CC BY
142
УДК 621.311:658.5.012
ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ: ДЕЛОВЫЕ ИГРЫ
Н.П. Фикс, В.В. Трощинский
Томский политехнический университет E-mail: nataliafix@tpu.ru
Актуальность работы обусловлена современными требованиями, предъявляемыми Системным оператором Единой энергетической системы к подготовке оперативно-диспетчерского персонала, а именно: знание схем, энергетического оборудования, понимание технологических процессов, знание правил эксплуатации электроустановок потребителей, правил электробезопасности. Эти компетенции в определенной степени приобретаются магистрантами при изучении дисциплины «Оперативное управление в электроэнергетике». Освоение дисциплины предполагает изучение энергетического оборудования, технологических процессов, правил эксплуатации электроустановок, получение навыков ведения режима и выполнения переключений в электрических сетях. Как показывает практика, повышение эффективности подготовки оперативного персонала достигается с помощью специальных тренажеров, которые отражают поведение энергосистемы в различных системах работы. Применение профессиональных тренажеров оперативного персонала в учебном процессе требует разработки специальных учебно-методических материалов, поскольку они используются в качестве обучающих, а не тренировочных систем. В настоящее время на кафедре электрических сетей и электротехники ТПУ разрабатывается электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Оперативное управление в электроэнергетике», в том числе блок моделирования с использованием тренажеров диспетчера. Основные модули учебно-методического комплекса: электронный учебник, система тестирования и лабораторный практикума в форме деловых игр. По предварительным данным, использование профессиональных тренажеров в деловых играх с созданным методическим обеспечением позволяет эффективно обучать студентов широкому кругу практических задач оперативного управления в электроэнергетике. Это подтверждает целесообразность дальнейшего развития деловых игр в составе учебно-методического комплекса.
Ключевые слова:
Деловая игра, тренажер диспетчера, авария в энергосистеме, оперативное управление в электроэнергетике, электронный учебно-методический комплекс.
Томский политехнический университет - один из ведущих вузов, образовательная деятельность которых связана с подготовкой высококвалифицированных специалистов для энергетических предприятий. Новые требования к уровню и содержанию образования студентов энергетического профиля приводят к необходимости применения технологий обучения, соответствующих инновационному инженерному образованию. При этом устойчивой мотивации студентов к обучению можно достичь, выстраивая четкие логические связи между компонентами знаний и их практическим применением.
Преобразование информационно-объяснительного обучения в инновационное деятель-ностное предполагает использование различных информационных технологий, создание электронных обучающих систем. Необходимо обеспечивать возможности свободной поисковой деятельности и профессионально ориентированное личностное развитие обучающихся. Среди эффективных активных форм и методов обучения, способствующих формированию наиболее важных профессиональных компетенций будущих специалистов, можно отметить проектный
Фикс Наталья Павловна,
канд. пед. наук, доцент кафедры электрических сетей и электротехники Энергетического института ТПУ. E-mail: nataliafix@tpu.ru Область научных интересов: моделирование режимов электроэнергетических систем, теория и методика профессионального образования. Трощинский Владимир Викторович, магистрант кафедры электрических сетей и электротехники Энергетического института ТПУ. E-mail: sky_live@mail.ru Область научных интересов: моделирование режимов электроэнергетических систем, теория и методика профессионального образования.
метод, публичные выступления, дискуссии, обучение в сотрудничестве, решение проблемных ситуаций, использование профессионально ориентированных видеофильмов, мультимедиа [1].
Классификация инновационных методов обучения по характеру учебно-познавательной деятельности включает два основных вида: имитационные и неимитационные. В свою очередь, имитационные методы делятся на игровые (учебные игры, деловые игры, игровые ситуации, тренинги, игровые приемы) и неигровые (case-study, ТРИЗ-работа, разбор деловой почты). Неимитационные методы: поисковая лабораторная работа, эвристическая беседа, семинары, дискуссии, самостоятельная работа с литературой [2].
Предприятия электроэнергетики имеют собственные опыт, программно-аппаратное обеспечение и методологию тренировок персонала, которые можно распространить на область подготовки студентов-электроэнергетиков в виде постановки деловых игр. В частности, для тренировки диспетчеров предприятий электрических сетей и энергосистем применяются как специализированные, так и многофункциональные компьютерные тренажеры, которые можно использовать в качестве режимных тренажеров и тренажеров оперативных переключений [3].
