VR技术在电力系统人员培训中的应用探索

谭伟田　李运杰

摘  要：随着能源互联网的提出，电力系统进入高速发展阶段，设备更新不断加速，对现场人员技术水平要求不断提高。伴随电网规模的扩大，公司连续扩招的同时，也带来新进人员多，现场作业人员经验欠缺，故障分析处理能力不足等问题，导致现场安全生产风险不断升高，人员培训压力剧增。虚拟现实技术能实现集听觉、视觉、触觉一体化的虚拟环境，通过对虚拟现实原理进行研究分析，并将其引入到电力系统工作人员的培训中，通过模拟现场环境，为受训人员提供一个逼真的体验环境，增强培训交互性，提升培训效果。

关键词：VR技术应用;电力系统;人员培训

引言

近年来，新疆电网进入快速发展阶段，以超高压电网为例，2014年初仅有6座750千伏变电站，如今已建成22座750kV变电站和有两座换流站。电网的高速发展和设备的不断更新换代，对现场作业人员的技术能力和管理水平要求也越来越高。随着公司规模的扩大，新进大学生较多，现场作业人员普遍存在经验欠缺，安全意识不足，专业技术水平偏低等問题。这些问题不断地为电网的高速发展埋下隐患，提升新进人员技术水平迫在眉睫。

目前VR技术已经在娱乐、医学和军事等多个方面取得了广泛应用。本文通过对电力系统人员培训需求分析，提出一种VR技术在电力系统专业技术培训方面的应用。通过VR技术的使用，使技术培训具有更好的交互性和实用性。改变以往以说教为主的培训学习，通过现场情景再现，使受训者深度参与其中，将学习变为亲身体验，从而使技能得到快速提升，加速受训人员成长。

1 VR技术简介

VR技术（Virtual Reality Technology）是建立在计算机图形学、数据库设计、控制学、电子学、实时分布系统及多媒体技术等多种学科基础上的交叉技术，VR技术通过利用计算机图形系统及各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的动态环境，给使用者提供沉浸感觉，使用者通过视、听、触、嗅等器官可感受到的一种虚拟幻境[1]。

VR技术利用并发、联想等人类特有的思维方式，通过定性与定量相结合、感性认识与理性认识相结合，来建立多维信息空间。VR具有以下三个特征：交互性、沉浸性、想象性[2]。利用VR系统可对真实世界进行动态模拟，产生的动态环境可对用户的姿势动作、语言命令等做出实时响应，使用户和模拟环境建立实时交互性关系.并产生一种身临其境的沉浸感觉，是人们可以通过视听触等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。VR技术改变了人类获取信息的方式，极大提升了人机交互的和谐程度[3]。

2 VR系统结构

VR系统包括信息处理模块、传感输入模块、功能输出模块和VR模型，如图1所示。

本培训系统中信息处理模块采用高速信息处理芯片为核心建立的信息处理系统;传感输入模块包括语音、图像和人体姿态等传感器针对受训者反应进行信息采集;功能输出模块包括虚拟视频输出和运动交互系统输出、神经刺激输出等模块;VR模型针对培训不同项目，建立不同的行为模式输入和对应功能模块输出。在本系统中处理模块通过传感输入模块实时采集使用者状态和指令信息，与VR模型匹配后，通过功能输出模块提供相应的反馈信息。随着本系统的深入应用，将不断开发和完善本培训系统的VR模型。

3 在电力系统人员培训中的应用

3.1现场需求调查

通过对现场作业人员调研发现，目前主要存在下面三个问题。1、安全意识不足，对严守安规的重要性认识不足。工作现场普遍存在安全帽佩戴不正确，登高作业未时时使用安全带等习惯性违章行为。2、现场设备不够熟悉，对设备之间的联系不清楚，对异常现象分析辨识故障能力不足。3、对使用频率低的工器具缺少训练，对灭火器等设备使用生疏，紧急救护技能练习不足，在紧急时刻难以发挥应有的效用。针对上述问题，结合VR技术应用，设计三种VR应用模型，采用不同的场景模式进行强化训练。

3.2提升安全意识的应用

针对人员安全意识淡薄，对安规要求细节不注意，现场安规执行打折扣的问题，以往通常采用以往的安全事故教训学习，可是别人的经验总没有自己的亲身体验来的深刻。因此我们针对常见的不安全行为产生的伤害建立模型，让受训人

