产教融合背景下带电作业仿真实训基地建设研究

2023-06-03缪春琼黄亚璇赵树宗李瓒羽詹学森李含霜

现代职业教育·高职高专 2023年14期

缪春琼　黄亚璇　赵树宗　李瓒羽　詹学森　李含霜

［摘要］带电作业是继承传统、同时又不断改革创新的作业方式，作业过程中要求作业人员能将工作灵活性和工作严谨性相结合。随着新型电力系统的建设，带电作业技术在减少停电时间、保障电网供电可靠性等方面起着举足轻重的作用，为了保证带电作业工作的安全性，如何建设功能完善的带电作业实训基地并培养大量优秀的带电作业专业人才成为亟待解决的问题。广西电力职业技术学院带电作业仿真实训基地建设作为国家级电力仿真实训基地建设的一部分，在基地建设及发展方面进行了大胆探索与创新，积累了宝贵的经验，详细阐述了带电作业人才培养现状、仿真实训基地建设背景及内容等，以期为带电作业基地建设和发展提供参考，推动带电作业发展，更好地为电力事业服务。

［关键词］产教融合；带电作业；仿真实训基地

［中图分类号］ G717 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2023）14-0０95-04

一、引言

产教融合是指产业发展和职业教育深度融合、行业与专业深度融合、产业发展与职业教育过程紧密融合，使职业教育紧跟行业发展需要，形成职业院校与企业融为一体的办学模式。[1]基于产教融合的带电作业仿真实训基地是指职业院校根据电网带电作业真实项目，开发带电作业仿真实训内容，在与电力行业合作共赢的基础上，以培养带电作业专业技能人才为目的，利用学校的虚拟实训场所、师资力量及科研能力等优势开展校企合作，为企业提供技术服务和带电作业技术技能人才，同时发挥带电作业仿真实训基地的社会功能，促进区域经济发展。[2]而企业利用自身优势，提供真实生产环境，为职业技术技能人才实践提供支撑，互惠共赢。

从20世纪90年代开始，随着我国工业化进程的加快和人们生活水平的不断提升，电力需求呈旺盛增长态势，年平均增长速度超过15%，用户对电的依赖越来越大，甚至连日常检修、缺陷处理等计划停电都不希望有。电力公司一停一大片的传统检修维护方式已经远远不能满足用户的用电需求，用户对不间断供电的期望越来越高，特别是一些重要用户更加要求一刻都不能停电。[3]

带电作业是保证电网持续供电的有效手段，也是电力设备不间断供电的一种作业方式，通常指在高压电气设备上进行的不停电检修、缺陷处理等工作。带电作业方式在提高电网公司供电可靠率方面起着举足轻重的作用。为保障电网高质量运行和带电作业工作的安全性和稳定性，保证带电作业的各项关键技术得到正确应用，提升带电作业工作水平，目前带电作业技能培训主要依托电网公司实训基地，带电作业的培训方式主要为现场操作和理论相结合，一般都是通过举办培训班的形式对带电作业技能人员进行实操培训和理论强化，电网公司通过建立专业培训场进行现场操作演练等。[4]但培训受场地、天气、设备以及教师水平等因素影响，培训人数受限，培训成本高昂，远远满足不了社会生产对带电作业技能人才的需求，故其现行培训手段和培训模式都需进行改进和升级。

带电作业虚拟仿真技术的运用是实现带电作业技术技能人才培养的最佳途径。虚拟仿真技术的发展与电力工业的发展同步，从20世纪50年代核电站仿真开始，到各类型电网、电站、输配电线路、电力设备的虚拟仿真，我国虚拟仿真技术从二维到三维，3D实景操作、虚拟现实VR、MR混合显示等仿真技术不断发展，既解决了电力技术技能人员的施工安全问题，又可以保障电力生产安全、稳定运行，在提升电力系统作业人员培训质量方面起着重要的作用，与电力安全生产密不可分，也是职业院校推进产教融合、校企合作、育训结合工作的重要载体。[5]

