隔离开关仿真模型在电气设备检修类实训课程中的应用研究

刘翼 邹静 洪雯 严斐 刘紫仪

（武汉电力职业技术学院）

0 引言

电力类专业的高职学生步入工作岗位后，大多从事电气设备运行、维护与检修工作。隔离开关作为电力系统广泛使用的开关电器，主要作用是将被检修的设备与带电部分可靠隔离，以保证工作人员的人身安全和检修的设备安全。高压隔离开关在电力系统中的运行数量最多，其质量优劣、运行维护好坏将直接影响到电力系统的安全运行。隔离开关的检修与故障处理是电力系统检修人员的必备技能，也是电力类技能比武的一项重要赛项。隔离开关检修时，检修人员应掌握隔离开关的结构及相关的技术参数，必须严格遵守现场作业指导书进行规范操作，以确保检修质量[1]。

因此，在电气设备检修类实训课程中引入仿真模型，通过模型演示与现场设备检修实操相结合，增强学生专业学习兴趣，提高教学质量，使学生掌握高压开关设备的检修作业规范具有重要意义。

1 课程现状分析

电气设备检修类实训课程是发电厂及电力系统、供用电技术等高职电力类专业的一门专业核心课程，课程内容包含电力安全工作规程、高压断路器检修、高压隔离开关检修、高压开关柜检修等内容。基于电力系统电气设备检修相关的最新发展趋势，许多高职院校将高压隔离开关的拆卸与组装、单极调整与试验、三极调整与试验作为实训内容的核心模块，通过课程学习，使学生掌握常见电气设备的检修作业流程，具备能胜任设备运行维护检修岗位的职业能力。

学生在实训前缺乏现场工作经验，对高压开关设备的结构、动作原理缺少感性认识，在检修过程中，对各个部件的作用不甚了解，容易出现螺丝、底座、连杆等安装错误，发生触头弹簧、止钉、闭锁连板漏装等问题，使实训效果大打折扣。基于实训设施、场地条件限制与学生操作安全考虑，实训教学中难以在检修平台上完成高压开关设备检修的全流程，同时开关设备在检修过程中频繁的分、合闸操作对设备本身损坏较大。基于上述分析，学生仅通过现场操作训练，难以全面掌握高压开关设备的调试与检修作业规范。

本文建立某型号高压隔离开关仿真模型，以期通过模型各部件展示及其分合闸动作演示，加深学生对高压开关设备的结构和动作原理的认知，进一步提升电气设备检修类实训课程教学效果[2]。

2 仿真模型开发

结合电气设备检修类实训课程内容，本文选取我国电力系统中应用数量较多的GW4型隔离开关为建模对象，采用三维设计软件 Solid Works建立某GW4型双柱水平旋转式高压隔离开关的三维模型。

由于GW4型隔离开关是由大量零件（包含多种杆件、轴销、轴承、主从动支柱绝缘子、导电臂、触头、触指等）交叉组合构成的多体机械系统，其建模过程较为复杂。首先，根据某厂家提供的GW4隔离开关安装图纸，按照实际尺寸1：1比例对各零部件单独建模，其典型零部件轴销、操作杆拐臂、连接头、轴承如图1所示。

图1 隔离开关典型零部件模型图

其次，将已建立的零部件根据其动作关系通过不同类型的配合（如重合、平行、同心及距离配合等）进行装配[3]，分别组建隔离开关的操作部分、支柱绝缘子以及导电部分等局部结构，建立的各装配体如图2所示。

图2 隔离开关各部件模型图

最后，根据GW4型隔离开关动作原理，将各局部结构的装配体进行整体模型的组装。由于GW4型隔离开关A、B、C三相结构类似，建模时先组装A相单极模型，经调试无误后再通过重复导入，形成B、C两相模型。再加入相间连杆，通过配合定义约束，对三个单极模型进行连接，完成三相隔离开关的整体模型建模，以实现三极隔离开关模型主、从动极的联动操作，最终建立的GW4型三极隔离开关整体装配模型如图3所示。

图3 隔离开关整体模型装配图

3 模型应用

“电气设备检修实训”是某校发电厂及电力系统专业的一门专项实训课程，学生通过课程学习能掌握常见型号高压隔离开关的动作原理；能准确阐述隔离开关检修周期、检修项目及检修作业的流程；能分析隔离开关典型机械故障现象并进行基本的检修调试操作。本文以该课程为例，将上述隔离开关仿真模型应用于“电气设备检修实训”课程教学，并从以下方面开展教学实践。

（1）隔离开关分、合闸动作过程教学

GW4型隔离开关本体为双柱水平旋转式结构。其动作过程涉及部件较多，分合闸运行时，由操作杆转动驱动底部传动机构动作，带动各相支柱绝缘子转动，进而使上部主、从动导电臂在水平方向内转动，直至触头触指啮合，以实现分合闸运行。

现场实践教学环节中，由于学生普遍缺乏现场工作经历，未曾接触过高压隔离开关设备的分合闸动作过程，仅根据教师的语言描述难以准确掌握隔离开关的动作原理。教学中引入可动作的隔离开关三维模型，通过对模型进行分合闸操作演示，使学生对高压开关设备的动作原理认识由抽象转换为具象。同时，学生将隔离开关仿真模型的分合闸模拟演示与实训现场隔离开关设备的分合闸操作相结合，通过对比分析以深刻体会设备运行的理论动作与实践操作间的区别。

（2） 隔离开关状态调试模拟演示

高压隔离开关在解体检修后，需要按照相应型号的安装作业书进行规范整体调整作业，以确保各部件参数指标满足技术要求。若调试不得当，可能引发导电回路过热，烧蚀触头等不良影响，威胁隔离开关安全稳定运行[4]。因此，掌握隔离开关状态调试方法是电力类专业学生的一项必备技能。“电气设备检修实训”课程教学中，教师对上述隔离开关仿真模型中交叉连杆、操作拐臂等杆件的机械尺寸进行调整，以模拟演示隔离开关的多种调试不当状态。引导学生结合演示结果自主分析调试不当对隔离开关分合闸运行产生的影响，并总结各杆件伸长及缩短的作用影响规律。学生将作用规律应用至现场实操环节，加深其对电气设备运检工作重要性的认识。

4 结束语

电气设备检修类实训课程作为高职电力类专业学生的一门专业核心课程，其教学效果对学生从事电力设备检修、电力安全生产管理等相关专业工作具有重要意义。本文以目前广泛应用的高压开关设备GW4型隔离开关为对象，建立其三维仿真模型，在电气设备检修类实训课程中应用该模型进行隔离开关分、合闸动作与状态调试的模拟演示。通过仿真与实操相结合，增强学生对专业学习的兴趣，丰富实训教学内涵，进一步提升实训教学效果。

将仿真模型应用至相关专业课程的实践教学环节，不仅能提高课程教学效果，又能对《电气设备检修实训》课程的教学提供新的教学理念，是检修类实训课程教学改革的发展方向。同时，隔离开关检修是电网企业、发电企业电气设备检修、技能培训、技能鉴定主要项目，本文建立的隔离开关三维模型的开发对现场标准化作业的开展、员工培训及技能鉴定有良好的促进作用，具有广泛的应用前景。