一、硬件架构
硬件系统包括仿真服务器、数据库服务器、教员台、变电运维中心学员台、输电运检中心学员台、配电运维中心学员台、专业检修中心学员台以及网络辅助设备等。运维一体化仿真培训系统采用对等结构，教员台和学员台可以相互替换，通过屏幕分配器可将教员机、学员机中任意一台切换至投影仪显示，方便进行教学演示、竞赛考评。同时为了能够让系统在使用上更加方便、灵活，功能上易于扩展、升级，采用了一机多模的工作方式，教员台、学员台上均可实现所有仿真培训功能，各个计算机可以互相替代，一台或几台计算机出现故障不会影响整个仿真系统的稳定运行。系统的硬件架构如图2所示。
二、主要功能及特点
运维一体化仿真培训系统根据国网冀北电力有限公司所辖电网的生产实际与设备现状，将变电运维仿真培训功能、输电运检仿真培训功能、配电运维仿真培训功能以及设备检修仿真培训功能进行一体化设计，并与数字化电网生产管理系统、三维GIS系统有机结合，实现电网生产运行、维护、管理的全过程、全范围、全场景的仿真培训，满足“大检修”体系下国网冀北电力有限公司运维检修人员的技能与技术培训需求。主要功能、适用范围及对象如表1所示。
1.变电运维仿真培训功能在“大检修”体系下，变电运维人员不仅承担了原变电运行业务，还要负责变电设备的带电测试、维护检修等工作。因此，该子系统除了能够实现传统变电站仿真系统所具有的一二次设备建模仿真、倒闸操作、运行巡检、事故及异常处理等功能外，还增加了设备的C、D类检修、常规试验、安全工器具使用等仿真培训功能。新增仿真培训功能很好地适应了变电运维人员工作模式的转变，使培训更加具有针对性。变电运行及变电运维三维仿真场景如图3所示。
2.输电运检仿真培训功能该子系统对典型500kV、220kV、110kV输电线路、输电电缆等进行仿真建模，对铁塔、导线、金具、绝缘子等各种输电设备、线路场景、地理环境以及检测工具设备等进行全范围详细仿真，形成了交互式虚拟场景系统，可以形象地反映出输电设备的正常、异常及事故状态。输电线路运行人员、检修人员、带电作业人员以及输电电缆作业人员可以在相应的仿真工作场景中进行标准化作业训练，提高受训人员操作技能。输电运检三维仿真场景如图4所示。
3.配电运维仿真培训功能该子系统以10kV及以下城市配电网、配电线路、配电站、配电电缆为对象进行1∶1建模仿真。其中配电站仿真包括各类典型配电站仿真（如开关站、环网站、箱式变电站等）以及各种可操作的一二次设备的仿真（如变电所内断路器、闸刀、变压器、继电保护装置等）。配电线路仿真包括典型架空线路、电缆线路的仿真以及杆上变压器、闸刀、跌落保险、避雷器等一次设备的仿真。利用配电运维仿真功能可以对受训人员进行配电线路运行巡视、配电检修、配电带电作业、配电电缆作业等全过程动态仿真培训。配电运维三维仿真场景如图5所示。
4.专业检修仿真培训功能该子系统以500kV、220kV、110kV、35kV、10kV电压等级的变电站典型设备、辅助设备以及仪器仪表等设备为仿真对象，对其整体结构和内部结构进行详细仿真。以专业检修（A/B级）和高压试验岗位技能为基础，以实际生产中标准化工作流程为依据，对各项检修以及高压试验工作进行全场景、全过程和全范围仿真模拟。可以实现专业检修和高压试验基础理论与基本方法、工作原理、工作流程及工艺标准等内容的仿真培训。专业检修三维仿真场景如图6所示。
5.系统主要特点运维一体化仿真培训系统在设计与功能实现上主要具有以下三个特点：（1）系统设计理念先进。运维一体化仿真系统的设计与实现着眼于“大检修”体系建设，改变了传统变电站仿真系统功能相对单一的设计，增加了变电运维、输电运检、配电运维、专业检修的仿真设计，使系统在培训功能及适用性上具有领先水平。系统大量运用3D可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术等先进计算机技术，把文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种素材进行集成，加之对作业流程的全方位、全过程、全场景的仿真，使系统具有更加丰富的表现力。良好的交互性、可操作性以及沉浸式、体验式的培训方式可以进一步强化受训人员对知识与技能的理解和掌握，提升培训效果。