二、带电作业仿真实训基地建设背景

目前，带电作业技术在欧美发达国家都得到了很好的应用，我国带电作业技术发展从无到有，已经走过70多年的历程，带电作业技术已经领先世界水平。国家电网和南方电网公司都相继成立了多个带电作业培训中心，为推广并确保带电作业安全、有效地开展，对带电作业操作技能进行科学、有效的培训势在必行。[6]“理论教学+现场实操”的常规教学模式在长期教学实践中逐渐暴露出一些不足之处，一是对于新员工培训，即使经过充分的理论讲解，但对抽象的概念或动作要领仍难以讲解清楚，学员缺少实操前的必备练习，实操花费时间较多，效果欠佳。[7]二是对于复杂项目，理论讲解更难以清晰地明确各项动作要领，尤其是涉及多人协同的作业，不足更加明显。另外，随着带电作业技术的不断发展，对带电作业标准化作业方法进行全面、快速推广也缺少一条有力的途径。因此，需要找到一条路径，来进一步完善现有的培训方式，是当前实际生产迫切需要解决的问题。

采用虚拟仿真技术，设计开发一个安全、高效的带电作业虚拟仿真系统，促进带电作业标准化作业方法进行快速推广具有重要意义。和传统的培训方式相比，沉浸式仿真培训在形象化、常态化、网络化、规范化等方面具有明显的优势，其能够在降低安全风险的同时，给学员以逼真的体感，震撼并牢记各种电力事故，同时培训工作也不受天气、场地的影响，可大大提升带电作业培训效果，降低培训成本。[8]

三、带电作业实训基地建设现状

近几年来，南方电网公司和国家电网公司都陆续成立了多个带电作业中心，同時都分别投资大量的财力和人力建设带电作业培训基地。截至2021年初，国家电网公司配网带电作业班组已经超过3000个，带电作业人员超过10000人，带电作业车辆超过5000辆。主要开展四类三十三项典型带电作业项目，可在用户不停电的情况下，实现对所有配网线路设备开展检修作业。[9]南方电网公司于2020年首先在广州、南宁、昆明等十个区域试点建设了多个配网检修带电作业全覆盖示范区，小范围成建制推进，形成规模试点效应，逐步取消试点地区检修计划停电。截止到2021年，十大示范区城市全域85个区县级供电区域实现带电作业化率90.78%。[10]

新型电力系统的建设，给带电作业带来了机遇与挑战。国家电网公司表示，分布式新能源和储能接入导致供电多元化、电能加速替代，用电互动化与电力市场化特征凸现、直流配电及新型电力电子装备大规模应用、数字化和智能化技术大规模推广和使用，这些都将给带电作业带来停电难度增大、不停电作业需求大幅增加、储能装置带电安装与拆除需求增加等挑战。[11]未来，国家电网公司将着力运用扩大带电作业范围、提升带电作业培训能力、提高带电作业安全与效率等方式，实现配网优化与客户用电“零影响”。

四、目前带电作业实训基地建设存在的问题

（一）电网公司垄断

由于带电作业培训基地建设硬件成本和建设标准都很高，如电压等级、带电作业用车、场地和工器具等，相应的硬件投资成本十分昂贵，所以几乎都是电网公司自建自用，不对外开放。高职院校培养高素质技术技能型人才的定位决定了学生必须具有较强的实践能力，但职业院校普遍存在实训场所和设备不足，高成本、高危险、不可及的实际操作难以在真实环境中开展的情况。

（二）師资队伍人才短缺

目前，电网公司带电作业培训师主要来自一线实践经验丰富的带电作业技术技能人员，他们有相当丰富的实际操作经验，但因为是兼职，所以在提升教师技能和教学水平方面的时间相对较少。

（三）安全管理要求高

电网公司目前带电作业培训基地建设是按照电网真实电压进行建设，电压等级最高可以达到10万伏，如南方电网超高压公司南宁局的平果培训基地。另外，超高压和特高压交直流塔高一般都在100米以上，高电压、高空等高危因素都对带电作业培训基地的管理提出了较高的要求，在带电作业实操培训中，稍有疏忽，结果将是毁灭性的。

（四）针对高职学生的教材开发滞后

目前，各电网公司带电作业培训基地都只开发了针对电网职工的培训专用教材，但针对学生使用的带电作业教材只检索到1本，这严重制约了高校对带电作业人才的培养。

五、虚拟现实技术在电力系统的应用

从20世纪70年代开始，虚拟仿真技术就在电力系统中逐步得到应用和推广。发展之初主要集中在火力发电机组，逐步推广到变电站和电网各生产、传输环节。加拿大等发达国家在20世纪70年代就开始开发了火电仿真系统和变电站仿真系统。虚拟仿真技术在我国的应用主要在变电站操作仿真，中国南方电网徐州供电公司开发的一套变电站一次设备巡视仿真培训系统，系统将飞机虚拟仿真技术和军方战场模拟技术相结合，颠覆了以往国内变电站虚拟仿真对电气一次设备巡检处理方法。建立强大的变电站电气设备缺陷模型库，通过3D动画方式充分模拟变电站生产现场、巡检方式，极大地吸引了学员的注意力，学员的学习兴趣和积极性得到很大的提高，培训效果得到了增强。[12]

