電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真系統(tǒng)的研發(fā)

陳忠，朱迅德，吳靚

（廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510635）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，電壓等級(jí)不斷上升，電力系統(tǒng)新技術(shù)新設(shè)備的投入也越來(lái)越多。電力系統(tǒng)快速發(fā)展的同時(shí)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、電力運(yùn)維人員的專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求。為了提高現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員的素質(zhì)，培養(yǎng)更多的符合電力系統(tǒng)發(fā)展的專業(yè)素質(zhì)人才，電力系統(tǒng)部門普遍加大了培訓(xùn)工作力度，投入巨資建立了培訓(xùn)基地。大專院校的電氣工程專業(yè)也相繼開設(shè)了電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)課程，建立了電氣試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室。然而，目前我國(guó)高壓試驗(yàn)技術(shù)培訓(xùn)與技能鑒定工作還存在很多問(wèn)題。現(xiàn)行的電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)培訓(xùn)與技能鑒定主要是集中在室內(nèi)進(jìn)行理論培訓(xùn)和一般基地進(jìn)行技能培訓(xùn)等形式。由于被試設(shè)備、試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法種類繁多,試驗(yàn)環(huán)境千變?nèi)f化，一般的基地難以滿足技能培訓(xùn)與技能鑒定工作要求，在一般高等院校更難滿足試驗(yàn)要求[1-3]。

電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)有明顯的特殊性，試驗(yàn)電壓等級(jí)高，試驗(yàn)種類、試驗(yàn)設(shè)備繁多，試驗(yàn)內(nèi)容覆蓋面廣，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入巨大，使得現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)存在可預(yù)見性和不可預(yù)見性的困難。比如由于經(jīng)費(fèi)的限制，實(shí)驗(yàn)室可培訓(xùn)的試驗(yàn)內(nèi)容就較少，達(dá)不到完整的試驗(yàn)培訓(xùn)效果[4-6]；或者由于培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的條件限制，難以真實(shí)的模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)背景，難以模擬所有的設(shè)備缺陷類型，造成培訓(xùn)與技能鑒定效果非常不理想，很難實(shí)現(xiàn)真正意義的培訓(xùn)與技能鑒定。另外，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)技能培訓(xùn)與鑒定模式需要到指定場(chǎng)所鑒定，不能靈活的選擇時(shí)間、項(xiàng)目、工種進(jìn)行技能考評(píng)；鑒定與考評(píng)場(chǎng)地需要需占用大量場(chǎng)地，配備各種試驗(yàn)設(shè)施以及監(jiān)考人員和輔助人員，使得費(fèi)效比很低；而且在培訓(xùn)和技能鑒定過(guò)程中有人為因素影響，使得考評(píng)客觀性難以得到保證。

電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研發(fā)，解決了以上傳統(tǒng)模式的培訓(xùn)和評(píng)定方式中存在的問(wèn)題。它費(fèi)效比高[7-10]，有著安全的試驗(yàn)環(huán)境，豐富的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)背景。試驗(yàn)種類繁多，包含了所有的110 kV變電站關(guān)鍵設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)和配網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，能模擬任何試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件和試驗(yàn)背景，而且能靈活的選擇試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)種類。最重要的是在培訓(xùn)過(guò)程中能保證培訓(xùn)人員的人身安全和設(shè)備安全。因此，電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)的培訓(xùn)與技能鑒定模式進(jìn)行改革，具有很強(qiáng)實(shí)用性，可以廣泛的推廣應(yīng)用在電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)培訓(xùn)中[11-13]。

1 系統(tǒng)的研究方向

以《國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)專用教材：電氣試驗(yàn)》為指導(dǎo)，以一個(gè)真實(shí)110 kV變電站和一條10 kV配網(wǎng)線路進(jìn)行建模，采用交互式仿真方式研發(fā)一套“電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真系統(tǒng)”軟件。對(duì)變電站等典型設(shè)備進(jìn)行絕緣預(yù)防性試驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真，展現(xiàn)電氣試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化流程和風(fēng)險(xiǎn)措施等，讓電力從業(yè)人員在三維場(chǎng)景中操作，操作時(shí)會(huì)有標(biāo)準(zhǔn)化流程的列表提示，操作正確后會(huì)播放三維動(dòng)畫和風(fēng)險(xiǎn)措施的語(yǔ)音提示，所有設(shè)備的狀態(tài)都完全還原現(xiàn)實(shí)，讓電力從業(yè)人員一目了然的掌握流程和注意事項(xiàng)。

