基于虛擬現實技術的變電站檢修系統的設計研究

李士杰 張新波 陸海

摘 要：變電站是我國電力系統穩定運行中的重要一環。而變電站高效穩定運行對電力系統的經濟效益具有重要意義。變電站要想持續高效運行，其工作人員應該具備過硬的技術能力，變電站也應該具備先進的檢修系統。因此，本文對基于虛擬現實技術設計的變電站檢修系統進行研究，闡述虛擬技術在變電站檢修系統設計中的重要意義，提升變電站的運行的穩性、高效性。

關鍵詞：虛擬現實技術;變電站;檢修系統

現階段，我國電力系統在信息化的發展趨勢下，對新技術的需求越來越高，作為電力系統運行中重要組成部分，變電站在設計檢修系統過程中，借助了虛擬現實技術，而基于這種技術開發設計的虛擬變電站檢修系統，在培訓工作人員技術能力，變電設備檢修和操控以及變電站突發事故解決方面具有重要作用，通過虛擬變電檢修系統，能夠有效的提升工作人員的專業技能，保證變電站的穩定高效運行，對電力系統運行有重要的現實意義。

1.虛擬現實技術下的變電站檢修系統設計

1.1變電所場景漫游

變電站的變電系統是十分復雜的，同時在變電站系統運行過程中，也有很多設備需求。在對檢修工作人員進行變電所技能培訓時，主要是讓工作人員對變電所設備的操作方法、工作原理以及工作流程進行了解學習，從而使其能夠在常規工作中熟練的操作變電所設備，更好的完成工作。

1.2設備的控制操作

變電站工作人員對變電站的設備進行熟練的操作，是變電站順利開展工作的基礎，也是變電站工作人員的基本工作技能要求。而通過虛擬現實技術，工作人員在變電站檢修系統中，可以根據變電站設備的實際操作狀態，在虛擬系統中進行模擬訓練，這種方式能夠加強工作人員對設備的操控，并且不受時間、空間上的限制，既保證了操作訓練的有效性，又能夠節省培訓成本，避免設備的磨損。

1.3常見的事故處理

變電站的設備在工作人員操控過程中，往往會受到外界因素的影響，容易發生一系列的突發事故。在對變電站工作人員進行技能培訓時，如何處理常見的事故也是重要一環。而通過虛擬現實技術，工作人員可以在虛擬場景中對事故進行模擬，這樣能夠使工作人員更加清楚的了解發生事故時設備的運行狀態，一旦在后續工作中，出現了常見的突發事故，工作人員也可以選擇更好的解決辦法來應對。事故處理虛擬演練功能的設計，是根據設備實際事故的數據參數，在VRP平臺進行事故模擬還原，同時在虛擬場景中對事故進行特效處理。

1.4主要元器件的拆裝學習與訓練

變電站工作人員的工作技能訓練中，元器件的拆裝學習也十分重要，這對工作人員深入了解變電設備有所幫助，在后續日常設備檢修過程中，工作人員只有對變電設備的內部構造有清晰的認識，才能在工作中對設備的性能、功能以及工作狀態有更加深刻的體會，從而更好的進行變電工作。

2.虛擬現實技術設計變電站檢修系統的三維場景建模與交互

2.1三維場景建模

2.1.1利用3DSMAX建模技術對變電站元器建模

（1）擠出。在運用3DSMAX建模技術對變電站的設備進行建模時，使用最頻率最高的命令就是擠出命令。這種命令一般是通過二維圖形作為底面，在垂直方向上構建三維立體模型。在建模設計過程中，大部分變電站設備元器件都會使用擠出命令來進行設計。（2）車削。這一3DSMAX命令在建模過程中，主要是基于一條直線為主軸，將二位圖形通過旋轉操作生成三維立體模型。其主要的作用就是在進行設計建模時，可以根據立軸建立對稱模型。車削命令一般是在前視圖中使用較多。而在進行變電站建模設計過程中，設備的電流互感器以及斷路器都是通過車削命令來進行模型建立的。（3）放樣。這一命令在變電站虛擬建模中屬于較為抽象的操作。其主要是基于二維圖形或三位模型的穿梭路徑進行設備建模操作，主要用于對結構較為復雜，同時具有一定規則特點的變電站設備進行模型建立。

2.2.2利用3DSMAX特效技術完善變電站場景

（1）材質貼圖特效。應用這種特效技術能夠對變電站場景的三維模型內部構造組成進行良好的體現，對某些變電站設備外部表面的光學特征，有著極佳的顯示效果。（2）光照特效。這種特效技術主要用于展示變電站虛擬場景中，設備模型之間的光學元素傳遞過程。具體而言，是變電站設備的虛擬模型某個面之間的光學元素傳遞過程。利用這種特效技術能夠實現變電站場景的光學效果。（3）烘焙技術。這項技術可以將變電站虛擬場景中的光照信息，利用貼圖處理重新貼回變電站設備模型表面。當對變電站場景進行二次渲染時，可以不用計算光照信息就能將光照效果渲染出來，通過烘焙技術能夠有效的節省變電站虛擬檢修系統的內部空間和相關資源。

2.2三維場景交互

2.2.1利用VCR平臺實現虛擬變電站漫游和操作

變電站虛擬檢修系統在進行變電站設備建模時，主要運用了三維建模軟件3Dmax對相關元器件進行設計，同時也是應用此軟件對元器件模型進行整體的裝配。該軟件只能進行對變電站設備固定模式的裝備，無法完成變電站虛擬漫游功能。也無法對虛擬設備的元器件模型進行拆裝操作。而要想實現虛擬變電站的漫游功能和元器件的拆裝操作。就需要將虛擬變電站元器件模型導入基于虛擬現實技術的VRP平臺。在VRP平臺中，可以利用虛擬現實技術實現虛擬變電站的漫游功能，還能夠對虛擬變電站場景中的設備模型進行實時操控，從而實現虛擬變電站檢修系統的構建。

結束語

綜上所述，基于虛擬現實技術來構建虛擬的變電站檢修系統，使變電站工作人員能夠在虛擬場景對變電設備進行檢修以及操控訓練，還能夠在虛擬場景中對工作人員進行變電站突發事故模擬演練，提升了工作人員的專業技能和工作經驗，同時該系統還具備節省變電站的維修、培訓成本、安全系數高等優點，有效的提高了變電站的工作效率和經濟效益。

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（作者單位：1.南方電網有限責任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心;2.南方電網超高壓輸電公司;3.南方電網有限責任公司超高壓輸電公司檢修試驗中心）