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浅谈VR技术在变电站运维检修培训系统中的应用

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：吕佳毅

[导读] 摘要：在以往的变电站运维检修管理中，基本上都凭借着相关工作人员的经验以及对于电力设备的熟悉程度来开展的，可以说运维人员的专业水平直接对变电站的运维成效产生影响。

        江苏省电力有限公司检修分公司扬州运维站江都运维班 225000
        摘要：在以往的变电站运维检修管理中，基本上都凭借着相关工作人员的经验以及对于电力设备的熟悉程度来开展的，可以说运维人员的专业水平直接对变电站的运维成效产生影响。虚拟现实技术（VR技术）在变电站运维检修培训系统中的应用能够“真实”的再现变电站运维工作中的各种业务场景，使工作人员的工作技术水平不断提升，降低运维作业的安全风险。本文对虚拟现实技术在变电站语文你检修培训系统中的运用展开了一些探讨，仅供参考。
        关键词：虚拟现实技术；变电站运维；培训系统
        目前我国变电站管理与运维工作绝大多数依赖于从业人员的经验和对电力设备的熟悉程度，人员专业素质直接影响到变电站设备的运行维护水平，甚至影响到电网的安全运行。因此，如何利用科学的技术和管理手段对电力设备信息进行有效管理，使变电站运维的管理步入定量化、科学化、现代化、智能化的轨道，已成为电力行业当前十分紧迫的任务。VR技术的发展，能够把丰富的运维检修经验逐步积累并“真实”的再现各类业务场景，为现场人员提供一双“透视眼”和“训练场”，能有有效提高员工技能水平和作业风险隐患的防范，切实解决当前变电站运维管理的落后状况，弥补管理的空白，全面提高作业人员的工作效率和变电站运维的智能化水平。
        1 智能变电站运维培训系统实现与应用的关键技术
        1.1 功能模块设计的合理性
        （1）一、二次设备巡视。通过三维虚拟现实技术建立变电站一次设备、二次设备及其相关场景的三维仿真模型，培训人员通过虚拟现实硬件设备可以实现诸如例行巡视、全面巡视、熄灯巡视、特殊巡视和专业巡视等巡视培训。（2）倒闸操作。学员在变电站仿真子系统中实际操作，学习解决处理实际问题的能力，实行对学员的量化考核。（3）异常处理。系统模拟多种变电站设备故障时的状态与信号，学员根据相关信息进行故障的处理操作。（4）事故处理。系统模拟发生事故时，与现场情况一致的一、二次设备及监控系统中的各种现象，学员能够进行恢复操作，所有的操作能够记录，并对学员处理行为实施评价。（5）带电检测。红外测温是维护运行人员必须掌握的技能，在发现设备异常和故障有重要的作用。系统模拟设备红外特征，学员根据精确测温的结果，判断缺陷等级，考核维护运行人员巡视、应急处理的能力。
        1.2 三维场景模拟技术
        三维场景与真实化处理是虚拟变电站三维仿真最关键的两个构成部分，前者是系统创建并应用的必要前提，而后者则是受训人员获得真实感与沉浸感最重要的途径。具体来讲，三维建模是虚拟现实技术与变电站三维场景结合的精确体现，也是系统可操作性以及虚拟场景真实效果增强的关键所在。除此之外，在软件系统中相关人员还应注意，场景与逻辑颗粒度会显著影响系统软硬件运行性能，应结合实际情况进行内容颗粒度与沉浸感、真实性的平衡。与此同时，虚拟变电站场景还可能通过进一步拓展，利用分布式仿真导入更高级别模拟模块的结果，为虚拟现实技术研究奠定牢固的基础，进而形成虚拟变电站的虚拟场景。实践证明，真实化处理技术对于虚拟变电站三维场景来讲十分关键，其能够实现变电站运行状态真实、有效的反映，且以赋予模型材质、贴图以及设置灯光等操作为主要内容；增强细节表现力的有效措施之一就是贴图与材质设计，其能显示变电站三维模型设备的表面纹理及注入显示屏等关键仪表及参与；为在最大程度上拓展在多种气象条件下的运维操作场景，高级实时渲染技术是实现系统的核心技术之一。
        1.3适合的交互工具
        首先，学员在智能变电站场景内漫游期间，需合理交互场景中的相关设备，在运维操作训练中，学员应根据具体的操作内容，灵活选择诸如电脑钥匙、手电、红外测温仪、万用表等多种类型的设备，尤其在基于虚拟现实技术的培训系统中，良好的操作方式是实现上述功能的关键。