1）建立真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境。按照1:1的比例在三維環(huán)境中創(chuàng)建試驗(yàn)環(huán)境，比如：110 kV變電站的站內(nèi)建筑，站內(nèi)所有的設(shè)備，根據(jù)電壓等級(jí)劃分有10 kV電壓等級(jí)的線路設(shè)備，35 kV電壓等級(jí)的線路設(shè)備，110 kV電壓等級(jí)的線路設(shè)備等環(huán)境。10 kV配網(wǎng)線路周邊環(huán)境，10 kV線路柱上變壓器，水泥桿，柱上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，開關(guān)或變壓器的接地裝置，環(huán)網(wǎng)柜，箱變等設(shè)備。開閉所內(nèi)高壓柜，低壓柜，高壓柜的型號(hào)，設(shè)備編號(hào)，高壓柜的繼電保護(hù)室，小車斷路器室，電纜室，小車斷路器，電纜等開閉所內(nèi)電氣運(yùn)行設(shè)備。

2）模擬設(shè)備狀態(tài)。比如變電站內(nèi)110 kV六氟化硫斷路器開關(guān)狀態(tài)，斷電后接地狀態(tài)，線路停電后掛接地線狀態(tài)，設(shè)備試驗(yàn)時(shí)接線狀態(tài)；配網(wǎng)變壓器試驗(yàn)狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)停電檢修狀態(tài)，其接地裝置試驗(yàn)狀態(tài)，試驗(yàn)連線狀態(tài)；開閉所內(nèi)高壓柜、低壓柜運(yùn)行和檢修狀態(tài)，發(fā)生故障以后高壓柜、低壓柜各種指示燈的狀態(tài)；試驗(yàn)時(shí)高壓柜、低壓柜斷路器開關(guān)狀態(tài)，接地狀態(tài)；電纜試驗(yàn)接線的狀態(tài)等。

3）模擬試驗(yàn)設(shè)備動(dòng)作。比如測(cè)量設(shè)備的絕緣電阻時(shí)，搖表的動(dòng)作，對(duì)被測(cè)設(shè)備放電的動(dòng)作，試驗(yàn)連線、拆線的動(dòng)作。測(cè)量設(shè)備交流耐壓時(shí)，耐壓控制箱控制電壓電流對(duì)設(shè)備升壓、降壓的動(dòng)作，試驗(yàn)后對(duì)設(shè)備放電的動(dòng)作。

4）模擬設(shè)備故障狀態(tài)。比如交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)備擊穿、閃絡(luò)等故障。

5）實(shí)現(xiàn)實(shí)操考核和理論考核。理論考核和實(shí)操考核功能，對(duì)學(xué)員的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。提高運(yùn)行人員的技術(shù)水平和管理水平，運(yùn)行人員職業(yè)能力鑒定考試能力，使其獲得從事職業(yè)資格準(zhǔn)入證。

仿真過(guò)程的設(shè)計(jì)充分考慮電力運(yùn)行部門和管理部門對(duì)員工素質(zhì)的需求，使受訓(xùn)人員通過(guò)培訓(xùn)不但可以掌握具體設(shè)備的知識(shí)和技能，而且能從理論上對(duì)高壓試驗(yàn)的特點(diǎn)和要求有比較深入的理解，即力求使受訓(xùn)人員掌握怎樣做，理解為什么這樣做，明白這樣做的作用和結(jié)果。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本系統(tǒng)依據(jù)《發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備》《電氣設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)》《高電壓技術(shù)》等教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)要求，全真模擬電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)內(nèi)容。遵循《國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》的規(guī)定，以滿足電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)培訓(xùn)，全真模擬110 kV變電站和配網(wǎng)線路電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)內(nèi)容。

3 系統(tǒng)采用的技術(shù)

3.1 三維建模技術(shù)

