［D］．上海：上海交通大學，2009．

［13］胡毅，劉凱，劉庭，等.帶電作業技術研究與標準制定［J］.高電壓技術，2012，38（11）：3015-3024．

編輯 馬燕萍