CN110782734A - 一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统和方法，包括远程主机和若干个模拟柜；远程主机安装有故障检测服务端软件和电缆故障考评系统，在进行电缆故障模拟检测的时候，故障检测服务端软件用来对模拟柜进行控制，进行电缆检测的远程控制和检测结果的接收，电缆故障考评系统用来对接收到的故障数据进行分析，同时对电缆故障的操作进行理论学习。本发明可以培养学员对故障电缆检测操作的熟练程度，对学员进行理论知识的培训，也可以用来对采集到的波形进行生成供学员学习，教员可以根据软件中的测试考核结果及时了解到学员的学习情况。

Description

一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统和方法

技术领域

本发明属于电力电缆故障检测培训领域，具体涉及一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统和方法。

背景技术

电力电缆是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品，包括1-500KV以及以上各种电压等级、各种绝缘的电缆。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，各大小城市对电力能源的使用量越来越大。对电力电缆的定期检测和实时监测可以保证工业生产和居民生活的正常用电。电力电缆故障检测部门在对故障电缆检测人员进行培训的时候，受到场地的限制，如果学员未进行理论培训就去现场进行实地检测故障电缆是不实际的。所以在安全且较小的空间内对电缆故障检测人员进行系统的电缆故障检测技术培训是有必要的。

目前，国内存在的电缆故障检测培训装置和方法只是侧重对故障电缆检测和多种故障类型识别的培训学习，没有实现对故障检测人员从理论安全操作教学、故障模拟和考试评测的系统教学。难以实现在短时间内提升新学员的电缆故障检测操作技术及对检测数据的分析能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统和方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明可以培养学员对故障电缆检测操作的熟练程度，对学员进行理论知识的培训，也可以用来对采集到的波形进行生成供学员学习，教员可以根据软件中的测试考核结果及时了解到学员的学习情况。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，包括远程主机、若干模拟柜及电缆故障考评系统；

所述模拟柜包括模拟柜从机、继电器控制板、故障设置模块及故障检测模块，模拟柜从机通过继电器控制板依次连接有故障设置模块和故障检测模块；

所述的远程主机，带有人机操作界面，能够对多个模拟柜进行远程操作，在选择好对应的模拟柜的编号和故障类型后，无线发送到模拟柜从机，通过故障设置模块和故障检测模块分别对故障模拟电缆进行故障设置和故障检测；

所述的电缆故障考评系统安装在远程主机和模拟柜上面，用来对检测到的故障电缆波形数据进行分析，同时对学员进行理论和实际操作部分的考评；

通过电缆故障仿真模拟及培训考评系统对故障电缆进行模拟仿真有两种操作模式：模式一是通过远程主机来操作模拟柜从机来实现对故障电缆的设置和检测，模式二是直接通过故障模拟柜来进行故障电缆的设置和检测。

进一步地，所述的远程主机和模拟柜从机通过TCP/IP协议进行通讯，任何一个模拟柜从机的在线状态都能够在远程主机看到，一个远程主机能够对多个模拟柜从机进行控制。

进一步地，所述的远程主机安装有故障电缆模拟服务端软件，所述故障电缆模拟服务端软件能够通过设置电缆的故障类型和模拟柜编号来操作某一模拟柜来进行故障电缆模拟，并且读取故障电缆信息。

进一步地，所述的模拟柜从机包括工控机、故障电缆模拟客户端软件、RS232串口线、继电器控制板，工控机和继电器控制板通过RS232串口线连接，故障电缆模拟客户端软件用于发送命令操作继电器控制板，从而控制故障设置模块。

进一步地，所述的故障电缆模拟客户端软件既能够接收来自远程主机的控制命令来控制继电器控制板，也能够通过设置参数直接来控制继电器控制板。

进一步地，所述电缆故障考评系统为单机版考评软件或网页版考评软件，单机版考评软件在不联网的情况下使用，网页版考评软件在教室范围内的局域网内安装部署。

进一步地，单机版考评软件通过文档和视频的方式来进行培训，考试试题类型分为入门级和专家级，考生用来进行进阶学习，考试试卷随机生成，考生能够在考试后对错误知识点复习。