在三維建模中應(yīng)遵循以下原則[14]：

1）真實(shí)合理。三維建模實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)實(shí)事物的展示，所以在建模過(guò)程中應(yīng)該真實(shí)的反應(yīng)事物的特征，維持事物固有的空間信息及自身特點(diǎn)，保證事物的物理關(guān)系。

2）主次分明。在三維建模的過(guò)程中應(yīng)該突出主體，保證主體在整個(gè)場(chǎng)景中的展示效果。同時(shí)可以適度降低輔助物體的精度，從而體現(xiàn)出整體環(huán)境的主次。

3）建模簡(jiǎn)單明了，精細(xì)程度適宜。如果在三維建模中，建模過(guò)于復(fù)雜，模型和場(chǎng)景過(guò)于精細(xì)，數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，就可能無(wú)法重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的環(huán)境。所以在三維系統(tǒng)中，應(yīng)該在保證必須的模型質(zhì)量的情況下做到數(shù)據(jù)量盡量小，以保證三維模型應(yīng)用的效果。

4）整體統(tǒng)一。如果同一區(qū)域地塊內(nèi)，出現(xiàn)兩種及其以上的不同色相地物，其基本原則是以區(qū)域內(nèi)大面積色調(diào)為主色調(diào)，個(gè)別不同色相地物與主色調(diào)相協(xié)調(diào)（采用降低突出顏色的飽和度、調(diào)整色相以偏向主色調(diào)方式）來(lái)達(dá)到整片區(qū)域的和諧統(tǒng)一。如果同一區(qū)域地塊內(nèi)，個(gè)別地物明度過(guò)度突出以致曝光，其基本原則是以區(qū)域內(nèi)整體明度為中間明度，曝光地物通過(guò)降低明度的從而方式向中間明度靠攏。如果出現(xiàn)個(gè)別地物明度太低而以致過(guò)度偏黑，其基本原則是以區(qū)域內(nèi)整體明度為中間明度，偏黑地物通過(guò)提高明度的方式從而向中間明度靠攏。

3.2 Unity3D游戲引擎進(jìn)行交互功能的開發(fā)

Unity3D是一個(gè)3D開發(fā)工具和游戲引擎套件，其中包括了圖形、音頻、物理、網(wǎng)絡(luò)等多方面的引擎支持，并且有一個(gè)非常強(qiáng)大的編輯器來(lái)整合這一切。Unity3D使用Mono作為腳本引擎的虛擬機(jī)，并以C#或者一種類似JavaScript的語(yǔ)言為腳本語(yǔ)言。Unity3D是一款跨平臺(tái)的游戲開發(fā)工具，從一開始就被設(shè)計(jì)成易于使用的產(chǎn)品。用Unity3D作為虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)效率高，效果逼真，交互能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)量小。

使用Unity3D開發(fā)電氣設(shè)備高低壓倒閘操作三維仿真系統(tǒng)充分的使用Unity3D高效、易用等優(yōu)秀特性：

1）Unity3D與三維建模軟件很好的對(duì)接，可以直接導(dǎo)入Fbx模型文件，模型導(dǎo)入到Unity3D引擎過(guò)程完全是自動(dòng)完成，不需要再做第三方軟件的格式轉(zhuǎn)換。

2）Unity3D集成了豐富的燈光，動(dòng)畫，粒子，物理效果，開發(fā)人員不用編輯大部分內(nèi)容，就可以直接使用。

3） Unity3D編寫和使用交互程序十分簡(jiǎn)單。只需要新建一個(gè)腳本文件，把執(zhí)行交互動(dòng)作的代碼編輯成一個(gè)函數(shù)，然后把腳本拖拽到需要交互的模型上，然后運(yùn)行Unity3D就能檢驗(yàn)交互結(jié)果。

4 系統(tǒng)的功能模塊

系統(tǒng)功能模塊圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.1 System function module figure

4.1 10 kV配網(wǎng)高壓試驗(yàn)三維仿真模塊

此模塊為10 kV配網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)提供了一條10 kV配網(wǎng)線路作為背景的試驗(yàn)環(huán)境，其環(huán)境有室外線路環(huán)境和開閉所內(nèi)部試驗(yàn)環(huán)境。提供了仿真試驗(yàn)需要的任務(wù)向?qū)Чδ埽ぞ哌x擇功能，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)功能。

