VR技術在電力系統人員培訓中的應用探索

譚偉田　李運杰

摘? 要：隨著能源互聯網的提出，電力系統進入高速發展階段，設備更新不斷加速，對現場人員技術水平要求不斷提高。伴隨電網規模的擴大，公司連續擴招的同時，也帶來新進人員多，現場作業人員經驗欠缺，故障分析處理能力不足等問題，導致現場安全生產風險不斷升高，人員培訓壓力劇增。虛擬現實技術能實現集聽覺、視覺、觸覺一體化的虛擬環境，通過對虛擬現實原理進行研究分析，并將其引入到電力系統工作人員的培訓中，通過模擬現場環境，為受訓人員提供一個逼真的體驗環境，增強培訓交互性，提升培訓效果。

關鍵詞：VR技術應用;電力系統;人員培訓

引言

近年來，新疆電網進入快速發展階段，以超高壓電網為例，2014年初僅有6座750千伏變電站，如今已建成22座750kV變電站和有兩座換流站。電網的高速發展和設備的不斷更新換代，對現場作業人員的技術能力和管理水平要求也越來越高。隨著公司規模的擴大，新進大學生較多，現場作業人員普遍存在經驗欠缺，安全意識不足，專業技術水平偏低等問題。這些問題不斷地為電網的高速發展埋下隱患，提升新進人員技術水平迫在眉睫。

目前VR技術已經在娛樂、醫學和軍事等多個方面取得了廣泛應用。本文通過對電力系統人員培訓需求分析，提出一種VR技術在電力系統專業技術培訓方面的應用。通過VR技術的使用，使技術培訓具有更好的交互性和實用性。改變以往以說教為主的培訓學習，通過現場情景再現，使受訓者深度參與其中，將學習變為親身體驗，從而使技能得到快速提升，加速受訓人員成長。

1 VR技術簡介

VR技術（Virtual Reality Technology）是建立在計算機圖形學、數據庫設計、控制學、電子學、實時分布系統及多媒體技術等多種學科基礎上的交叉技術，VR技術通過利用計算機圖形系統及各種顯示和控制等接口設備，在計算機上生成可交互的動態環境，給使用者提供沉浸感覺，使用者通過視、聽、觸、嗅等器官可感受到的一種虛擬幻境[1]。

VR技術利用并發、聯想等人類特有的思維方式，通過定性與定量相結合、感性認識與理性認識相結合，來建立多維信息空間。VR具有以下三個特征：交互性、沉浸性、想象性[2]。利用VR系統可對真實世界進行動態模擬，產生的動態環境可對用戶的姿勢動作、語言命令等做出實時響應，使用戶和模擬環境建立實時交互性關系.并產生一種身臨其境的沉浸感覺，是人們可以通過視聽觸等信息通道感受到設計者思想的高級用戶界面。VR技術改變了人類獲取信息的方式，極大提升了人機交互的和諧程度[3]。

2 VR系統結構

VR系統包括信息處理模塊、傳感輸入模塊、功能輸出模塊和VR模型，如圖1所示。

本培訓系統中信息處理模塊采用高速信息處理芯片為核心建立的信息處理系統;傳感輸入模塊包括語音、圖像和人體姿態等傳感器針對受訓者反應進行信息采集;功能輸出模塊包括虛擬視頻輸出和運動交互系統輸出、神經刺激輸出等模塊;VR模型針對培訓不同項目，建立不同的行為模式輸入和對應功能模塊輸出。在本系統中處理模塊通過傳感輸入模塊實時采集使用者狀態和指令信息，與VR模型匹配后，通過功能輸出模塊提供相應的反饋信息。隨著本系統的深入應用，將不斷開發和完善本培訓系統的VR模型。

3 在電力系統人員培訓中的應用

3.1現場需求調查

通過對現場作業人員調研發現，目前主要存在下面三個問題。1、安全意識不足，對嚴守安規的重要性認識不足。工作現場普遍存在安全帽佩戴不正確，登高作業未時時使用安全帶等習慣性違章行為。2、現場設備不夠熟悉，對設備之間的聯系不清楚，對異常現象分析辨識故障能力不足。3、對使用頻率低的工器具缺少訓練，對滅火器等設備使用生疏，緊急救護技能練習不足，在緊急時刻難以發揮應有的效用。針對上述問題，結合VR技術應用，設計三種VR應用模型，采用不同的場景模式進行強化訓練。

3.2提升安全意識的應用

針對人員安全意識淡薄，對安規要求細節不注意，現場安規執行打折扣的問題，以往通常采用以往的安全事故教訓學習，可是別人的經驗總沒有自己的親身體驗來的深刻。因此我們針對常見的不安全行為產生的傷害建立模型，讓受訓人

