输电线路带电作业跨二短三进入等电位VR实训装置的研究

徐州市供电分公司输电运检中心 孙 锋

1 引文

随着电力系统的发展，输电线路带电作业的安全和高效性越来越受到关注。而跨二短三进入等电位是带电作业中的常规操作，然而这些操作存在一定的风险和挑战。为了提高带电作业人员的技能水平和作业效率，降低事故发生的概率，研究开发了跨二短三进入等电位VR实训装置。本文旨在详细介绍该装置的工作原理、组成部分和关键技术，分析其应用价值和功能应用，以期为输电线路带电作业提供一种安全、真实的训练环境。

2 跨二短三进入等电位VR实训装置概述

2.1 工作原理

跨二短三进入等电位VR实训装置的工作原理基于虚拟现实技术，结合实体绝缘子串模拟装置、VR无线版头戴式显示装置、定位器和追踪器等组成[1]。

体验人员穿戴安全防护措施和VR无线版头戴式显示装置，完成装置的配置。进入虚拟现实世界后，体验人员可以看到和操作虚拟手和脚。在该虚拟环境中，体验者可以根据系统指引，学习和练习跨二短三进入等电位操作方法和注意事项。该装置提供了一个真实且安全的训练环境，使带电作业人员可以不断练习和学习，提高操作技能和注意事项的清晰度。

2.2 跨二短三进入等电位VR实训装置的组成部分

本VR实训装置为虚拟现实单人体验装置，由实体绝缘子串模拟装置、VR无线版头戴式显示装置、定位器、追踪器组成，如图1～图4所示。进行培训前需要穿戴相关装备。

图1 实体绝缘子串模拟装置

图2 VR无线版头戴式显示装置

图3 定位器

图4 追踪器

2.3 关键技术

跨二短三进入等电位VR实训装置的关键技术包括光学定位及6DOF技术、模型与动画技术、语音交互技术以及精准追踪技术。光学定位及6DOF技术使用光学传感器等设备记录带电作业人员在现实环境中的位置和动作，并将其输入虚拟现实系统中，实现绝缘子串模型在虚拟环境中的定位和对应。同时，6DOF技术精确追踪带电人员的头部和手部位置和姿态，使得体验者能够在虚拟环境中准确观察和操作绝缘子串模型[2]。

模型与动画技术通过三维建模技术将真实的带电作业场景和设备模型转化为虚拟现实场景中的模型。利用动画技术和场景编排，精细地模拟带电作业过程中的各个步骤和动作，使体验者在虚拟环境中逼真地感受和学习跨二短三法进入等电位的操作过程。

精准追踪技术通过追踪器固定在手腕和脚踝处，精准捕捉带电作业人员的双手和双脚位置和姿态，在虚拟环境中实时与实体耐张双联绝缘子串进行交互。

3 跨二短三进入等电位VR实训装置的应用价值

3.1 提供真实性训练环境

跨二短三进入等电位VR实训装置为用户提供了一个高度真实的训练环境。传统的训练方法可能存在许多限制，如现场训练的空间限制、设备和场景的限制等。而使用VR实训装置，学员可以在一个模拟的虚拟环境中进行训练，模拟真实的操作场景和工作情况。这将使学员能够更好地理解和掌握复杂的操作流程和技能，提高学员在实际工作中的适应能力。

3.2 减少带电作业事故风险

带电作业事故是一个非常严重的问题，可能导致人身伤害和设备损坏。使用跨二短三进入等电位VR实训装置，可以有效地减少带电作业事故的风险。在虚拟环境中进行训练，学员可以学习正确的操作技巧和安全规范，而不必面临实际的电流和电压。这样可以提供一个安全的训练环境，让学员能够在沉浸式场景中学习，从而更好地掌握带电作业的技能[3]。

3.3 提高操作技能和效率

跨二短三进入等电位VR实训装置可以帮助学员提高操作技能和效率。在虚拟环境中，学员可以反复练习和试验，不受时间和空间的限制。可以通过模拟操作来熟悉设备和流程，并在没有真实风险的情况下进行自我优化。

3.4 降低培训成本和时间

传统的带电作业培训需要大量的设备、场地和人工成本。而跨二短三进入等电位VR实训装置可以帮助降低这些成本。虚拟环境中的设备和场景可以通过模拟替代真实设备和场景，降低了实际设备的购买和维护成本。虚拟实训可以随时随地进行，不受时间和空间的限制，节省了学员和培训师的时间成本。由于虚拟实训可以根据学员的进度和需求进行个性化调整，因此可以更有效地利用培训资源，增强培训效果。

4 输电线路带电作业跨二短三进入等电位VR实训装置的功能应用

4.1 VR虚拟场景的设计和模拟

4.1.1 输电线路模拟和场景设置

在跨二短三进入等电位VR实训装置中，输电线路模拟和场景设置是关键的功能应用之一。通过精确的3D建模和模拟技术，可以在虚拟环境中模拟复杂的输电线路情景，并进行场景设置。