1）任務(wù)向?qū)Чδ?。由于配網(wǎng)試驗(yàn)設(shè)備眾多，針對(duì)設(shè)備又有很多種試驗(yàn)方法和試驗(yàn)內(nèi)容，具體的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)結(jié)果又不一樣，任務(wù)向?qū)Ь褪且龑?dǎo)系統(tǒng)使用者根據(jù)設(shè)備選擇相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)。

2）工器具選擇動(dòng)能。通過(guò)工器具選擇，加強(qiáng)受訓(xùn)人員的安全意識(shí)，掌握安全工器具的檢驗(yàn)方法，判斷工器具是否能正常工作，分辨工作中需要佩戴的安全工器具的種類，針對(duì)不同的設(shè)備需要準(zhǔn)備相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)工具。比如不同的設(shè)備測(cè)量絕緣電阻，就需要不同電壓等級(jí)的絕緣電阻表。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)功能。此功能是仿真試驗(yàn)過(guò)程模塊，進(jìn)入此模塊就進(jìn)入試驗(yàn)操作的虛擬場(chǎng)景，在此場(chǎng)景可以觀看現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，試驗(yàn)設(shè)備的工作狀態(tài)，可以按照試驗(yàn)步驟對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)操作。

4.2 110 kV變電站高壓試驗(yàn)三維仿真模塊

此模塊為110 kV變電站關(guān)鍵設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)提供了一個(gè)仿真背景環(huán)境和試驗(yàn)操作功能。其環(huán)境有變電站內(nèi)部各種設(shè)備，比如母線，變壓器，斷路器，電壓互感器，電流互感器，隔離開關(guān)，避雷器等。提供了仿真試驗(yàn)需要的任務(wù)向?qū)Чδ?，工具選擇功能，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)功能。

1）任務(wù)向?qū)Чδ?。由于變電站?nèi)試驗(yàn)設(shè)備眾多，針對(duì)設(shè)備又有很多種試驗(yàn)方法和試驗(yàn)內(nèi)容，具體的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)結(jié)果又不一樣，任務(wù)向?qū)Ь褪且龑?dǎo)系統(tǒng)使用者根據(jù)設(shè)備選擇相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)。

2）工器具選擇動(dòng)能。通過(guò)工器具選擇，加強(qiáng)受訓(xùn)人員的安全意識(shí)，掌握安全工器具的檢驗(yàn)方法，判斷工器具是否能正常工作，分辨工作中需要佩戴的安全工器具的種類，針對(duì)不同的設(shè)備需要準(zhǔn)備相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)工具。

3）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)功能。此功能是變電站仿真試驗(yàn)過(guò)程模塊，進(jìn)入此模塊就進(jìn)入高壓試驗(yàn)操作的變電站虛擬場(chǎng)景，在變電站場(chǎng)景可以觀看變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，試驗(yàn)設(shè)備的工作狀態(tài)，可以按照試驗(yàn)步驟對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)操作。

4.3 電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)在線考核模塊

此模塊是對(duì)電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)培訓(xùn)效果的檢驗(yàn)，主要是針對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)安全工器具的選擇，試驗(yàn)結(jié)果判斷等理論內(nèi)容的考核。

5 系統(tǒng)試驗(yàn)三維仿真具體實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)試驗(yàn)內(nèi)容主要包含變壓器，斷路器，電流互感器， 避雷器，電纜等關(guān)鍵設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)的三維仿真采用的是相同的技術(shù)方案，區(qū)別只是試驗(yàn)內(nèi)容不同。下面通過(guò)變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)為例，建立電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。

5.1 建立試驗(yàn)系統(tǒng)的三維虛擬環(huán)境

根據(jù)110 kV變電站的布局，使用3DMAX按照1:1的比例創(chuàng)建變電站三維模型，試驗(yàn)儀器模型。由于需要考慮系統(tǒng)運(yùn)行效率，保證流暢的運(yùn)行三維交互仿真，需要把變電站模型分為低精度模型和高精度模型兩類。變電站中不需要做試驗(yàn)的設(shè)備使用低精度模型,做試驗(yàn)的設(shè)備或者需要重點(diǎn)展示的設(shè)備使用高精度模型，單個(gè)高精度模型的面數(shù)控制在3萬(wàn)面以內(nèi)。如圖2和圖3中，需要做試驗(yàn)的設(shè)備是變壓器，使用高精度變壓器模型，遠(yuǎn)處隔離開關(guān)、斷路器使用低精度模型。

