电气工程专业虚拟变电所设备巡检系统应用与分析.pdf

叶工业控制计算机曳圆园圆3 年第 猿6 卷第 8 期电气工程专业虚拟变电所设备巡检系统应用与分析郑力万洪莉渊大连东软信息学院计算机科学与技术系袁辽宁 大连 116023冤虚拟实验技术是以计算机应用技术为基础的虚拟现实技术在实验教学领域的应用咱1-3暂遥 通过计算机软件和配套的硬件设备逼真地模拟真实实验的场景尧仪器设备尧实验现象尧操作流程和环节袁可以突破常规实验周期长尧危险性大尧材料消耗多等诸多缺点袁实现低成本尧全天候的虚拟实验运行袁是一种极具发展潜力的现代教育教学技术咱4-5暂遥 本文所研究的虚拟变电所设备巡检系统是依据野大同西供电段冶实际项目为背景袁还原了真实的变电所内部设备布置咱6暂遥 实验过程中袁平台通过野教学模式冶野训练模式冶和野考核模式冶三种模式咱7暂袁提供给教师和学生不同的实验环境袁根据不同的需求选用不同模式进行操作遥学生可根据对变电所内主要设备的了解袁对主要设备工作原理的掌握袁以及对设备巡检检测点的了解袁完成变电所设备巡检考核遥员虚拟变电所设备巡检系统员.1 变电所虚拟仿真实验平台软件门户本实验基于润尼尔公司开发虚拟仿真实验平台袁 界面如图1 所示遥 硬件条件包括虚拟仿真实验室服务器一台和操作站电脑多台遥员.2 变电所虚拟仿真实验平台硬件环境本系统带宽要求如下院1冤基于公有云服务器部署的系统袁5 M耀10 M 带宽曰2冤基于局域网服务器部署的系统袁10 M耀50 M 带宽遥电气工程专业主要侧重于电力系统一次尧二次系统的操作和运行及电力电子与电机控制领域相关技术的研究遥 由于电力系统庞大尧复杂袁且高电压尧大电流袁电力设备种类多尧价格昂贵等特点袁在实验室很难建立和现场完全一样的电力实验系统咱8-10暂遥在虚拟环境中袁 模拟设备包括变电所 110 kV 场地尧27.5 kV场地尧控制室尧高压室和电容电抗室的设备遥 模拟了变电所内部主要设备包括主变压器尧六氟化硫断路器尧隔离开关尧避雷器尧电容电抗器尧电流互感器尧电压互感器等的巡检考核系统的完整流程遥2虚拟变电所设备巡检系统实验原理及操作2.1 实验目的虚拟仿真环境依据野大同西供电段冶实际项目为背景袁真实还原了变电所内部设备布置袁根据操作流程袁在规定时间内对变电所内主要电气设备主要检测点完成日常巡检袁 并完成报告记录遥能够根据所学理论知识袁对异常状况给出解决方案和预防措施遥 整体实验所涵盖知识点共 6 个袁如表 1 所示遥叶虚拟变电所设备巡检分析考核系统曳实验目的院淤理解高压变电站主要设备及其布置曰于掌握变电站设备工作原理曰盂掌握变电站设备巡视点及其巡视流程曰榆利用虚拟仿真环境袁掌握Application and Analysis of Virtual Power Substation Inspection Systemin Electrical Engineering摘要院根据电气工程专业课程教学大纲要求袁分析教学中实验类课程的教学目的袁引入虚拟变电所设备巡检系统遥 通过设计 11 个典型实验项目和其他补充项目袁充分应用虚拟实验系统袁使学生在实践环节中理解实验项目电气设备工作原理遥完成在现实条件下无法实操的巡检项目袁从而充分理解巡检项目的设置目的袁能对巡检故障进行深入分析袁找到故障产生的原因袁并能给出处理方案和预防措施遥项目解决了学生很难进入变电所进行实际操作的问题袁 突破了教学过程中的瓶颈遥经分析袁随着实验项目教学内容的补充和完善袁项目访问量尧使用量日益增长遥关键词院虚拟实验系统曰变电所曰巡检Abstract:According to the requirements of the teaching program of electrical engineering,virtual power substation in鄄spection system is introduced by analyzing the teaching purpose of experimental courses in teaching.The virtual experimentsystem is fully applied to enable students to understand the working principle of