随着科技的进步和发展，虚拟仿真技术也得到了飞跃式的发展，虚拟仿真技术的应用也逐步从军事领域走向民用，研究力量也逐步从欧美等发达国家垄断到世界各国百花齐放。但是，由于电力系统的特殊性和垄断性，虚拟仿真技术在电力系统中的应用还不是很广泛，特别是在带电作业方面，能做的公司很少。

六、带电作业虚拟仿真实训室建设技术方案

本项目将基于电力行业和国家电网公司和南方电网公司相关作业标准、规范，针对带电作业人员专项能力的实际要求，基于“教学”→ “实训”→“考核”→“强化”的闭环培训思路，将虚拟现实、体感实训、网络技术等应用于输电线路带电作业培训领域中，新增1套输电线路带电作业数字化作业指导书软件、2套输电线路带电作业模拟实操系统、1套输电线路带电作业跨二短三法进入等电位模拟实操系统和1套输电线路带电作业模拟实操管理系统，通过“仿真教学”“VR实操”“考核强化”等多样化培训方式，将传统的教师单向灌输式教学提升为双向互动式教学，注重发挥学员的主观能动性，满足实际的培训需求，提高输电线路带电作业培训水平。平台包括以下内容。

（一）仿真教学

以输电线路带电作业人员“基础能力”培养为核心，以权威专家释义为指导，综合图文、动画、语音等形式建立带电作业项目的标准化多媒体教学课件，形象生动地解析带电作业标准化操作流程、操作方法、安全要点等内容，以加强作业人员对作业方法的理解和常见问题的认知。系统可搭载于仿真大屏投影上，供大规模集中教学，也可以部署在电教室内，或应用移动平板电脑，供单人仿真学习，效果图如图1所示。

（二）VR实操

以带电作业人员的标准化操作能力为目标，通过VR实操平台建立虚拟的带电作业场景和全自由模拟操作过程，多名学员可扮演不同工位的角色开展同一带电作业项目进行协同训练，强化学员对标准化操作过程和技能的理解和掌握，锻炼多人配合完成作业任务的协同作业能力，效果图如图2所示。

（三）风险体验

将虚拟现实技术与实物仿真技术相结合，结合情景认知理论和逆向体验模式，设计真实的作业场景中体验作业风险的安全体感系统，进一步拓展了体感实训项目范围，开展技术创新，形成特色和亮点。

（四）考核强化

通过建立安全素质考评模块，对学员的岗位分工和能力水平进行评估，分析学员的起始状态与总体目标之间的差距，明确学员个体的具体培训目标及相应的培训内容，引导学员开展具体的培训，为强化培训学员的薄弱环节提供依据，以达到培训效果的最优化目标。

七、带电作业仿真实训基地建设内容

广西电力职业技术学院依托国家级仿真实训基地建设项目，以《带电作业仿真作业实操系统》（GB/T34569-2017）、《10kV配网不停电作业规范》（Q/GDW10520-2016）等相关标准、规程为依据，结合学校带电作业技能教学成果及经验，采用虚拟现实技术、体感交互技术等结合虚拟现实眼镜、体感设备等，设计开发包含10kV配网不停电作业培训、110kV-1000kV输电线路带电作业培训及安全警示教育设备，具体包括：

10kV配网不停电作业培训包含：1套10kV配网不停电作业数字化现场作业指导书软件、1套10kV配网不停电作业模拟实操系统、1套10kV配网不停电作业模拟实操管理系统，相应配套硬件设备。

110kV-1000kV输电线路带电作业培训包含：1套输电线路带电作业数字化作业指导书软件、1套输电线路带电作业跨二短三法进入等电位模拟实操系统、1套输电线路模拟实操系统，相应配套硬件设备。

带电作业VR仿真培训平台。实现输配电带电作业的仿真教学、在线考试、技能鉴定、项目等信息管理与发布、模拟仿真项目操作全流程监控及历史回放，教学数据进行统计与分析等，突破传统理论教学、现场实操培训的发展瓶颈，形成“教学—训练—考核—强化”的闭环模式。