5.2 實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)三維仿真

圖2 110 kV變電站俯視圖Fig.2 110 kV substation overview

圖3 變壓器模型Fig.3 Transformer model

變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)三維仿真模擬下列試驗(yàn)流程：① 選擇試驗(yàn)任務(wù)；② 選擇工器具，包括安全工器具和試驗(yàn)儀器；③ 高壓試驗(yàn)。

5.2.1 選擇試驗(yàn)任務(wù)

打開Unity創(chuàng)建選擇試驗(yàn)任務(wù)的場(chǎng)景（Scene），如圖4所示，然后在場(chǎng)景中創(chuàng)建任務(wù)列表和任務(wù)說(shuō)明窗口。任務(wù)列表包含多個(gè)Button控件，每個(gè)Button代表一個(gè)試驗(yàn)任務(wù)，在Button的Label控件中填寫試驗(yàn)名稱，為Button控件添加一個(gè)NGUΙ類型的UΙButton Message腳本用來(lái)響應(yīng)Button的點(diǎn)擊事件。在響應(yīng)Button點(diǎn)擊事件的函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)康牡恼f(shuō)明。

圖4 任務(wù)選擇界面Fig.4 Task selection interface

5.2.2 選擇工器具

建立一個(gè)試驗(yàn)工具分類列表XML配置文件，在XML文件中按照試驗(yàn)分類列舉每個(gè)高壓試驗(yàn)所需的安全工器具和試驗(yàn)儀器。

圖5 工器具選擇Fig.5 Selection of tools

在Unity中創(chuàng)建一個(gè)工具選擇場(chǎng)景（Scene）,在場(chǎng)景中創(chuàng)建兩個(gè)工器具列表和一個(gè)用來(lái)渲染三維模型的Render Texture紋理。一個(gè)工器具列表（List1）顯示所有的的安全工器具和試驗(yàn)儀器，另一個(gè)工器具列表（List2）顯示被選中的工器具。通過(guò)給工器具列表中的工器具添加NGUΙ插件中包含的已有的DragDropΙtem.cs腳本和UΙButtonMessage.cs腳本，使工器具具有拖拽功能，當(dāng)列表List1中的工器具被拖拽到列表List2中的時(shí)候，List1刪掉被拖拽的工器具，List2中添加被拖拽進(jìn)來(lái)的工器具。當(dāng)工器具選擇完畢以后，把List2中的工器具和試驗(yàn)工具分類列表XML文件中當(dāng)前試驗(yàn)所需工器具進(jìn)行對(duì)比，如果是一樣的，就說(shuō)明工器具選擇正確，如果不一樣，就說(shuō)明選擇錯(cuò)誤，需要重新選擇，如圖5所示。

5.2.3 高壓試驗(yàn)

分析整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中所有設(shè)備儀器的動(dòng)作。變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)中，兆歐表的手柄在兆歐表短路和開路自測(cè)時(shí)分別按照順時(shí)針每分鐘20轉(zhuǎn)和每分鐘120轉(zhuǎn)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量三繞組變壓器不同電壓等級(jí)的絕緣電阻時(shí)，兆歐表的指針旋轉(zhuǎn)的角度也不相同。根據(jù)以上分析結(jié)果，在3DMax或者M(jìn)aya中制作兆歐表手柄和指針的旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫，完成動(dòng)畫以后導(dǎo)出為.FBX格式的文件。

分析試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不同試驗(yàn)階段，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)不同，有的設(shè)備狀態(tài)是下一步試驗(yàn)的必要條件。比如安全圍欄的狀態(tài)是收攏未展開狀態(tài)，就不能進(jìn)行下一步試驗(yàn)；試驗(yàn)儀器與設(shè)備之間的連線不正確，就不能進(jìn)行測(cè)量操作。分析試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，與試驗(yàn)步驟相對(duì)應(yīng)，確認(rèn)每一步試驗(yàn)的必要條件。分析完畢后，編寫試驗(yàn)步驟以及與之對(duì)應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)列表。