进一步地，网页版考评软件在服务器中部署后，在其他电脑上就能够通过网址进行访问，就能进行在线学习和考试，程序会自动进行判分，考试分数能够永久保存在数据库中。

进一步地，故障设置模块在对电缆进行故障模拟的时候能够通过远程操作；故障检测模块用于测得故障电缆的测试组、故障类型、故障距离及故障相序信息。

一种电缆故障仿真模拟及培训考评方法，对电缆进行故障模拟仿真，包括两种操作模式，模式一为通过远程主机进行远程电缆模拟，具体步骤如下：

步骤1：将远程主机和模拟柜从机连接上网络；

步骤2：在远程主机上监听远程主机IP地址；

步骤3：在模拟柜从机输入远程主机的IP地址和端口号，与远程主机进行连接，同时打开连接在继电器控制板上的RS232串口；

步骤4：在远程主机上选择相应编号的模拟柜，进行开机自检；

步骤5：在远程主机上选择好故障电缆的测试组和测试类型，发送命令，模拟柜从机接收到指令后，通过控制故障设置模块来设置相应的电缆故障；

步骤6：在远程主机上读取测试结果，模拟柜从机开始读取故障检测模块获取的电缆故障信息，发送到远程主机上；

步骤7：测试完成之后，在远程主机上进行操作，发送命令使模拟柜从机对整个模拟柜进行复位操作；

模式二为通过模拟柜从机进行故障电缆故障模拟，具体步骤如下：

步骤1：在模拟柜从机上打开RS232串口；

步骤2：在模拟柜从机的上选择测试组和故障类型，故障设置模块设置对应的电缆故障类型；

步骤3：在模拟柜从机上读取测试参数；

步骤4：测试完成之后，在模拟柜从机上对故障电缆设置模块和故障检测装置模块进行复位操作；

两种检测模式获取的电缆故障数据波形经过电缆故障考评系统的分析，能够获得故障电缆的距离和故障类型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明可以培养学员对故障电缆检测操作的熟练程度，对学员进行理论知识的培训，也可以用来对采集到的波形进行生成供学员学习，教员可以根据软件中的测试考核结果及时了解到学员的学习情况。学员通过模拟培训学习关于电力电缆的安全规范和电力电缆的检测原理，通过考评测试对已经学习过的知识进行检查和巩固，对培训人员的考评情况进行数据记录。本发明在教室内还原了真实的电缆现场环境，模拟故障现场接线及检测过程，有利于快速提高培训人员实际操作能力。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图。

图2为模拟柜的详细结构示意图。

其中：1、远程主机；2、模拟柜；21、模拟柜从机；22、继电器控制板；23、故障设置模块；24、故障检测模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，本发明公开了一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，包括远程主机1和若干个模拟柜2；远程主机1安装有故障检测服务端软件和电缆故障考评系统，在进行电缆故障模拟检测的时候，故障检测服务端软件用来对模拟柜进行控制，进行电缆检测的远程控制和检测结果的接收，电缆故障考评系统用来对接收到的故障数据进行分析，同时对电缆故障的操作进行理论学习。

如图2所示，本实施例中的模拟柜2安装有模拟柜从机21、继电器控制板22、故障设置模块23、故障检测模块24，模拟柜从机21为工控机，安装有故障检测客户端软件和电缆故障考评系统，故障检测客户端软件的功能是：接收故障检测客户端软件的控制命令、然后根据控制命令将指令发送到继电器控制板，继电器控制板通过指令来操作故障设置模块，在故障电缆设置成功后，故障检测客户端软件对故障电缆进行检测，将获得的数据发送到模拟柜从机；