Существует множество электронных курсов по различным дисциплинам, созданных в различных электронных образовательных средах, но среди их разнообразия нам не удалось найти аналогов по магистерским дисциплинам, связанным с оперативно-диспетчерским управлением в электроэнергетических системах, поэтому представляется актуальным описание принципов проектирования, структуры, функционального назначения, методики применения электронного учебно-методического комплекса (ЭУМК) в образовательном процессе, создаваемого с использованием современных тренажерных систем для профессиональной подготовки оперативного персонала [4].
В настоящее время на кафедре электрических сетей и электротехники ТПУ ведется работа по созданию ЭУМК по оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетических системах, включающего в том числе блок деловых игр с использованием режимных тренажеров и тренажеров оперативных переключений.
Основной целью создания ЭУМК является формирование профессиональной компетентности посредством специализированных программных средств и мультимедийных технологий. Основу принципов проектирования ЭУМК составляют дидактические, психологические, методические и эргономические требования к ЭУМК.
В общем смысле основной целью создания учебно-методического комплекса является обеспечение студента полным комплектом учебно-методических материалов, позволяющих самостоятельно изучать дисциплину. Функции преподавателя включают консультирование, текущий и итоговый контроль, отыскание и применение способов повышения мотивации студентов к обучению.
Для разработки ЭУМК выбрана электронная обучающая среда (модульная объектно-ориентированная обучающая система) LMS Moodle, позволяющая с помощью стандартных средств создать полноценный комплект электронных учебных материалов с возможностью редактирования и управления ими.
Система управления курсами (CMS) Moodle также известна как система управления обучением (LMS), или виртуальная обучающая среда (VLE). Это веб-приложение предоставляет широкие возможности по созданию эффективных сайтов, предназначенных для электронного обучения [5]. Moodle представляет собой платформу, на которой размещаются теоретические и практические материалы для дистанционного обучения студентов. Среда Moodle предназначена как для создания полностью онлайн-курсов, так и для смешанного обучения.
Возможности Moodle: размещение материалов, созданных с помощью внешних программных продуктов (файлы различных форматов); создание учебных материалов внутри среды (содержит встроенный HTML-редактор); создание материалов для контроля знаний и организации совместной работы обучающихся (тесты, задания, семинары, вики, форумы и др.); мониторинг обучения; коммуникации внутри курса (форумы, чаты, вебинары); получение обратной связи от обучающихся (опросы, анкеты).
Основными задачами при использовании системы электронного обучения являются: разработка концепции и структуры ЭУМК, методического обеспечения деловых игр, организа-
ция аудиторной и самостоятельной работы студентов, техническое и инструментальное оснащение аудиторий.
В состав ЭУМК включены следующие основные компоненты: электронный учебник, лабораторный практикум в форме деловых игр и блок диагностики результатов обучения. Электронный учебник предназначен для самостоятельного изучения студентами теоретических материалов. Система тестов реализует функции проверки процесса и результатов освоения студентами теоретических и практических учебных материалов. Лабораторный практикум содержит методические указания к деловым играм по оперативным переключениям в электроустановках и по ведению режима электроэнергетической системы.
В электронном курсе «Оперативное управление в электроэнергетике» представлены теоретические материалы для подготовки студентов, задания и тесты, размещены задания и методические указания к деловым играм по оперативным переключениям и ведению режима энергосистемы. Кроме теоретических и практических материалов в электронный курс включаются мультимедийные файлы, в частности для демонстрации оперативных переключений в электроустановках.
Как показывает практика подготовки персонала энергопредприятий, для приобретения профессиональных навыков целесообразно использовать режимные тренажеры и тренажеры оперативных переключений, отражающие характер деятельности оперативного персонала в различных режимах работы электроэнергетических систем. Применение тренажеров в образовательном процессе требует разработки специального учебно-методического обеспечения, поскольку для студентов они используются в качестве обучающих, а не тренировочных систем.
Для проверки знаний и приобретения навыков практической деятельности используются специализированные и комплексные тренажеры.
Система оценивания деятельности участников деловой игры должна содержать перечень оцениваемых действий и их количественные показатели. Это могут быть, например, баллы, начисляемые или вычитаемые за определенные стандартные и нестандартные действия участников на каждом этапе деловой игры. Эта система должна быть связана с определенной деловой игрой на этапе разработки, при определении рекомендуемых действий. Как правило, оценивают ошибочные действия, необходимые решения, неполноту решений, различные траектории управления.