在Unity中創(chuàng)建變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)景(Scene)，導(dǎo)入試驗(yàn)系統(tǒng)的三維虛擬環(huán)境，即變電站三維模型；添加天空盒(skybox)的材質(zhì)，添加Directional Light并調(diào)整其參數(shù)，改變光照強(qiáng)度和方向；導(dǎo)入.FBX格式的動(dòng)畫文件。至此，建立起一個(gè)完整的靜態(tài)三維虛擬試驗(yàn)環(huán)境。

向變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)景中添加C#腳本，使靜態(tài)三維虛擬試驗(yàn)環(huán)境中的設(shè)備運(yùn)行起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。虛擬試驗(yàn)環(huán)境中添加腳本，可響應(yīng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件、可播放預(yù)制動(dòng)畫。首先確定被點(diǎn)擊的模型添加了物理屬性 BoxCollider，然后添加消息傳遞組件UΙButtonMessage，編寫鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件的函數(shù)，給 UΙButtonMessage組件的 FunctionName屬性賦值為鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件的函數(shù)名。使用Unity3D自帶的動(dòng)畫播放函數(shù)animation.play播放設(shè)備動(dòng)畫。如果設(shè)備只是簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)、位移動(dòng)作，使用Unity3D自帶的transform.Rotate函數(shù)可以使設(shè)備旋轉(zhuǎn)，transform.Translate使設(shè)備位移。

圖6 110 kV SF6斷路器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.6 110 kV SF6 circuit breaker insulation resistance measurement test site

圖7 110 kV SF6斷路器交流耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.7 110 kV SF6 circuit breakers AC voltage resistance test site

圖8 110 KV 電流互感器交流耐壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.8 110 KV current transformer AC pressure resistance test site

電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的其他內(nèi)容，如六氟化硫斷路器，絕緣子串，變壓器，避雷器，電流互感器，絕緣油的高壓試驗(yàn)仿真均按照前面的流程進(jìn)行開發(fā)。試驗(yàn)仿真場(chǎng)景如圖6、圖7和圖8所示。

5.3 試驗(yàn)系統(tǒng)整合

完成所有設(shè)備高壓試驗(yàn)仿真以后進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)整合，系統(tǒng)整合的過(guò)程就是把前面創(chuàng)建的一個(gè)個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)景(Scene)整合在一個(gè)工程文件中。當(dāng)一個(gè)場(chǎng)景(Scene)中的操作完成以后進(jìn)入另一個(gè)場(chǎng)景(Scene),使用Applicationg.Loadlevel()函數(shù)進(jìn)行場(chǎng)景（Scene）加載。比如：在任務(wù)選擇場(chǎng)景中選擇變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)，下一步選擇試驗(yàn)所需的安全工器具和試驗(yàn)儀器，調(diào)用場(chǎng)景加載函數(shù)Application.LoadLevel()進(jìn)入工器具選擇場(chǎng)景(Scene)；選擇正確的工器具后，調(diào)用Application.LoadLevel()進(jìn)入變壓器絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)景進(jìn)行試驗(yàn)。

6 結(jié)論

電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)三維仿真系統(tǒng)的研發(fā)內(nèi)容覆蓋了110 kV變電站關(guān)鍵設(shè)備試驗(yàn)和10 kV配網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程的仿真培訓(xùn)。實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備和配網(wǎng)線路關(guān)鍵設(shè)備高壓試驗(yàn)實(shí)操考評(píng)與技能鑒定，配合電氣試驗(yàn)在線考核系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)全方位教學(xué)培訓(xùn)。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)完全仿真模擬電氣設(shè)備試驗(yàn)過(guò)程，設(shè)置不同的試驗(yàn)背景條件，設(shè)置不同的設(shè)備故障，安全不受時(shí)間、空間、設(shè)備影響地進(jìn)行學(xué)習(xí)和考核。

2）以電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)過(guò)程為主要教學(xué)內(nèi)容，穿插被試設(shè)備和試驗(yàn)設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)導(dǎo)則、規(guī)程，將理論和操作結(jié)合起來(lái)，有利于提高試驗(yàn)人員的操作技能和分析判斷能力。