electrical equipment in the experimentalproject in the practical link by applying the design of 11 typical inspection projects of substation equipment and other sup鄄plementary projects.To complete the inspection items which can爷t be operated in real conditions,so as to fully understandthe purpose of inspection items,analyze the inspection faults in depth,find out the causes of the faults and provide solu鄄tions and preventive measures.The project solves the problem that it is difficult for students to enter the substation forpractical operation,and breaks the bottleneck in the teaching process.After analysis,the number of project visits and use isincreasing with the supplement and improvement of the experimental teaching content.Keywords:virtual power substation inspection system,equipments of power substation,inspection图 1变电巡检虚拟仿真实验平台界面97电气工程专业虚拟变电所设备巡检系统应用与分析变电站设备巡视及其考核方法遥2.2 实验要求实验前需要掌握与本实验相关的理论知识袁 了解熟悉相关设备工作原理袁了解各个巡视检测点的检测目的遥本实验是对变电所设备巡视的综合考评袁 需要将所学理论知识和实践有机结合袁才能达到期望的效果遥实验中要认真细致袁实验后做好记录袁并提交巡检报告遥2.3 实验项目设计将虚拟变电所设备巡检系统应用于实验课程中袁共设计 11个典型实验项目袁如表 2 所示遥 根据学时要求和学生掌握情况袁安排其他设备巡检项目实践遥 其他巡检项目包括门型架日常巡检和高压室穿墙套管瓷瓶巡检遥表 2典型日常巡检项目下面以主变压器日常巡检项目和 110 kV 主要设备日常巡检项目为例袁介绍虚拟仿真实验平台的应用遥2.3.1 主变压器日常巡检项目主变压器是变电所主要设备遥 本项目包括 1 号和 2 号两台主变压器袁承担变电所内负荷电压转换袁主要检测点分别为温度指示尧油位指示尧呼吸器硅胶干燥器是否变色尧瓦斯继电器集气盒数值遥 此外袁还对套管线夹处测温片有无变色尧红外线测温仪测温进行虚拟巡检实验操作遥2.3.2 110 kV 主要设备日常巡检项目110 kV 主要设备包括五项院110 kV 六氟化硫断路器尧110 kV电流互感器尧110 kV 电压互感器尧110 kV 避雷器尧110 kV 隔离开关遥其中袁110 kV 六氟化硫断路器的巡检包括 源 项院六氟化硫密度控制器气压数值尧断路器引线夹处测温片有无变色尧引线有无散股断股现象尧断路器瓷瓶表面有无破损放电痕迹遥典型的巡检界面如图 2 所示院图 2密度控制器气压数3项目成果通过变电所设备巡视考核培训系统的练习袁 让学生身临其境地进入 110 kV 高压变电站袁了解变电站的内部配置袁通过对变电站关键设备巡视袁可以掌握这些重要设备的巡检项目遥并以此为契机袁 深入学习相关知识袁 将所学理论和实践有机结合起来遥 最终袁学生通过对虚拟仿真系统进行熟悉和操作练习袁能够进行变电站设备巡视并提交实验报告遥4应用效果分析4.1 实践教学项目中的应用特色教学应用中采用野虚实结合袁以虚补实冶的教学方法遥以学生为中心袁通过虚拟仿真实验平台袁提高学习效果遥 