员切身体会不安全行为带来的危害，从而提高安全意识[4]。

目前提升人员安全意识的应用有：1、正确安全帽佩戴应用。建立佩戴安全帽时受到重物打击的模型，分别让受训者体验安全帽正确佩戴时和未正确佩戴时受到重物打击时感觉。并设计闯关模式，在模拟现场中时时检查培训者安全帽佩戴，在发现佩戴不正确时给予重物打击。2、正确使用安全带应用。建立人员坠落模型，分别让受训者体验在失去重心下受安全带保护和自由坠落的感觉。并设计闯关模式，在模拟现场中时时检查培训者安全带使用，在发现安全带使用不正确时让受训者体验失重。3、正确使用绝缘工具应用。建立带电操作模型，模拟现场情况指引受训者选择合适绝缘工具进行正确操作。并设计闯关模式，当受训者选择绝缘工具错误或操作中出现不正确行为时，触发高压放电，受训者体验触电。4、正确执行安全措施应用。根据检修设备建立检修设备隔离措施模型，引导受训者正确执行安全措施。并设计闯关模式，设定检修设备和检修任务，让受训人员执行安全措施，并对执行情况进行评价。

通过上述四个应用，让受训人员意识到正确佩戴安全帽和安全带的重要性，加强安全操作意识，从而在工作中认真严格执行安全措施，并通过闯关模式加深受训人员对不安全行为的认知。

3.3提升故障分析能力的应用

针对人员对现场设备不够熟悉、对设备间的联系不够明确、在发生故障时不能快速抓住问题的关键点的情况，我们根据以往的故障分析统计，建立现场设备模型，模拟现场故障情况，制作VR视频，让受训者全方位的观察现场故障发生，细致各个设备故障时的现象，体悟不同故障时设备的不同表现，加深人员对设备的理解深度，提升人员分析处理故障的能力。并在VR视频中对二次设备信息传输采取可视化处理，让故障过程中二次设备信息传输和动作行为清晰可见，让受训者对设备之间的联系和保护动作过程有一个显现的观察。

目前建立的故障类型有：1、变压器内部故障，构建变压器内部结构模型，可以三百六十度观察设备结构及设备工作动态，通过故障时各部件动作行为，直观展现故障时的状态及保护信号采集和动作过程。2、断路器故障，构建断路器内部结构模型，并将断路器操作回路和保护之间信号回路可视化。通过设置断路器故障点位置，显示出故障对断路器的影响，并对断路器操作回路动态和保护装置的动作行为和信息传输进行可视化展示，让受训人员可直观的感受到断路器故障时，断路器操作回路的状态和保护之间的动作行为。3、保护装置故障，建立保护装置内部信息可视化模型，可动态观察装置信息采集、逻辑动作和信号输出。可以设置保护装置故障位置，显示出故障对保护装置的影响。并动态显示出在保护装置故障状态下，一次设备故障因保护不能及时动作切除而故障扩大的动态过程及保护之间的信息传输和动作行为。

让受训人员加深对保护装置的理解，并对保护装置之间配合有更深的感触。

受训人员通过对上述三类故障的深入观察，明确设备之间的关系，在以后遇到类似故障时，有效提升故障判断的准确性和时效性。

3.3提升技能熟练度的应用

随着现场的长时间未使用，人员对紧急设备和紧急救护技能不断生疏，针对此类问题，我们利用VR技术对受训人员进行场景仿真实训，不仅减小了训练场地限制，也增强了受训者的体验，提升技能熟练程度。

目前技能提升的应用有：1、灭火器的使用，建立火灾现场模型，模拟不同材料失火现场，让受训人员选择灭火器，并根据灭火器特性指引受训人员处在合适的位置，采取合适的姿势进行灭火。从而提升受训者在火灾发生时，有效利用灭火器等器材的能力，以及在灭火过程中防护自身的能力。2、触电急救，建立触电急救模型，指引受训者正确将触电者脱离电源，并对触电者进行心肺复苏，提升受训者在发现触电情形时，快速有效地救助触电者。

受训人员在这两个应用中可以快速熟练灭火器的使用和触电急救，提升受训者在遇到此类突发情况时处理效率。

4 结语

通过VR技术在电力系统人员培训中的应用，使受训人员对作业现场有一个直观的认知和体验，使原本说教和旁观的培训变成受训者的亲身体验，将文字内容描述，形成场景式的再现，变成受训人员的亲身经验，使培训互动性更好，体验感更加，培训效果更优。为电网快速发展的人员不足问题，提供切实有效的解决方案。

参考文献：

[1] 吕韶义， 刘复岩. VR技术及其应用[C]// 全国系统仿真技术及应用研讨会. 2001.

[2] 黄鑫. 基于VR技术的虚拟教学应用研究[D]. 2005.

[3] 郭天太，王引童.虛拟现实技术与增强现实技术[J].机械制造，2003（06）：7-9.

[4] 李仙琪，张俊伟，王翀，许玉梅，赵铮.基于VR技术的沉浸式变电站仿真培训系统[J].自动化与仪表，2020，35（06）：8-11

作者简介：谭伟田（1987），男，河南省周口市人，2014年毕业于宁夏大学电子与通信工程专业，工程师，从事电力设备管理工作。