員切身體會不安全行為帶來的危害，從而提高安全意識[4]。

目前提升人員安全意識的應用有：1、正確安全帽佩戴應用。建立佩戴安全帽時受到重物打擊的模型，分別讓受訓者體驗安全帽正確佩戴時和未正確佩戴時受到重物打擊時感覺。并設計闖關模式，在模擬現場中時時檢查培訓者安全帽佩戴，在發現佩戴不正確時給予重物打擊。2、正確使用安全帶應用。建立人員墜落模型，分別讓受訓者體驗在失去重心下受安全帶保護和自由墜落的感覺。并設計闖關模式，在模擬現場中時時檢查培訓者安全帶使用，在發現安全帶使用不正確時讓受訓者體驗失重。3、正確使用絕緣工具應用。建立帶電操作模型，模擬現場情況指引受訓者選擇合適絕緣工具進行正確操作。并設計闖關模式，當受訓者選擇絕緣工具錯誤或操作中出現不正確行為時，觸發高壓放電，受訓者體驗觸電。4、正確執行安全措施應用。根據檢修設備建立檢修設備隔離措施模型，引導受訓者正確執行安全措施。并設計闖關模式，設定檢修設備和檢修任務，讓受訓人員執行安全措施，并對執行情況進行評價。

通過上述四個應用，讓受訓人員意識到正確佩戴安全帽和安全帶的重要性，加強安全操作意識，從而在工作中認真嚴格執行安全措施，并通過闖關模式加深受訓人員對不安全行為的認知。

3.3提升故障分析能力的應用

針對人員對現場設備不夠熟悉、對設備間的聯系不夠明確、在發生故障時不能快速抓住問題的關鍵點的情況，我們根據以往的故障分析統計，建立現場設備模型，模擬現場故障情況，制作VR視頻，讓受訓者全方位的觀察現場故障發生，細致各個設備故障時的現象，體悟不同故障時設備的不同表現，加深人員對設備的理解深度，提升人員分析處理故障的能力。并在VR視頻中對二次設備信息傳輸采取可視化處理，讓故障過程中二次設備信息傳輸和動作行為清晰可見，讓受訓者對設備之間的聯系和保護動作過程有一個顯現的觀察。

目前建立的故障類型有：1、變壓器內部故障，構建變壓器內部結構模型，可以三百六十度觀察設備結構及設備工作動態，通過故障時各部件動作行為，直觀展現故障時的狀態及保護信號采集和動作過程。2、斷路器故障，構建斷路器內部結構模型，并將斷路器操作回路和保護之間信號回路可視化。通過設置斷路器故障點位置，顯示出故障對斷路器的影響，并對斷路器操作回路動態和保護裝置的動作行為和信息傳輸進行可視化展示，讓受訓人員可直觀的感受到斷路器故障時，斷路器操作回路的狀態和保護之間的動作行為。3、保護裝置故障，建立保護裝置內部信息可視化模型，可動態觀察裝置信息采集、邏輯動作和信號輸出。可以設置保護裝置故障位置，顯示出故障對保護裝置的影響。并動態顯示出在保護裝置故障狀態下，一次設備故障因保護不能及時動作切除而故障擴大的動態過程及保護之間的信息傳輸和動作行為。

讓受訓人員加深對保護裝置的理解，并對保護裝置之間配合有更深的感觸。

受訓人員通過對上述三類故障的深入觀察，明確設備之間的關系，在以后遇到類似故障時，有效提升故障判斷的準確性和時效性。

3.3提升技能熟練度的應用

隨著現場的長時間未使用，人員對緊急設備和緊急救護技能不斷生疏，針對此類問題，我們利用VR技術對受訓人員進行場景仿真實訓，不僅減小了訓練場地限制，也增強了受訓者的體驗，提升技能熟練程度。

目前技能提升的應用有：1、滅火器的使用，建立火災現場模型，模擬不同材料失火現場，讓受訓人員選擇滅火器，并根據滅火器特性指引受訓人員處在合適的位置，采取合適的姿勢進行滅火。從而提升受訓者在火災發生時，有效利用滅火器等器材的能力，以及在滅火過程中防護自身的能力。2、觸電急救，建立觸電急救模型，指引受訓者正確將觸電者脫離電源，并對觸電者進行心肺復蘇，提升受訓者在發現觸電情形時，快速有效地救助觸電者。

受訓人員在這兩個應用中可以快速熟練滅火器的使用和觸電急救，提升受訓者在遇到此類突發情況時處理效率。

4 結語

通過VR技術在電力系統人員培訓中的應用，使受訓人員對作業現場有一個直觀的認知和體驗，使原本說教和旁觀的培訓變成受訓者的親身體驗，將文字內容描述，形成場景式的再現，變成受訓人員的親身經驗，使培訓互動性更好，體驗感更加，培訓效果更優。為電網快速發展的人員不足問題，提供切實有效的解決方案。

參考文獻：

[1] 呂韶義， 劉復巖. VR技術及其應用[C]// 全國系統仿真技術及應用研討會. 2001.

[2] 黃鑫. 基于VR技術的虛擬教學應用研究[D]. 2005.

[3] 郭天太，王引童.虛擬現實技術與增強現實技術[J].機械制造，2003（06）：7-9.

[4] 李仙琪，張俊偉，王翀，許玉梅，趙錚.基于VR技術的沉浸式變電站仿真培訓系統[J].自動化與儀表，2020，35（06）：8-11

作者簡介：譚偉田（1987），男，河南省周口市人，2014年畢業于寧夏大學電子與通信工程專業，工程師，從事電力設備管理工作。