带电作业新型活页式教材的开发。对高职学生学情进行分析，研究电网带电作业培训教材，开发适合高职学生的项目化活页式教材，将学习任务项目化，并配套一些视频等资源库建设，学生通过扫描二维码，观看视频学习相关专业知识，其不受时间、地点的限制，让学习永无止境。

八、带电作业仿真实训的特点和教学功能

紧密围绕输电线路带电作业电作业人员的实际培训需求，综合虚拟现实、体感交互、三维仿真等多种先进技术，建立完备的仿真培训平台，构建集“教学、实训、考核、交流”于一体的输电线路带电作业培训体系，形成 “教、学、练、考、交互、体验”的综合培训模式，强化员工对标准作业流程和操作要点的掌握，达到学员认知能力和行为能力的双重提升，全面提升带电作业培训能力。[13]

带电作业仿真培训平台，分为仿真教学区、观摩区，开展标准化作业方法仿真教学和作业技能的仿真实操训练，可以有效弥补传统理论培训和现场实操培训中的不足，全面提升学员带电作业的操作技能，为建设一支综合素质高、执行能力强的高水平带电作业队伍奠定扎实的基础，提升带电作业培训的服务水平和能力。

九、帶电作业师资队伍建设

提高带电作业受训人员培训质量的一个必要条件是建设一支专业性强、高素质的师资队伍。围绕国家“碳达峰”“碳中和”和能源电力产业智能化、国际化转型升级带来的新需求，依托带电作业虚拟仿真实训基地建设，以项目合作为载体，吸纳企业和兄弟院校来校专职或兼职工作，进一步优化团队成员的年龄、学历、职称和专兼结构。采取“引、聘、送、挂、带”和专任教师与企业技术人员“互兼互聘，双向交流”等措施，建设具有“双师”素质、“双师”结构的带电作业教学团队。建立全员师德师风和教育教学能力定期培养培训机制，健全专职教师企业实践轮训制度，完善优秀骨干教师在职攻读博士学位和学历提升机制，选派优秀教师到国内外研修、访学，建立健全校企教师相互帮扶指导机制，全面提升带电作业教师团队成员的教学科研、生产实践和创新服务能力。

十、结语

建设高水平虚拟仿真带电作业实训基地，培养带电作业技术技能人才是职业院校发展的必由之路。产教融合虚拟仿真实训基地是实现校内外实训统筹规划、资源共享的最好载体。虚拟仿真对课堂布置无特殊要求，因此可根据需要，把仿真实训室布置成为“校内实训室、教科研展厅和移动体验厅”。校内实训室，主要用于完成职业院校的教学任务和企业员工理论和仿真培训。而在校内教学空窗期，实训室可以转变为教科研展厅，面向社会开放，为社会提供一条了解职业院校办学成果的渠道。带电作业虚拟仿真产教融合实训基地适应区域产业发展的需要，不断发挥专业优势，可培养出更多、更优秀的应用型技术技能人才。

参考文献：

［1］国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见［EB/OL］.（２017-12-19）［2020－06－20］.ｈttp：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-12/19k：content_5248564.htm．

［2］陈运生.产教融合背景下高职院校专业群与产业群协同发展研究［J］．中国职业技术教育，2017（26）：27-32．

［3］胡毅.输配电线路带电作业技术的研究与发展［J］.高电压技术，2006，32（11）：1-10．

［4］张钦.浅析配网不停电作业“六化”管理模式的探究［J］．农电管理，2019（4）：29.

［5］刘聪汉.配网不停电作业在配电自动化改造中的应用［J］．六西电力，2019，42（1）：55-56，71．

［6］韩强.浅谈优化配网不停电作业管理的措施［J］．科技风，2019（3）：194．

［7］刘聪汉．多种旁路作业方法在配网不停电作业中的应用［J］．广西电力，2018，41（6）：59-61．

［8］李朋．浅析10kV配网不停电作业技术发展与应用［J］．南方农机，2017，48（15）：115，117．

［9］汤晓青，周林，粟秋华，等．输配电线路施工仿真培训系统的设计与实现［Ｊ］．中国电力，2007（4）：74-77．

［10］曾洪涛，曹禹，曾兵，等.基于虚拟现实技术的水电厂27检修教学平台［J］．电气电子教学学报，2008（4）：73-75．

［11］陈盟，冯刚，周桂萍，等.特高压输电线路带电作业标准化培训体系探究［J］.国网技术学院学报，2017（3）：66-69．