（2）培训功能针对性强。相较于其他传统的仿真系统，运维一体化仿真系统在培训功能的设置上更加具有针对性和适用性。根据“大检修”体系下运维检修人员的工作特点和岗位技能要求而设计的变电运维、输电运检、配电运维、专业检修四类仿真培训功能，使系统更加适应电力生产发展的新形势，更好地满足运维检修人员技术与技能培训的需要。同时系统采用单元制培训内容管理模式，可以根据学员自身的专业和岗位情况，提供定制的培训方案，进行有针对性的培训，提高培训效率。（3）培训模式新颖灵活。传统的培训模式忽视了成年人学习的固有规律，没有把理论与实际生产生动形象的结合起来，从而导致最后的培训效果不能令人满意。运维一体化仿真系统采用过关、对抗、自助餐式培训模式，学员可以自行选择培训内容，并以完成任务的方式，进入三维再现的实际生产场景中，进行相应的操作，然后系统根据各个知识点对学员操作内容进行考核。这种培训模式可以加深学员对理论及正确操作的理解认识，从而达到最佳的培训效果。
三、仿真系统的培训应用
1.运维检修人员培训运维检修队伍的技术水平和业务素质是保证电网安全运行、保证“大检修”体系建设顺利实施的关键。运维一体化仿真培训系统的主要任务是开展对一线运维检修人员及相关管理人员的安全生产、标准化作业以及事故分析处理等培训，使其提高安全生产意识，熟悉设备情况及业务流程，掌握正常工况、异常工况和事故状态下的操作与处理方法。贴近生产实际的培训内容以及有针对性的培训功能设置有助于全面提高运维检修人员的技术业务素质。
2.竞赛比武与技能鉴定运维一体化仿真系统具有一整套智能考核评价体系以及覆盖全面、内容丰富的理论和操作题库，可以对学员进行理论知识、技能操作和事故处理等方面的考核，并且全面科学地记录学员答题和操作的内容、过程、步骤等，准确、及时、科学、公正地给出评判结果。完善的考核管理与评估管理体系使该系统完全满足对运维检修人员进行考核的要求，适用于开展运维检修人员技能竞赛比武及职业技能鉴定等工作。
3.其他人员的培训随着“大运行”体系建设以及无人值班变电站比例的不断提高，监控人员在变电站值班的机会将越来越少。变电站值班经验不足导致部分监控人员对站内设备具体情况不甚了解。因此，在变电站内一二次设备的特性及运行特点、继电保护原理、故障及异常信号产生和上传原理等内容上，监控人员是存在培训需求的。运维一体化仿真系统能够实现变电站一二设备的精细仿真，形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，恰好满足监控人员对该部分专业知识提升的需要，可以作为监控人员业务培训的有效补充，提高其技术水平与工作能力。同时系统还可用于新上岗人员的岗前培训，使其提高安全生产意识，在较短的时间内熟悉并掌握日常工作的内容、流程及基本技能。
四、仿真系统的教学应用
运维一体化仿真系统是开展培训的有效载体和良好平台，同时先进的系统设计及完善丰富的培训功能也对培训师的业务能力提出了更高的要求。打造一支结构合理、经验丰富，既有深厚理论功底，又对仿真技术有所研究的培训师队伍，是运维一体化仿真系统培训功能能否得到充分发挥，培训效果能否实现最大化的关键。国网冀北电力有限公司管理培训中心调动内部师资力量进行仿真技术的学习、研究，并成立创新工作室，打造一支由老中青相结合，跨部门、跨专业的高绩效团队，全程参与运维一体化仿真系统的开发、建设、使用及维护。在创新工作室的平台上，通过激励机制引导培训师在仿真技术研究、仿真课程开发、仿真课件制作、仿真教材编写等方面下功夫，拓展了仿真系统的思路，丰富了仿真培训内容，高效能地发挥了仿真系统的作用，提升了培训效果，促进了师资队伍建设。
五、结论
运维一体化仿真培训系统相较传统的仿真系统在培训功能、培训模式上都有所创新和突破。变电运维、输电运检、配电运检及专业检修的培训功能更加具有针对性，更加贴近运维检修人员的工作实际，满足“大检修”体系对培养“一专多能、一岗多能”运维检修人员的迫切需求。运维一体化仿真培训系统在培训及教学中的广泛应用，有助于提高运维检修人员的技术水平和业务素质，为“大检修”体系建设提供必要的人才支持。
作者：高文彬