基于虚拟现实技术的配网关键作业模型及事故仿真培训系统建设

关键词：运行智能配网电网

配网作为直接连接消费者的低压电网结构, 其安全稳定运行是保证整个电网安全可靠高效运行的基础, 特别是在智能配网蓬勃发展, 智能终端数量激增, 用电负荷增长迅猛, 数据高度融合共享的当今形式下, 提高配网操作人员技能水平, 保障高效能日常运维, 是电网发展重点关注的内容。

虚拟现实作为一种新技术, 通过1:1还原真实现场构建虚拟场景, 配网操作人员在虚拟世界进行沉浸式学习, 相比传统基于文字与图片的培训学习, 可以有效改进学员现场感差、容易枯燥乏味、培训效果不理想等问题。虚拟现实的仿真培训不仅可以将理论与实际相结合, 而且寓教于乐, 本系统通过配网关键作业【配电变压器试验、环网柜停电作业 (断路器柜误操作触电) 、绝缘子更换作业 (高空坠落) 】以及关键设备的仿真建模, 可以让员工更加深刻的学习相关知识点和技术原理, 并通过对作业流程仿真模拟, 让电力人员能更低风险、高频次进行项目模拟操作[1]。

一、三维建模

三维建模是整个虚拟仿真培训系统的基本要素, 三维建模通常有几何建模以及物理建模这两种形式。换句话说, 虚拟仿真培训系统中需要几何模型必须与实际相符合, 同时也必须要具有与实际物体相同的运动特征, 构建出的模型必须要真实, 这样才能够更好的达到培训的目的[2]。在三维建模的过程中必须要充分利用各种先进技术, 将实际物体的具体尺寸、纹理细节等作为最原始的数据, 通过一些模型制作软件 (3dsmax、maya等) , 以多方面数据 (照片、图纸等) 为依据, 建立配电变压器、环网柜、绝缘子相关数据模型, 通过Unity集成配电变压器试验、环网柜停电作业 (断路器柜误操作触电) 、绝缘子更换作业 (高空坠落) 虚拟场景。在这一过程进行中, 必须要结合虚拟仿真培训系统的实际要求以及对实际物体的等级需求来进行, 如此才能够更好的构建模型, 从而增强培训系统的真实性[3]。

二、交互设计

配网作业虚拟仿真培训系统不仅要有真实的三维场景, 同时要具备相对简单、模拟实际的交互设计。本项目通过交互设计, 在人机界面清晰的让用户了解能够使用三维模型进行哪些操作, 包括对物体进行平移或者旋转、拉伸物理、浏览三维场景、电力元件的工作原理展示、故障的模拟抢修、模拟安全体验等[4]。

三、系统功能

配网关键作业模拟仿真培训系统主要采用虚拟现实技术给电力人员的业务培训提供了一个非常简易并且高效的系统, 在系统中, 运用虚拟模型、3D动画、图形以及声音等不同的多媒体对电力操作流程进行了逼真的演示和体验。系统主要包括以下功能: (1) 现场漫游功能:现场漫游功能能够从不同的方面对电力作业现场进行了解, 主要有变电站和电力线路的结构、电力设备的运行状况、电力线路的接线情况等。 (2) 规范业务操作流程:配网核心业务虚拟仿真培训系统结合电力生产的实际特点, 根据具体业务的规范要求, 利用各种图形动画演示, 为电力操作人员展示出了各种安全工具的使用、业务操作流程[5]。 (3) 实际操作培训功能:该系统能够对配网关键作业『配电变压器试验、环网柜停电作业、绝缘子更换作业』仿真, 能够在很大程度上还原实际操作现场环境, 让培训对象能够获得一种亲临其境的感受, 从而更加牢固的掌握配电线路作业基本技能。具体内容包括:配电变压器试验仿真:依据10KV干式变压器为试验对象, 完成试验工具准备、试验前准备、绕组直流电阻试验、绝缘电阻试验、交流耐压试验、绕组电压比试验、试验终结等场景的建模与仿真。环网柜停电作业 (断路器柜误操作触电) 仿真:完成工器具准备、作业前准备、环网柜停电作业 (断路器柜误操作触电) 等场景的建模与仿真。绝缘子更换作业 (高空坠落) 仿真:完成作业准备、爬塔、安装绝缘接线器及绝缘保险绳、拆除旧耐张绝缘子串、拆除绝缘接线器及绝缘保险绳等场景的建模与仿真。 (4) 维护检修培训功能:虚拟仿真培训系统能够利用其培训平台, 极大的增加配电线路检修工作人员的技术水平, 同时也可以让新的技术人员对电力专业设备有一个详细的认识, 并利用这一系统能够在很多方面处理好过去电力培训中一些不可视、不可进入的危险场所的培训难题。 (5) 安全模拟功能:通过对一些典型案例的实际模拟来进行培训, 模拟的案例通常是随机的故障, 或者是在电力系统运行过程中由于人为失误而导致的故障等, 被培训的对象通过这一系统进行案例模拟练习, 能够在较短的时间内对配电线路经常产生的一些故障事故及其基本处理方法有充分的了解和掌握, 让被培训人员在实际工作中遇到这些问题时的应变能力和处理能力得到很大的提升。 (6) 考核评价功能:该系统提供配电变压器试验、环网柜停电作业、绝缘子更换作业考核评价模式, 在本模式中, 学员可在虚拟现实中进行业务操作, 系统能够对学员的培训情况进行评价、分析考核, 受训者也可以利用系统提供的功能开展自我评价[6]。

四、结束语

基于虚拟现实技术的仿真培训系统其灵活性非常强, 能够在很大程度上满足电力作业人员的培训需求, 该系统可以实时检测培训对象的受训过程, 在模拟培训的过程中第一时间作出信息的反馈, 另外该系统能够让培训对象在任何地点进行培训, 打破了以往培训对空间、时间的限制, 同时也能够极大的提升电力人员业务培训效果, 从而提升电力作业质量, 保证电网及人身安全。

摘要：本文介绍了基于虚拟现实技术开发的配网关键作业中电力设备和业务场景的三维建模、交互设计及培训应用等, 详细叙述了基于虚拟现实技术的配网关键作业培训系统的架构和各模块的功能。系统的开发应用为电力配网作业人员的培训带来极大便利, 有效提高了电力人员技能掌握效率。

关键词：虚拟现实,配网作业,仿真培训