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同时，考虑到VR 市场目前的整体情况，相关人员在设计系统时也要选择最合适的设备，通常情况下需准备一个头戴式显示器以及两个单手持控制器，以及能同时展开显示器与控制器追踪的定位系统。
        2 基于VR技术的变电站运维检修培训系统的应用
        基于VR技术的变电站仿真系统依据变电站现场情况预置虚拟场景系统数据库，在服务层实现各类服务场景的搭建和业务的处理，包括三维场景演示、操作流程演示和用户行为判定等服务，变电站运维管理人员在展示层借助VR外设，感知场景并通过特征动作反馈，实现动作特征与场景设计的交互。
        2.1 知识学习
        创建基于虚拟现实技术的智能变电站运维培训系统，知识学习自然就是最主要、最关键的目的，受训人员只有在系统帮助下掌握更多知识与技能，系统的实际作用才能算作真正发挥。由此可见，相关人员必须要保证对于变输配电系统多媒体演示手段的有效利用，培训内容则通常情况需以系统一、二次设备以及自动化装置的基本情况为主，同时安全工具使用方法、安全常识以及电工技术等的培训都需要得到重视。除此之外，相关人员还需将用户需求作为根据，进行对配电方案的科学规划，使学生通过操作虚拟变电站仿真系统，加深对配电方案知识的掌握程度。
        2.2 设备维护
        经实践证明，此培训仿真系统能实现变电站运维操作全过程的模拟，例如设备巡视、倒闸操作、异常处理、事故处理和带电检测等内容。倒闸操作某一典型模拟内容如下所述：模拟场景地点为虚拟总控室，学员接听调度电话，在模拟计算机上完成模拟操作并打印操作票，领取电脑钥匙，在远程控制计算机上关闭设备电闸。之后在二次设备上进行相关的压板操作后前往现场，在设备现场观察电闸开关指示，操作对应的端子箱，设置相关设备和机械操作装置的电源状态，执行操作票上规定的设备开合闸操作，完成后返回总控室。返回室内后，按照要求依次检查各个二次设备显示状态无误，并操作必要的压板，返还电脑钥匙，并执行全面检查，确认操作安全无误后，该项倒闸操作内容的运维培训任务才算真正完成。
        2.3 操作技能
        仿真训练方式相比较而言优势显著，其能够帮助受训人员不断提升练习过程的真实性，也能够促进其对各类设施设备有更深层次的理解与掌握，创建多种类型的复杂任务，使日常中练不到、用不起的培训需求得到较好的满足，确保受训人员具备一定的事故应急处理能力；站在生产与安全的角度上来看，相关人员可以采取组织学员观看视频学习与模拟训练的方式，加强学员的实际操作能力及安全生产意识。
        2.4 故障模拟
        在虚拟现实训练系统中，教员可根据需要选择或实时插入设备故障模拟，并驱动事故模拟场景。受训人员能在与实际事故无差别的安全场景中亲身体验，感触各种作业环境中存在的危险因素，以及操作规范性不足会导致的严重后果，利用系统的视听触觉反馈加深印象。
        3 结束语
        虚拟现实技术作为新时代的先进技术，也得到了愈发广泛的应用，而这种技术简单来讲就是通过精确的三维场景与逻辑模拟，使现实中的相关事物再现。尤其是对于智能变电站的运维培训系统来讲，其不仅能帮助受训者在安全的环境下，进行相关知识学习与设备使用练习，使各类风险尽可能降到最低，还能够科学有效地降低成本预算，提升学习与保留率，总体来讲利远远大于弊。
        参考文献：
        [1]郄建宾.浅谈VR/AR技术在铁路供电系统中的应用[J].电气化铁道，2019，30（01）：112-114+117.
        [2]张军文.浅谈VR技术在汽车职业教育中的应用探索[J].数字化用户，2019，025（015）：292.
        [3]俞飞扬.浅谈虚拟现实技术在现实中的应用[J].通讯世界，2019，26（01）：268-269.