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浅析电力计量装表接电培训中VR技术应用王勇军

发表时间：2020/4/30 来源：《电力设备》2019年第23期作者：王勇军秦跃杰韩迪

[导读] 摘要：目前对计量电采运维故障检修操作人员的培训仍停留使用教学视频进行教学或者现场真实培训等传统的培训阶段。

        （国网周口供电公司）
        摘要：目前对计量电采运维故障检修操作人员的培训仍停留使用教学视频进行教学或者现场真实培训等传统的培训阶段。通过教学视频进行教学培训，学员无法获取实际操作经验，只能学习理论知识，在实际操作中仍然会遇到很多问题，并且会浪费学员大量宝贵时间。现场操作真实培训不能同时培训多个学员，培训效率比较低，电力检测都是带电操作，学员在培训中极易遇到危险，并且设备损耗也给企业浪费了大量资金。VR培训系统可以解决传统培训系统难以解决的问题，操作人员可以在没有任何危险的情况下完成整个培训操作，并且可以反复使用，为企业节省了许多培训成本。
        关键词：电力计量装表接电；培训；虚拟现实；VR技术；应用
        一、项目介绍
        本项目研制一套基于VR技术电力计量装表接电培训系统，具备研究梳理错误接线、低压电采设备常见故障处理等虚拟培训考核功能，主要应用虚拟现实、三维仿真技术实现培训，同步做好接口体系规范、数据交互、通讯、电力数据运算、逻辑仿真、现场作业虚拟环境搭建和动作捕捉等各模块，实现数据信息综合有序管理。
        项目根据培训对象对计量装置基本技能掌握的实际情况，结合虚拟实现技术，采用3DMAX软件完成计量装置元模型的组件开发，利用Unity3D实现交互仿真功能。利用动态人机交互技术，实现学员对培训内容的虚拟实现。此外，为进一步完善三维仿真培训系统功能和实际应用，配套开发了一些辅助系统。基于VR的装表接电培训系统，可以提高技能型操作的实训效果；提高学员学习兴趣，促进技能的快速增长；将存在危险的实操练习虚拟化，提高练习的反复使用率及安全性；利用多媒体技术，以文字、声音、图片、视频及3D模型等形式生动展现教学知识；一次性投入，减少材料、人工的后续支出。
        本项目在高、低压领域借助计算机技术、虚拟现实技术对电力计量回路装置，原理构成及接线方法等进行模拟操作与培训，通过构建一个与实际电力计量回路原理、装置构成、接线方法无限接近的虚拟环境，利用720度沉浸式体验，完成对接线方法操控与模拟演练；开发了教学演练、故障排除、模拟考试3个模式对受训者进行训练与考核，实现零风险、低成本的培训效果。
        二、系统模型建立
        首先通过三维建模，构建与实物1:1比例的开关柜柜体，电流互感器、电压互感器、接线盒、电能表(二相四线制、三相三线制等)、电能采集终端等仿真模型，并最大程度还原产品本身的颜色与纹理，为后续搭建系统场景做准备。采用可复现技术，对可能出现的各种故障类型进行数据库维护和仿真输出，形成具有指导意义的可视化产出，便于后期教学培训。图1为现场计量柜设备仿真示意图，图2展示了电能计量线路中的三相三线智能电能表检测。

        三、模型搭建场景
        通过生成系统中的各个单独模型，按照现场培训方式将它们组成一套完整的计量装置并放置在专用计量柜内，构建出个专用计量场景本项目分别实现了电力计量所有方式，包括高供高计计量方式、高供低计计量方式以及低供低计计量方式，分别将3种方式展示如下图所示，3个场景的培训模式全部采用“语音、文字引导”和虚拟特效”方式，语音播报每个设备时，时间问隔保证3秒钟，让用户有停顿观察时间。在语音播报设备名称时，对应设备叠加突出特效和设备名称，用户可直观认识对应设备。通过动画、特效、音效（正确操作、错误操作）点击UI及模型、场景音效（仪表），解说语音进行展示。
        通过上述方式模拟装表接电主要操作步骤，让学员在虚拟的场景中自行完成对相关知识的掌握和运用，最终将整个现场场景配置为个720度视角的虚拟仿真场景。技能操作培训区：参照《电力行业国家职业技能鉴定规范》、《国家电网公司生产技能人员职业能力培训规范》装表接电部分的实训要求设置可实现高压三相四线、三相三线、低压三相四线、单相电能计量装置的安装接线；高、低压计量装置错接线检查与故障排除等技能操作培训功能。
        四、培训交互
        学员佩戴VR头镜，沉浸在构建的虚拟教室场景中进行观察，同时配备有语音提示，可根据语音提示完成相应的虚拟线路选择、连接和故障排查等教学培训。培训模式内，根据系统提示进行验电、目测电表安装位置、拆卸表盖、电表位置固定、接线等操作，完成接线作业培训；换表根据系统提示进行验电、电表信息核对、检测开关是否带电、放置绝缘布、剥电线、更换电表、拆除绝缘帽并依次安装回电线、拆除绝缘布、再次检测带电情况等操作，完成带电换表作业培训；排故调试根据系统提示打开电柜，每个电柜设置不同故障，通过故障提示与相应故障的解决办法完成排故调试作业培训。
        在进行装表接电操作时，需要按照标准与规范选择正确的颜色与线径导线，如A、B、C三相连接导线分别选用黄、绿、红色单股铜芯导线，零线可选用蓝色或者黑色单股铜芯导线，接地线为黄绿双色线。红色代表正极性端、蓝色代表负极性端。对于导线线径选择，电流连接导线须选用4mm2及以上规格导线，电压连接导线须选用2.5mm2及以上规格导线。
        电压、电流互感器至联合接线盒间的模拟接线操作：首先连接电压互感器至接线盒的电压导线。三相三线电压互感器采用V/V接线。
        五、结语
        传统营销计量专业培训主要以正确导向为原则，一些现场计量事故往往都是通过视频录像等资料来复现，现场事故资料不齐全，很难形成系统性影像。针对上述状况，本项目通过虚拟现实技术构建了电能计量过程中各个装置的实体仿真模型，将这些模型组成虚拟环境模拟现实培训场景，实现了一种模拟电力计量回路原理的培训系统。配以系统开发的理论及方法培训，可让学员与自身实际工作相结合，达到“学以致用，用以促学”的效果。通过融入多种创意互动体验方式，加强学员与知识的互动性，带给学员沉浸式、交互式、增强现实的体验感觉，使其记忆犹新，有效传递信息。该系统只需学员佩戴VR头镜，根据培音提示即可随时随地进行学习和考试，具有更高的安全性和便捷性，培训成本低，具有重要的现实意义，值得推广。
        参考文献
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        [3]林俊，柳竹青.数字化电能计量检测技术方案[J].电子技术与软件工程，2019(5):80-85.
        [4]肖丽佳.电能计量装置运行状态的监测与评价[J].集成电路应用，2019，36(3):76-77.
        [5]梁永昌，贾宏伟.安全电压环境下电能计量培训装置系统设计