输电线路模拟是通过准确的尺寸、形状和材质参数来建立输电线路模型。这些模型包括输电塔、绝缘子、导线等要素，以准确地再现真实的输电线路。通过细致的线路模拟，学员可以在虚拟环境中操作和练习，以更好地理解和掌握真实输电线路的特性和工作流程。

场景设置是根据不同的训练需求来建立不同的工作场景。在输电线路带电作业中，会有不同的工作条件和环境，如线路高度、安全间距、气候条件等。通过VR技术，可以设计和模拟不同的场景，以使学员能够在虚拟环境中适应各种情况，并作出正确的决策和操作。

4.1.2 支撑结构和设备模型的建立

在跨二短三进入等电位VR实训装置中，支撑结构和设备模型的建立是另一个重要的功能应用。支撑结构包括输电塔、绝缘子串、横担等，而设备模型包括绝缘抱箍、导线夹等。

支撑结构的建立涉及建模技术和材质参数的设置。通过精确的建模，可以准确地再现真实的支撑结构，包括其形状、尺寸和材质特性。这样的模型可以用于虚拟场景中的操作和练习，让学员熟悉不同的支撑结构，掌握正确的操作方法。

设备模型的建立包括绝缘抱箍、导线夹等各种设备元素的建模。这些设备模型也需要根据实际参数进行准确地建模，以确保其外观和运动模拟的真实性。在虚拟环境中，学员可以与这些设备进行交互，学习正确的安装和使用方法。

4.2 动态行为模拟和交互设计

一是安全操作培训。安全操作培训是确保高空作业人员安全工作的关键，为了提高作业人员的安全意识和技能水平，虚拟训练装置被广泛应用于培训过程中，此实训装置能够模拟各种跨越绝缘子的情况，包括不同高度、不同距离和不同角度。在虚拟环境中进行训练，作业人员可以学习正确的姿势、操作技巧和安全规范，从而避免意外事故的发生。通过这种模拟训练，作业人员可以获得真实的实战体验，提高他们在实际作业中的表现和应对突发事件的能力。

二是实战模拟训练。在虚拟环境中，作业人员可以进行实战模拟训练，包括选择正确的工具和设备，并正确地使用这些设备进行跨越操作；在实战模拟训练过程中，作业人员可以面对各种实际场景的模拟。例如，不同高度、不同角度的跨越绝缘子操作，其可以根据特定情况选择最合适的工具和设备，并在虚拟环境中进行操作训练。虚拟环境提供了反馈和评估机制，作业人员可以通过观察自己的操作表现和结果来改进和调整自己的技巧。

三是高风险情景模拟。通过高风险情景模拟训练，作业人员可以学习如何在极端条件下保持冷静，并采取正确的措施来处理突发情况，其可以学会判断情况的紧急程度，选择适当的行动方案，以确保自身和他人的安全。例如，在强风情况下，作业人员需要学习如何正确固定自己和工具，以避免被风吹走或产生危险。在不稳定的支撑杆情况下，作业人员需要学习如何判断支撑杆的稳定性，并采取相应的安全措施，高风险情景模拟训练不仅提高了作业人员的技能水平，还增强了他们的应变能力和决策能力。

4.3 安全措施和错误反馈机制

4.3.1 安全警示和预警设计

一是警示标识和标志。实训装置可以在虚拟环境中设置警示标识和标志，如高压警示标志、禁止通行标志等，提醒作业人员注意潜在的危险和风险区域。

二是声光警示。装置可以模拟各种声音和光线效果，如警报声、闪光灯等，用于提醒作业人员注意特定的安全情况和紧急事件。

三是虚拟警示线。实训装置可以在虚拟环境中绘制虚拟的警示线，用于标识高压线路的范围和危险区域，以提醒作业人员保持安全距离。

4.3.2 错误行为的反馈和提示

在输电线路带电作业中，错误行为可能导致严重的后果。为了纠正错误行为并提高作业人员的操作水平，等电位VR实训装置应该具备错误行为的反馈和提示的功能应用。以下是该功能在实训装置中的应用。

一是实时行为监测。实训装置通过传感器和摄像头等设备，实时监测作业人员的行为和动作。一旦发现错误的操作或不安全的行为，装置可以立即捕捉并记录下来。

二是反馈和提示。装置可以根据监测的错误行为，提供即时的反馈和提示。例如，通过可视化界面或语音指导，指出错误之处，并给出正确的操作建议。

三是模拟事故场景。实训装置可以模拟不同的事故场景，展示错误行为的后果和潜在危险。这样可以让作业人员更好地理解错误的影响，并增强作业人员对正确操作的重要性的认识。

5 结语

跨二短三进入等电位VR实训装置是一种具有重要应用价值的技术装置，对于提高输电线路带电作业的安全性和效率具有重要意义。通过提供真实性训练环境，减少事故风险以及提高操作技能和效率，该装置能够帮助带电作业人员全面提升其技能水平。在未来的研究中，可以进一步优化装置的设计和功能应用，增加更多的场景模拟和交互设计，提高装置的逼真度和实用性。