基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站檢修系統(tǒng)的設(shè)計研究

李士杰 張新波 陸海

摘 要：變電站是我國電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行中的重要一環(huán)。而變電站高效穩(wěn)定運行對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益具有重要意義。變電站要想持續(xù)高效運行，其工作人員應(yīng)該具備過硬的技術(shù)能力，變電站也應(yīng)該具備先進的檢修系統(tǒng)。因此，本文對基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計的變電站檢修系統(tǒng)進行研究，闡述虛擬技術(shù)在變電站檢修系統(tǒng)設(shè)計中的重要意義，提升變電站的運行的穩(wěn)性、高效性。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);變電站;檢修系統(tǒng)

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

1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的變電站檢修系統(tǒng)設(shè)計

1.1變電所場景漫游

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

1.2設(shè)備的控制操作

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

1.3常見的事故處理

變電站的設(shè)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(fā)生一系列的突發(fā)事故。在對變電站工作人員進行技能培訓(xùn)時，如何處理常見的事故也是重要一環(huán)。而通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，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(fā)生事故時設(shè)備的運行狀態(tài)，一旦在后續(xù)工作中，出現(xiàn)了常見的突發(fā)事故，工作人員也可以選擇更好的解決辦法來應(yīng)對。事故處理虛擬演練功能的設(shè)計，是根據(jù)設(shè)備實際事故的數(shù)據(jù)參數(shù)，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(xué)習(xí)與訓(xùn)練

變電站工作人員的工作技能訓(xùn)練中，元器件的拆裝學(xué)習(xí)也十分重要，這對工作人員深入了解變電設(shè)備有所幫助，在后續(xù)日常設(shè)備檢修過程中，工作人員只有對變電設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造有清晰的認(rèn)識，才能在工作中對設(shè)備的性能、功能以及工作狀態(tài)有更加深刻的體會，從而更好的進行變電工作。

2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計變電站檢修系統(tǒng)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(shù)對變電站元器建模

（1）擠出。在運用3DSMAX建模技術(shù)對變電站的設(shè)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(gòu)建三維立體模型。在建模設(shè)計過程中，大部分變電站設(shè)備元器件都會使用擠出命令來進行設(shè)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(zhuǎn)操作生成三維立體模型。其主要的作用就是在進行設(shè)計建模時，可以根據(jù)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(shè)計過程中，設(shè)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(shè)備建模操作，主要用于對結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時具有一定規(guī)則特點的變電站設(shè)備進行模型建立。

2.2.2利用3DSMAX特效技術(shù)完善變電站場景

（1）材質(zhì)貼圖特效。應(yīng)用這種特效技術(shù)能夠?qū)ψ冸娬緢鼍暗娜S模型內(nèi)部構(gòu)造組成進行良好的體現(xiàn)，對某些變電站設(shè)備外部表面的光學(xué)特征，有著極佳的顯示效果。（2）光照特效。這種特效技術(shù)主要用于展示變電站虛擬場景中，設(shè)備模型之間的光學(xué)元素傳遞過程。具體而言，是變電站設(shè)備的虛擬模型某個面之間的光學(xué)元素傳遞過程。利用這種特效技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)變電站場景的光學(xué)效果。（3）烘焙技術(shù)。這項技術(shù)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(shè)備模型表面。當(dāng)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(shù)能夠有效的節(jié)省變電站虛擬檢修系統(tǒng)的內(nèi)部空間和相關(guān)資源。

2.2三維場景交互

2.2.1利用VCR平臺實現(xiàn)虛擬變電站漫游和操作

變電站虛擬檢修系統(tǒng)在進行變電站設(shè)備建模時，主要運用了三維建模軟件3Dmax對相關(guān)元器件進行設(shè)計，同時也是應(yīng)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(shè)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(shè)備的元器件模型進行拆裝操作。而要想實現(xiàn)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(dǎo)入基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的VRP平臺。在VRP平臺中，可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬變電站的漫游功能，還能夠?qū)μ摂M變電站場景中的設(shè)備模型進行實時操控，從而實現(xiàn)虛擬變電站檢修系統(tǒng)的構(gòu)建。

結(jié)束語

綜上所述，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)建虛擬的變電站檢修系統(tǒng)，使變電站工作人員能夠在虛擬場景對變電設(shè)備進行檢修以及操控訓(xùn)練，還能夠在虛擬場景中對工作人員進行變電站突發(fā)事故模擬演練，提升了工作人員的專業(yè)技能和工作經(jīng)驗，同時該系統(tǒng)還具備節(jié)省變電站的維修、培訓(xùn)成本、安全系數(shù)高等優(yōu)點，有效的提高了變電站的工作效率和經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)

[1]呂廣輝.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站檢修系統(tǒng)的設(shè)計探究[J].民營科技，2015（11）：71-71.

[2]修圣潔.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站檢修系統(tǒng)的設(shè)計探究[J].中國科技投資，2016（27）.

[3]唐小惠，楊濤.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站檢修系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2011（12）：40-42.

[4]宋平，楊濤.基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站系統(tǒng)設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（01）：156-158.

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