基于虚拟现实技术的变电站检修系统的设计研究

李士杰 张新波 陆海

摘 要：变电站是我国电力系统稳定运行中的重要一环。而变电站高效稳定运行对电力系统的经济效益具有重要意义。变电站要想持续高效运行，其工作人员应该具备过硬的技术能力，变电站也应该具备先进的检修系统。因此，本文对基于虚拟现实技术设计的变电站检修系統进行研究，阐述虚拟技术在变电站检修系统设计中的重要意义，提升变电站的运行的稳性、高效性。

关键词：虚拟现实技术;变电站;检修系统

现阶段，我国电力系统在信息化的发展趋势下，对新技术的需求越来越高，作为电力系统运行中重要组成部分，变电站在设计检修系统过程中，借助了虚拟现实技术，而基于这种技术开发设计的虚拟变电站检修系统，在培训工作人员技术能力，变电设备检修和操控以及变电站突发事故解决方面具有重要作用，通过虚拟变电检修系统，能够有效的提升工作人员的专业技能，保证变电站的稳定高效运行，对电力系统运行有重要的现实意义。

1.虚拟现实技术下的变电站检修系统设计

1.1变电所场景漫游

变电站的变电系统是十分复杂的，同时在变电站系统运行过程中，也有很多设备需求。在对检修工作人员进行变电所技能培训时，主要是让工作人员对变电所设备的操作方法、工作原理以及工作流程进行了解学习，从而使其能够在常规工作中熟练的操作变电所设备，更好的完成工作。

1.2设备的控制操作

变电站工作人员对变电站的设备进行熟练的操作，是变电站顺利开展工作的基础，也是变电站工作人员的基本工作技能要求。而通过虚拟现实技术，工作人员在变电站检修系统中，可以根据变电站设备的实际操作状态，在虚拟系统中进行模拟训练，这种方式能够加强工作人员对设备的操控，并且不受时间、空间上的限制，既保证了操作训练的有效性，又能够节省培训成本，避免设备的磨损。

1.3常见的事故处理

变电站的设备在工作人员操控过程中，往往会受到外界因素的影响，容易发生一系列的突发事故。在对变电站工作人员进行技能培训时，如何处理常见的事故也是重要一环。而通过虚拟现实技术，工作人员可以在虚拟场景中对事故进行模拟，这样能够使工作人员更加清楚的了解发生事故时设备的运行状态，一旦在后续工作中，出现了常见的突发事故，工作人员也可以选择更好的解决办法来应对。事故处理虚拟演练功能的设计，是根据设备实际事故的数据参数，在VRP平台进行事故模拟还原，同时在虚拟场景中对事故进行特效处理。

1.4主要元器件的拆装学习与训练

变电站工作人员的工作技能训练中，元器件的拆装学习也十分重要，这对工作人员深入了解变电设备有所帮助，在后续日常设备检修过程中，工作人员只有对变电设备的内部构造有清晰的认识，才能在工作中对设备的性能、功能以及工作状态有更加深刻的体会，从而更好的进行变电工作。

2.虚拟现实技术设计变电站检修系统的三维场景建模与交互

2.1三维场景建模

2.1.1利用3DSMAX建模技术对变电站元器建模

（1）挤出。在运用3DSMAX建模技术对变电站的设备进行建模时，使用最频率最高的命令就是挤出命令。这种命令一般是通过二维图形作为底面，在垂直方向上构建三维立体模型。在建模设计过程中，大部分变电站设备元器件都会使用挤出命令来进行设计。（2）车削。这一3DSMAX命令在建模过程中，主要是基于一条直线为主轴，将二位图形通过旋转操作生成三维立体模型。其主要的作用就是在进行设计建模时，可以根据立轴建立对称模型。车削命令一般是在前视图中使用较多。而在进行变电站建模设计过程中，设备的电流互感器以及断路器都是通过车削命令来进行模型建立的。（3）放样。这一命令在变电站虚拟建模中属于较为抽象的操作。其主要是基于二维图形或三位模型的穿梭路径进行设备建模操作，主要用于对结构较为复杂，同时具有一定规则特点的变电站设备进行模型建立。

2.2.2利用3DSMAX特效技术完善变电站场景

（1）材质贴图特效。应用这种特效技术能够对变电站场景的三维模型内部构造组成进行良好的体现，对某些变电站设备外部表面的光学特征，有着极佳的显示效果。（2）光照特效。这种特效技术主要用于展示变电站虚拟场景中，设备模型之间的光学元素传递过程。具体而言，是变电站设备的虚拟模型某个面之间的光学元素传递过程。利用这种特效技术能够实现变电站场景的光学效果。（3）烘焙技术。这项技术可以将变电站虚拟场景中的光照信息，利用贴图处理重新贴回变电站设备模型表面。当对变电站场景进行二次渲染时，可以不用计算光照信息就能将光照效果渲染出来，通过烘焙技术能够有效的节省变电站虚拟检修系统的内部空间和相关资源。

2.2三维场景交互

2.2.1利用VCR平台实现虚拟变电站漫游和操作

变电站虚拟检修系统在进行变电站设备建模时，主要运用了三维建模软件3Dmax对相关元器件进行设计，同时也是应用此软件对元器件模型进行整体的装配。该软件只能进行对变电站设备固定模式的装备，无法完成变电站虚拟漫游功能。也无法对虚拟设备的元器件模型进行拆装操作。而要想实现虚拟变电站的漫游功能和元器件的拆装操作。就需要将虚拟变电站元器件模型导入基于虚拟现实技术的VRP平台。在VRP平台中，可以利用虚拟现实技术实现虚拟变电站的漫游功能，还能够对虚拟变电站场景中的设备模型进行实时操控，从而实现虚拟变电站检修系统的构建。

结束语

综上所述，基于虚拟现实技术来构建虚拟的变电站检修系统，使变电站工作人员能够在虚拟场景对变电设备进行检修以及操控训练，还能够在虚拟场景中对工作人员进行变电站突发事故模拟演练，提升了工作人员的专业技能和工作经验，同时该系统还具备节省变电站的维修、培训成本、安全系数高等优点，有效的提高了变电站的工作效率和经济效益。

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（作者单位：1.南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心;2.南方电网超高压输电公司;3.南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心）