使学生体验真实工作环境袁激发学生学习兴趣袁很好地保障了实验项目真实性和理论方法的先进性袁具有行业示范性遥教学设计中采用线上线下教学手段并用袁 教学内容设计全面袁循序渐进遥 覆盖多层面学生能力的综合提升袁为学生专业基本知识的掌握提供了有效工具袁 通过虚拟仿真袁 达到可视化表达袁有助于提升学生创新能力遥4.2 推广价值4.2.1 教学推广价值传统教学以多媒体以及板书相结合的方式进行授课袁 授课效果往往不尽人意袁本虚拟仿真实验采用线上线下模式相结合袁鼓励师生自主开发与自主学习袁 可从传统的理论知识学习基础上袁得到动手操作能力与创新能力的延伸袁大大地扩展了传统教学模式的实用性袁使得学生学习兴趣更加浓厚袁为本专业学生未来工作打下基础遥4.2.2 人才输出价值虚拟变电所设备巡检系统在实践教学中的应用袁 一方面考察学生对于中高压供配电系统相关知识的掌握水平袁 另一方面也锻炼学生的实际操作能力遥通过虚拟仿真实验教学环节袁可以全面提升学生的业务水平与能力袁培养技术过硬的应用型人才袁应对当今电力系统对于人才需求的发展趋势遥5结束语虚拟变电所仿真巡检平台在实践教学中的应用袁 使学生能够根据与本实验相关的课程教学大纲要求袁 理解实验项目电气设备工作原理遥 完成巡检项目袁充分理解巡检项目的设置目的袁能对巡检故障进行深入分析袁找到故障产生的原因袁并能给出处理方案和预防措施遥虚拟实验平台解决了学生很难进入变电所进行实际操作的问题袁 突破了教学过程中的瓶颈遥 有助于学生更加深刻地理解所学理论知识袁有助于学生理论联系实际遥本平台已应用到学校的教学中袁 每年 900 人次遥 随着实验项目教学内容的补充和完善袁项目访问量尧使用量日益增长袁具体成果达到了预期成果遥参考文献咱1暂ZHOU ZEWEI,FENG YIPING,RONG GANG,et al.VirtualReality Based Process Integrated Simulation Platform in Re鄄finery:Virtual Refinery and Its ApplicationJ.China PetroleumProcessing&Petrochemical Technology,2011,13(3):74-84咱2暂高培超袁刘钊袁谢美慧袁等.Low-cost cloud computing solution forgeo-information processingJ.Journal of Central South Uni鄄versity,2016,23(12):3217-3224咱3暂KOLASA P,JANOWSKI M.Study of possibilities to store en鄄ergy virtually in a grid(VESS)with the use of smart meteringJ.Renewable and Sustainable Energy Reviews,2017,79(Nov.):1513-1517咱4暂刘华袁彭红袁余志超袁等.应用型高校计算机工程虚拟仿真实验中心建渊下转第 100 页冤表 1虚拟仿真实验课程知识点98图像中女性人体参数拟合算法研究渊上接第 98 页冤设与实践探索咱J暂.软件工程袁2017袁20渊6冤院38-41袁20咱5暂殷磊袁谢文阁袁许志来袁等.网络虚拟实验教学系统的设计与实现咱J暂.软件工程袁2018袁21渊12冤院44-46咱6暂杨婷袁杨厂.基于 Matlab 的电力电子虚拟仿真实验平台研究咱J暂.实验技术与管理袁2018袁35渊7冤院152-154袁158咱7暂王真袁陈卫卫袁吴永芬袁等.基于虚拟化技术的计算机实验教学平台的设计与实现咱J暂.软件工程袁2017袁20渊7冤院5-8咱8暂赵凯辉袁童玲袁李祥飞.电气工程虚拟仿真实验教学平台的设计与实现咱J暂.科技创新导报袁2018渊1冤院202-204咱9暂刘辉袁李啸骢袁梁志坚袁等.电气工程虚拟仿真实验教学平台咱J暂.教育教学论坛袁2017渊15冤院275-276咱10暂陈楚雄.以虚拟仿真平台为依托的电气工程实验教学改革探索咱J暂.