Основная форма проверки знаний и практических навыков оперативного персонала -противоаварийные тренировки. Оценка эффективности действий в процессе ликвидации аварийной ситуации обычно осуществляется по пятибалльной шкале и связывается с эталоном, сформированным экспертами. По степени отклонения параметров оценки управления от контрольных параметров, по количеству ошибок можно оценить качество действий участников тренировки [6].
В деловой игре по ведению режима студенты распределяют между собой следующие роли: Диспетчер районного диспетчерского управления, Дежурный электромонтер подстанции и Контролирующее лицо. Участникам деловой игры предоставляется информация об исходном состоянии схемы, о срабатывании коммутационной аппаратуры и устройств релейной защиты и автоматики [7].
В качестве инструмента для деловых игр по ведению режима электроэнергетической системы используются режимные тренажеры диспетчера «Феникс» и «Финист».
В качестве инструмента для деловых игр по оперативным переключениям выбран тренажер оперативных переключений «Модус» [8]. На базе этого тренажера разработаны деловые игры, способствующие получению начальных навыков производства оперативных переключений, работы диспетчера, а также максимальному приближению учебного процесса к реальным условиям [7]. Для проведения деловых игр по оперативным переключениям разработаны методические указания, определен состав участников и система оценки результатов обучения.
Деловая игра содержит два типа деятельности: собственно игровую и учебную. Игровая задача - выполнение студентом определенной профессиональной деятельности. Учебная - овладение знаниями и умениями. Решается эта задача до начала игры (изучение теоретических материалов и анализ решаемых в деловой игре проблем) и во время анализа действий играющих, осуществляемого после игры [9].
Для оценки результатов деятельности студента вычисляется сумма штрафных баллов, соответствующих сделанным ошибкам в процессе деловой игры. Ошибки условно делятся на незначительные, существенные и грубые. Результат деловой игры оценивается по следующим критериям: ведение оперативной документации, ошибки в бланках переключений, ошибки при переключениях, проверка бланка переключений, контроль.
Рассмотрим пример деловой игры по оперативным переключениям «Перевод присоединений с одной системы шин на другую».
В деловой игре студенты распределяют между собой следующие роли: Диспетчер районного диспетчерского управления, Дежурный электромонтер подстанции и Контролирующее лицо. Участникам деловой игры предоставляется информация об исходном состоянии схемы, о срабатывании коммутационной аппаратуры и устройств релейной защиты и автоматики. На рис. 1 представлен фрагмент типового бланка, по которому участники деловой игры производят переключения [10].
■ ПСИОкВ-МайскаяЦ
■ БЛАНК-ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ- №1Ц
Задамие:-ВывестивремонтИсистемушинРУ-110кВ.Ц
Исходное-состояние-схемы:-ОРУ- 110°кВ- —схема- нормальная,-УРОВ,-ДЗШ - введены- в
работу.И
Начало-переключений:-------- час. мин.-- 20-----г.И
Окончание-переключений:--- час. мин.-- 20......г.И
От мет №■ опера МестоЦ Наименование-операцииН Примеч аниеН п
кав циив выполнения!]
а 1. - ГЩУВ Включить-ШСВМ-110-кВН а
ГЩУ1 Проверить-включённое-положение- И н
2. - РУ-ИОкВВ ШСВМ-110-кВН 0
ГЩУ1 Отключить-автомат-оперативных- п
3. -» Панели-ЕЗиАП цепей-ШСВМ-110-кВ.О
ГЩУ1 Проверить-введённое-положен ие- и
4. - Панели-ЕЗиАо ДЗШ-1—11-систем-шин-110-кВ.И
Рис. 1. Фрагмент типового бланка переключений
В процессе перевода присоединений с одной системы шин на другую необходимость и последовательность операций определяется указаниями инструкций по производству переключений. В процессе перевода присоединений с одной системы шин на другую и необходимости проверки синхронности напряжений в электроустановках, где отсутствуют приборы контроля синхронизма, синхронность напряжений систем шин и переводимых присоединений подтверждается диспетчерским или оперативным персоналом, дающим разрешение на перевод. Для открытых распределительных устройств (ОРУ) с большим числом присоединений, в которых шинные разъединители имеют электроприводы с дистанционным управлением, допустим перевод присоединений с одной системы шин на другую поочередно (по отдельным присоединениям). Необходимо произвести визуальную проверку положений шинных разъединителей переведенных присоединений по месту их установки. Последовательность переключений при выводе в резерв системы шин в электроустановке, в которой возможно возникновение феррорезо-нанса, указывается в инструкциях по производству переключений [11].
