教育信息化背景下高速铁路仿真教学模式的探究与实践

邓缬 刘小勇

摘 要：铁路牵引供电系统，其负荷级别属于一级负荷，为了提高供电的可靠性，现场供电设备不可随意操作。从业人员采用仿真的方式，不仅可以解决培训的难题，还可以让学习培训更加形象具体、可视化。在教育信息化下，高速铁路仿真教学是一种很值得投入和深入探讨的教育教学方法，在操作条件受到限制的场景中更具有重要意义。文章通过仿真技术在高速铁路牵引供电系统中的应用，探究仿真教学在高速铁路系统中的应用策略，旨在为促进高速铁道仿真教育教学的有序开展而提供一些新思路。

关键词：仿真实训；牵引供电系统；教育教学

1 高速铁路仿真系统的建设意义

供电系统的安全、可靠、稳定运行是关系到国计民生的大事，长期以来是供电企业重点考虑的因素。对高速铁路来说，牵引供电系统的安全可靠性更是至关重要的，众所周知，高速铁路牵引供电系统关系到生命安全，其负荷级别属于一级负荷。其运行的设备不可以任意操作，即便是检修操作，每一步操作都需要严格的审核。在信息化教学的今天，在高速铁路倒闸操作无法在真实现场进行完成的条件下，高速铁路牵引供电系统的教学工作仍停留在理论教学阶段，必然会导致教学效果不理想。学生缺乏对抽象理论的有效认识，学习的东西缺乏有效的练习。最终进入工作岗位无法学以致用，在工作多年后才能成为企业技术骨干，离“大国工匠”的要求相差一段距离。仿真技术则是高速牵引供电技术教学的一种有效手段。因此，对高速铁路牵引供电仿真技术教育教学应用研究，具有十分重要的现实意义。

2 高速铁路牵引供电仿真系统建设的基本要求与功能

高速铁路牵引供电系统仿真教学，可以对结构原理进行剖析讲解、操作过程动作要领进行分步分析、对整个现场效果进行直观仿真展示，最主要的是能进行仿真练习、对操作练习结果进行分析判断、对错误原理能进行辅助分析。是职业学校为社会发展培养应用型人才、实现职业学校人才培养目标与企业用人需求统一性的重要举措，是学员掌握基本知识及原理、专业技能的一条有效途径。

在信息化教学的大背景下，高速铁路牵引仿真系统需要对牵引变电站进行全方位、全场景的仿真，能进行供电系统集中监视与控制，实现继电保护、操作控制、测量与监视、电气五防、故障判断、日常巡视、故障设定、反事故演习、事故记录、人机对话、异常及事故处理等业务功能及满足操作培训需求。

高速铁路牵引变电站仿真实训基地的建设应围绕培养学生具备高素质的技术应用性人才为目标，使之主要成为高职教育实施实践教学活动的重要场所和载体。高速铁路牵引供电站仿真系统应具有教学、培训与科研3种功能，研究与探索的主要功能框架如图1所示[1]。

（1）教学功能。实现其功能主要通过以下途径实现，整合专业实训资源，构建以高铁供变电为基础的实训基地；建设开发几门供电专业的核心课程和项目；进一步完善供电专业技能抽查的考核标准及考试场地。

（2）培训功能。实现其功能主要通过以下途径实现，为铁路企业培训新进员工，为学生技能学习提供培训场所；引进企业设备，开展校企合作，实现校企合作共赢；建立规范标准，借鉴和引入现代化企业管理模式，提高生产基地效率。

（3）科研功能。实现其功能主要通过以下途径实现，引进企业能工巧匠，增强专业教师实践教学经验，打造科研创新型团队；组建供电专业教学团队，扩展学生的职业素养和职业技能；充分利用校内实训基地进行技术研发及技术服务。

3 高速铁路牵引仿真系统建设的具体内容

（1）3D变电所场景模型的建立。牵引变电所中变压器、断路器、隔离开关均具有3D模型，巡视人员选择某一具体设备，观察设备的模型，判断是否出现故障或者是否需要进行检修。

（2）设备的分合指示、刀闸臂、地刀臂等属性的建立，后台监视系统的建立。高速牵引变电所中的设备的运行状态受后台监视，点击某一部分，应能进入该设备进行属性设定、操作或运行状态的显示等。

（3）变电所主接线与设备运行状态的实时显示，变电所继电保护功能的实现。各设备均在电气主接线中显示并能对相应的电气设备进行相应的操作；电流、电压、潮流分布等随负载的变化而变化，即实时显示供电系统运行状态；当线路发生故障，断路器的实时跳闸；误操作时能实现报警或者阻止操作的继续进行。即实现所有电气设备的运行监视、继电保护、电气设备的“五防”功能。

（4）操作、告警、故障等报文的查询。高速铁路仿真实训系统要求与真实变电所具有相同功能，则需要牵引变电站具有相同功能，所有的操作记录、告警、故障记录均应在点击相应的设备后，进行查询。

（5）本高速铁路牵引供电仿真系统作为实训系统，将存在教员机与学员机，教员机与学员机直接能实现相互通信关系。即教员机能实时布置教学任务，学员机能提交完成的作业任务。其最终使学员能使用过仿真软件后，能迅速在真实环境中展开工作[2]。

4 仿真系統的高速铁路系统部分功能展示

4.1 全三维虚拟场景

ATS8000铁路牵引变电站培训系统采用全三维仿真引擎对牵引变电站的一次、二次设备进行展示，对设备的外观、原理进行全方位建模，真实再现一、二次设备的正常、异常、故障现象，使培训人员有一种置身现场的感觉。如图2所示，为高压开关柜的三维虚拟模型。

4.2 牵引变电站监控系统及电气五防模拟屏

牵引变电站监控系统真实模拟实际变电站内监控系统，提供与实际系统一致的界面数据、操作界面，真实显示仿真计算的遥信、遥测、报文等。培训人员可以通过主接线图进行模拟操作，模拟操作时必须具有“五防”闭锁功能，如果违反“五防”规则给出提示；模拟完成传送至“五防”钥匙，图3所示为主接线的模拟图。

4.3 监控告警功能

该模块可监控系统告警的发生时间、发生地点、告警对象及告警动作等，可对告警信息进行遥控执行，教员监控是教员使用的监控后台程序。可监控、遥控各仿真变电站的具体情况，图4为告警信息窗口[3-4]。

5 结语

本文主要探究了在信息化教学背景下，高速铁路牵引变电所仿真的建设意义、基本要求与功能、建设的具体内容，在最后对建设后的成果进行展示。

[参考文献]

[1]林旺.基于计算思维的大学计算机教学研究[J].中国大学教学，2015（9）：274.

[2]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真教学资源开放共享策略探索[J].实验技术与管理，2016（12）：137-141，145.

[3]闫洪波，张玉宝，李强.计算机仿真在机械类专业工程实践教育中的应用研究[J].内蒙古教育，2011（2）：61-62.

[4]张鄂.“机械设计基础”省级精品课程建设的实践与探索[J].教育教学论坛，2015（11）：148-150.