故障检测服务端软件与故障检测客户端软件的连接协议为TCP/IP协议，实现了远程主机可以同时控制多个模拟柜的功能。

继电器控制板22的主控芯片为STC12C5A60S23-5I。

继电器控制板22的RS232芯片为SP232EEN。

模拟柜从机21与继电器控制板22通过RS232串口线连接。

故障设置模块23的执行器件为电动推杆。

故障检测模块24可以模拟电缆的高低压电缆进行模拟，可以实现高阻、低阻、开路、短路四种故障类型。

电缆故障考评系统安装在远程主机和模拟柜从机上，具有单机版考评软件或网页版考评软件两种形式，单机版考评软件在不联网的情况下使用，网页版考评软件在教室范围内的局域网内安装部署，用来对模拟故障电缆检测得来的波形数据进行分析来获得电缆故障类型，同时通过对学员进行真实环境下对故障电缆进行检测的理论知识进行考试评测。

为了方便对学员进行故障电缆模拟检测实际操作的考核，设计了两种进行模拟故障电缆检测的操作模式：

模式一是通过远程主机控制模拟柜从机间接进行故障电缆的模拟和检测，其具体操作步骤为：

步骤1：将远程主机和模拟柜从机连接上网络；

步骤2：在远程主机的故障检测服务端软件上监听远程主机IP地址；

步骤3：在模拟柜从机上的故障检测客户端软件输入远程主机的IP地址和端口号，与远程主机进行连接，同时打开连接在继电器控制板上的RS232串口；

步骤4：在远程主机上选择相应编号的模拟柜，进行开机自检；

步骤5：在远程主机上选择好故障电缆的测试组和测试类型，发送命令，模拟柜从机接收到指令后，通过控制故障设置模块来设置相应的电缆故障；

步骤6；在远程主机上读取测试结果，模拟柜从机开始读取故障检测模块获取的电缆故障信息，发送到远程主机上；

步骤7；测试完成之后，在远程主机上进行操作，发送命令使模拟柜从机对整个模拟柜进行复位操作；

模式二是直接在模拟柜从机上进行操作来进行故障电缆的模拟和检测，具体操作步骤是：

步骤1：在模拟柜从机上打开RS232串口；

步骤2：在模拟柜从机的上选择测试组和故障类型，故障设置模块设置对应的电缆故障类型；

步骤3：在模拟柜从机上读取测试参数；

步骤4：测试完成之后，在模拟柜从机上对故障电缆设置模块和故障检测装置模块故障电缆模拟装置进行复位操作。

电缆故障考评系统可以对通过任意一种检测模式获取的电缆故障数据波形进行分析，通过软件对波形进行卡位可以获得故障电缆的距离和故障类型，在软件种进行故障测距的原理如下图：

在实际的工业生产中，利用电波检测电路故障，计算故障距离的原理是：

式中：l—检测的故障电缆距检测一端的距离，即故障距离；

v—脉冲在电缆中的传输速度；

T—测试仪器从发出脉冲到接收到故障点反射回来的脉冲所用的总时间；

在上式中v是电波在电缆中的传播速度，与电缆绝缘层的材料有关。由于所得到的总时间T是测试时电波来回的时间，所以在计算故障距离l时取一半。

在软件中生成一个波形用到的是一组数，当测试频率为f的时候，在故障点之间采集到的点数为n。其中采集到一个点所用的时间为t＝1/f，则这n个数据所用的总时间就等于时间检测时电波来回所用的总时间T＝nt。根据电缆绝缘材料选择的电波速度为v，在软件中的卡位就可以通过下面的公式计算故障距离：

Claims (10)

1.一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，包括远程主机、若干模拟柜及电缆故障考评系统；

所述模拟柜包括模拟柜从机、继电器控制板、故障设置模块及故障检测模块，模拟柜从机通过继电器控制板依次连接有故障设置模块和故障检测模块；

所述的远程主机，带有人机操作界面，能够对多个模拟柜进行远程操作，在选择好对应的模拟柜的编号和故障类型后，无线发送到模拟柜从机，通过故障设置模块和故障检测模块分别对故障模拟电缆进行故障设置和故障检测；