В зависимости от уровня подготовки студентов перед ними ставятся два вида задач.
Первый вид задачи. Студентам для ознакомления предоставляется сценарий вывода в ремонт первой системы шин распределительного устройства 110 кВ подстанции «Майская», но
задание для группы будет заключаться в том, чтобы ввести первую систему шин в работу. Исходное состояние ОРУ для первого задания представлено на рис. 2. Также в программе существует сценарий ввода первой системы шин в работу. Этот сценарий носит обучающий характер и позволяет студентам ознакомиться с особенностями данного вида работы.
Рис. 2. Схема ОРУ-110 кВ с выведенной в ремонт первой системой шин
Такая постановка задачи позволит студентам действовать согласно типовой инструкции по оперативным переключениям и в результате понять смысл и последовательность переключений, а не выучить бланк переключений наизусть для успешного выполнения задания. Студентом разрешается пользоваться типовой инструкцией по оперативным переключениям, бланком вывода в ремонт первой системы шин, а также помощью Диспетчера.
Для наиболее подготовленных студентов предусматривается схема без возможности просмотра сценария ввода первой системы шин в работу. Вместо этого группе студентов будет предоставлен бланк вывода в ремонт первой системы шин и схема распределительного устройства, находящегося в ремонте. Из числа студентов выбирается Диспетчер, который наблюдает за работой студентов, проверяет подготовленные бланки переключений, а также руководит всеми оперативными переключениями. Ответственность в группе студентов распределяется по матрице ответственности (табл. 1). В табл. 1: О - ответственный, И - исполнитель, К - консультант.
Таблица 1. Матрица ответственности
Операция Диспетчер Оперативный работник I Оперативный работник II
Сдача / Прием смены И И К
Составление бланка переключений К И/О К
Проверка бланка переключений И О К
Выполнение переключений К И/О О
Контроль выполнения переключений К И И/О
Диспетчер сдает и принимает смену, осуществляет контроль при составлении бланка переключений, проверяет бланк после его составления, а также контролирует работу оперативного персонала при переключениях.
Оперативный работник I также является исполнителем при сдачи и приеме смены, составляет бланк переключений и несет ответственность за составленный бланк, производит оперативные переключения в электроустановках и самостоятельно контролирует соответствие выполняемых действий составленному бланку переключений.
Оперативный работник II ведет контроль выполнения всех действий, связанных с приемом и сдачей смены, составлением бланка переключений, проверкой бланка переключений, выполнением оперативных переключений.
Второй вид задачи. Группа студентов разбивается на две подгруппы, в каждой подгруппе выбирается студент, выполняющий обязанности Диспетчера. Первая подгруппа производит вывод в ремонт второй системы шин подстанции «Майская», руководствуясь схемой распределительного устройства и типовой инструкцией по оперативным переключениям. В программе предусмотрен сценарий оперативных переключений, который можно использовать в процессе обучения студентов или исключить его для усложнения задания. Весь процесс работы контролируется Оперативным работником II и оформляется в оперативном журнале.
Вторая подгруппа студентов приступает к работе после того, как работа первой подгруппы полностью завершена, а именно: вторая система шин выведена в ремонт, записи в оперативном журнале оформлены соответствующим образом и подведены итоги проделанной работы. После этого Диспетчер сдает смену, рассказывает об изменениях в схеме распределительного устройства подстанции «Майская», количестве включенных заземляющих ножей и уточняет места их включения. Задача второй подгруппы состоит в том, чтобы ввести вторую систему шин в работу. Исходное состояние схемы ОРУ для второй группы представлено на рис. 3.
ОРУ-ИОкВ
Рис. 3. Схема ОРУ-110 кВ с выведенной в ремонт второй системой шин
Для выполнения задания составляется бланк переключений с использованием типовой инструкции по оперативным переключениям, схемы распределительного устройства, а также бланка переключений, составленного первой подгруппой. После составления обратного бланка переключений он проверяется Диспетчером, и система шин вводится в работу. Процесс ввода второй системы шин в работу непрерывно контролируется Оперативным работником II. Задание считается успешно выполнением, если члены группы не допускают ошибок в процессе работы.