数字通信世界袁2018渊10冤院270咱收稿日期院圆园圆猿-01-11暂1.2 前腰节和后腰节计算前后腰节袁首先要找到肩颈点袁在人体侧面图渊如图 3冤中袁首先找到身体前侧脖子最凹处点 A袁并找到距离点 A 最近的后颈点 B袁 取距离 B 点 AB/3 距离的点 O 为肩颈点遥 前腰节和后腰节的计算分为三段袁第一段为肩颈点到肩膀的弧线韵悦倚1和韵悦倚圆袁 第二段为肩膀到胸高点/背部最高点的轮廓曲线悦员阅倚1和悦圆阅倚圆积分袁第三段为胸高点或者背部最高点到腰高点处的直线距离 D1E1和 D2E2遥 由于第一段曲线在轮廓内袁无法得知具体形状袁可计算直线距离后乘系数作为曲线距离遥记第一段直线长度为 w_L1袁 第二段曲线积分长度为 w_L2袁第三段直线长度为 w_L3袁腰节长为 w_L遥前腰节院憎_L=1.05憎_L1+0.98憎_L2+0.95憎_L3渊5冤后腰节院憎_L=1.1憎_L2+0.95憎_L3渊6冤2实验2.1 实验准备本文实验在实地采集的青年女性样本数据集上进行遥 本文通过合格率尧平均绝对误差尧平均相对误差尧误差超过 15 mm的个数及比例这几项来观测实验结果优劣遥将相对误差小于 5%的数据称为合格袁反之为不合格袁合格数据数量与总体数据数量的比值为合格率遥2.2 三围实验对于胸围袁线性回归是较常用的拟合方式袁文献咱3暂利用胸部宽厚比将胸部分类进行线性回归拟合 渊下文称为分类线性回归冤袁但是在本文所用数据集上效果不佳渊如表 1冤袁大部分测量结果都是不合格的遥 而二次线性回归方法咱2暂在线性回归中添加二次项袁较最原始的一次线性回归有较大的提升遥 文献咱1暂提出利用两个半椭圆加上直线段拟合的双椭圆模型袁 在平均误差上较二次线性回归方法咱2暂有些许提升遥 本文的三椭圆模型是基于女性胸部特征的模型袁在实验结果上取得显著的提升袁平均绝对误差仅为双椭圆模型咱1暂的一半不到袁不仅全部合格袁而且绝对误差超过 1.5 cm 的只有 13 个遥表 员 中加粗字体为本文方法遥对于腰围袁文献利用椭圆将腰围进行拟合袁以腰宽为长轴袁腰厚为短轴遥 用椭圆拟合腰围袁在合格率上的表现是最差的渊如表 1冤遥 文献咱4暂将腰部分为前后两部分袁分别用两个短轴不一样的半椭圆弧拟合袁文献咱2暂采用二次线性回归袁两者都取得不错的平均绝对误差遥 本文提出的线段-椭圆模型袁平均绝对误差虽然表现较差袁但是合格率较高有 87.8%遥 分段模型是针对线段-椭圆模型的优化袁它弥补了线段-椭圆模型当腰宽与腰厚之和位于咱400袁449暂这个区间上结果的不足袁将二次线性回归模型融入进来袁在不同区间选择不同的取值策略袁结合了两个模型的优点袁将平均绝对误差较二次线性回归咱2暂减小大约 3 mm袁且合格率提高到 90%以上遥对于臀围袁文献咱2暂将二次线性回归方法用于臀围效果并不好袁合格率仅为 0.073 且平均相对误差超过 5%遥 双椭圆咱4暂在臀围上的表现较为不错袁 仅有一个样本不合格且平均绝对误差未超过 2 cm遥 本文提出的椭圆在臀围上的表现较双椭圆咱4暂略有提升袁平均绝对误差超过 1.5 cm 的减少两个袁平均相对误差也有减小遥2.3 前腰节和后腰节实验前腰节和后腰节是定制服装非常重要的尺寸袁 本文基于手工测量时的曲线袁提出曲线与直线结合的方式袁结果也较为不错渊如表 2冤袁 平均相对误差在 5%以内袁 平均绝对误差也在 2 cm之内袁能够满足服装定制需求遥表 2前腰节和后腰节实验结果3结束语本文对于大部分尺寸采用几何模型拟合袁 获得较好的实验结果遥 对于部分尺寸渊如腰围冤袁本文采取分类袁并且结合几何模型和回归拟合的方法袁取得较精确的实验结果遥参考文献咱1暂尹汪.基于图像的人体尺寸获取咱D暂.武汉院武汉纺织大学袁2018咱2暂朱放放袁罗戎蕾.基于不完全数据的服用人体测量系统咱J暂.浙江理工大学学报袁2011袁28渊5冤院710-713咱3暂邹昆袁马黎袁李蓉袁等.基于图像的非接触式人体参数测量方法J.计算机工程与设计袁2017袁38渊2冤院511-516咱4暂ASLAM M,RAJBDAD F,KHATTAK S,et al.Automatic mea鄄surement of anthropometric dimensions using frontal and lat鄄eral silhouettesJ.IET Computer Vision,2017,11(6):434-447咱收稿日期院圆园圆圆原员圆原园员暂图 3前后腰节示意图表 1胸围尧腰围尧臀围拟合方法的对比100