所述的电缆故障考评系统安装在远程主机和模拟柜上面，用来对检测到的故障电缆波形数据进行分析，同时对学员进行理论和实际操作部分的考评；

通过电缆故障仿真模拟及培训考评系统对故障电缆进行模拟仿真有两种操作模式：模式一是通过远程主机来操作模拟柜从机来实现对故障电缆的设置和检测，模式二是直接通过故障模拟柜来进行故障电缆的设置和检测。

2.根据权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，所述的远程主机和模拟柜从机通过TCP/IP协议进行通讯，任何一个模拟柜从机的在线状态都能够在远程主机看到，一个远程主机能够对多个模拟柜从机进行控制。

3.根据权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，所述的远程主机安装有故障电缆模拟服务端软件，所述故障电缆模拟服务端软件能够通过设置电缆的故障类型和模拟柜编号来操作某一模拟柜来进行故障电缆模拟，并且读取故障电缆信息。

4.根据权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，所述的模拟柜从机包括工控机、故障电缆模拟客户端软件、RS232串口线、继电器控制板，工控机和继电器控制板通过RS232串口线连接，故障电缆模拟客户端软件用于发送命令操作继电器控制板，从而控制故障设置模块。

5.根据权利要求4所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，所述的故障电缆模拟客户端软件既能够接收来自远程主机的控制命令来控制继电器控制板，也能够通过设置参数直接来控制继电器控制板。

6.根据权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，所述电缆故障考评系统为单机版考评软件或网页版考评软件，单机版考评软件在不联网的情况下使用，网页版考评软件在教室范围内的局域网内安装部署。

7.根据权利要求6所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，单机版考评软件通过文档和视频的方式来进行培训，考试试题类型分为入门级和专家级，考生用来进行进阶学习，考试试卷随机生成，考生能够在考试后对错误知识点复习。

8.根据权利要求6所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，网页版考评软件在服务器中部署后，在其他电脑上就能够通过网址进行访问，就能进行在线学习和考试，程序会自动进行判分，考试分数能够永久保存在数据库中。

9.根据权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，故障设置模块在对电缆进行故障模拟的时候能够通过远程操作；故障检测模块用于测得故障电缆的测试组、故障类型、故障距离及故障相序信息。

10.一种电缆故障仿真模拟及培训考评方法，采用权利要求1所述的一种电缆故障仿真模拟及培训考评系统，其特征在于，对电缆进行故障模拟仿真，包括两种操作模式，模式一为通过远程主机进行远程电缆模拟，具体步骤如下：

步骤1：将远程主机和模拟柜从机连接上网络；

步骤2：在远程主机上监听远程主机IP地址；

步骤3：在模拟柜从机输入远程主机的IP地址和端口号，与远程主机进行连接，同时打开连接在继电器控制板上的RS232串口；

步骤4：在远程主机上选择相应编号的模拟柜，进行开机自检；

步骤5：在远程主机上选择好故障电缆的测试组和测试类型，发送命令，模拟柜从机接收到指令后，通过控制故障设置模块来设置相应的电缆故障；

步骤6：在远程主机上读取测试结果，模拟柜从机开始读取故障检测模块获取的电缆故障信息，发送到远程主机上；

步骤7：测试完成之后，在远程主机上进行操作，发送命令使模拟柜从机对整个模拟柜进行复位操作；

模式二为通过模拟柜从机进行故障电缆故障模拟，具体步骤如下：

步骤1：在模拟柜从机上打开RS232串口；

步骤2：在模拟柜从机的上选择测试组和故障类型，故障设置模块设置对应的电缆故障类型；

步骤3：在模拟柜从机上读取测试参数；

步骤4：测试完成之后，在模拟柜从机上对故障电缆设置模块和故障检测装置模块进行复位操作；

两种检测模式获取的电缆故障数据波形经过电缆故障考评系统的分析，能够获得故障电缆的距离和故障类型。

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