По мнению авторов, применение деловых игр в составе электронного учебно-методического комплекса при обучении студентов электроэнергетического профиля должно способствовать приобретению студентами навыков и качеств, наиболее важных для успешной профессиональной деятельности, а именно: способность квалифицированно решать профессиональные задачи, гибко, нестандартно и своевременно реагировать на различные изменения, эффективно использовать новую технику и технологии. Деловая игра является одним из наиболее эффективных методов инновационного обучения, позволяющим устанавливать связи между теоретическим характером учебного процесса и практическим характером профессиональной деятельности студента.
Результаты апробации в учебном процессе разработанных деловых игр по оперативным переключениям и ликвидации технологических нарушений показывают, что магистранты в
процессе деловой игры получают навыки работы в команде и приобретают профессиональные навыки. Это подтверждает целесообразность дальнейшего развития деловых игр как перспективной технологии обучения магистрантов и эффективного средства их подготовки к профессиональной деятельности на предприятиях электроэнергетического комплекса [7].
Как показывают предварительные результаты, деловые игры являются эффективным способом освоения студентами широкого круга практических задач оперативного управления в электроэнергетике. Этим подтверждается целесообразность их дальнейшего развития как элемента образовательного процесса. Разработка ЭУМК по оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетических системах в электронной среде обучения Moodle позволяет нам представлять учебные материалы в различных, в том числе мультимедийной, формах, оценивать качество знаний с помощью тестовых заданий, реализовывать индивидуальный подход и управлять самостоятельной работой студентов, а магистранты получают возможность применять совокупность полученных знаний и умений как в процессе деловых игр, так и в профессиональной деятельности.
Статья рекомендована к публикации по итогам работы VМеждународной молодежной конференции "Электроэнергетика глазами молодежи 2014".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Черкасов М.Н. Инновационные методы обучения студентов // «Инновации в науке»: материалы XIV Международной заочной научно-практической конференции. Ч. I. (19 ноября 2012 г.). - Новосибирск: СибАК, 2012. - С. 124-129.
2. Трощинский В.В. Методическое обеспечение деловых игр для обучения студентов электроэнергетического профиля // Электроэнергетика глазами молодежи: науч. тр. V Между-нар. науч.-техн. конф., г. Томск, 10-11 ноября 1914 г. / Мин-во образования и науки РФ, Томский политехнический университет. -Томск. - Т. 2. - С. 620-624
3. Хрущев Ю.В., Бацева Н.Л., Мастерова О.А. Активизация подготовки студентов-электроэнергетиков с помощью деловых игр // Известия вузов. Проблемы энергетики. -2010. - № 3-4/I. - С. 38-41.
4. Хрущев Ю.В., Бацева Н.Л., Фикс Н.П., Калани Э.Я. Постановка деловых игр по оперативному управлению в электроэнергетике для профессиональной подготовки магистрантов // Электроэнергетика глазами молодежи: научные труды IV Международной научно-технической конференции, Новочеркасск, 14-18 октября 2013. - Новочеркасск: ЛИК, 2013 - Т. 2 - C. 448-452.
5. Инструменты MOODLE для организации и управления процессом дистанционного обучения. - URL: http://dev.lms.tpu.ru (дата обращения: 03.10.2014)
6. Меркурьев Г.В. Оперативно-диспетчерское управление энергосистемами: учеб. пособие. -СПб.: Центр подготовки кадров энергетики, 2002. - 99 с.
7. Калани Э.Я. Организация образовательной деятельности магистрантов в форме деловых игр по дисциплине «Оперативное управление в электроэнергетике» // Уровневая подготовка специалистов: государственные и международные стандарты инженерного образования 2013. - С. 47-49.
8. Тренажер оперативных переключений «Модус» // Компания Модус. 2012. - URL: http://swman.ru/content/blogcategory/20/48 (дата обращения: 25.01.2015).
9. Калентионок Е.В., Прокопенко В.Г., Федин В.Т. Оперативное управление в энергосистемах: учеб. пособие. - Минск: Высш. шк., 2007. - 351 с.
10. Стандарт организации ОАО «СО ЕЭС». СТО 59012820.03.100.30-002-2009. Профессиональная подготовка поддержание и повышение квалификации персонала: утв. и введен в действие приказом ОАО «СО ЕЭС» от 06.11.2009. № 434. - М., 2009.
11. ГОСТ Р.1.4-2004. Правила переключений в электроустановках. - М., 2011. - 110 с.
Поступила 29.01.2015 г.
