摘要：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國電力建設日新月異，新的電壓等級不斷涌現(xiàn)，輸（配）電線路里程數(shù)的不斷增加，運行檢修是保證電力設備安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)，帶電作業(yè)已成為電氣設備的常用檢修測試方法之一，針對輸電線路帶電作業(yè)培訓中遇到的問題，本文設計了基于虛擬現(xiàn)實技術的輸電線路帶電作業(yè)仿真系統(tǒng)，結(jié)合帶電作業(yè)項目案例，挑選輸電、配電、關鍵技術等經(jīng)典案例進行虛擬仿真培訓。此系統(tǒng)，在幫助學生了解實際的帶電作業(yè)知識前提下，能使學生獲得高度仿真的操作體驗。

關鍵詞：帶電作業(yè) 虛擬仿真 高壓輸配電 教學實踐

1 概述

帶電作業(yè)作為保障線路運行可靠性的重要手段，是一項危險性較大、操作安全水平要求較高的特殊工種，要求作業(yè)人員在具備扎實的帶電作業(yè)理論知識和良好的技術水平的基礎上，具有很高的熟練程度。對作業(yè)人員要進行有效培訓。傳統(tǒng)的培訓方式是通過理論講解、多媒體課件等教學形式，同時組織學生到現(xiàn)場進行實踐教學、現(xiàn)場觀摩。由于實際電路存在諸多安全隱患，且易受到天氣、場地、設備等諸多因數(shù)的限制，學生實際動手操作機會較少，可供學生學習、識別的典型故障、缺陷類型有限，因此，難以達到很好的培訓效果。為了消除帶電作業(yè)人員對帶電設備的恐懼，提升帶電作業(yè)人員的操作技能，增強帶電作業(yè)人實際操作能力，針對輸電線路帶電作業(yè)培訓中遇到的問題，本輸配電帶電作業(yè)三維仿真培訓系統(tǒng)，通過真實的還原作業(yè)場景，覆蓋典型的帶電作業(yè)項目，設計了基于虛擬現(xiàn)實技術的輸電線路帶電作業(yè)仿真系統(tǒng)，并對系統(tǒng)實現(xiàn)過程中的關鍵技術進行分析，配合相應硬件設備建立了仿真培訓系統(tǒng)。

虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality），又稱靈境技術，是20世紀末興起的一門嶄新的綜合性信息技術。它的興起，為人機交互界面的發(fā)展開創(chuàng)了新的研究領域。這種技術的特點在于，計算機產(chǎn)生一種人為虛擬的環(huán)境，這種虛擬的環(huán)境是通過計算機圖形構(gòu)成的三度空間，或是把其它現(xiàn)實環(huán)境編制到計算機中去產(chǎn)生逼真的“虛擬環(huán)境”，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。這種技術的應用，改進了人們利用計算機進行多工程數(shù)據(jù)處理的方式，由于這是一種省錢、安全、有效的培訓方法，現(xiàn)在已被推廣到各行各業(yè)的培訓中。目前，虛擬現(xiàn)實已被推廣到不同領域中，在科技開發(fā)上、商業(yè)上、醫(yī)療上、娛樂上等得到廣泛應用。本文采用虛擬現(xiàn)實技術，建立起輸電線路帶電作業(yè)的仿真培訓系統(tǒng)，通過模擬現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境和操作流程，實現(xiàn)基于計算機的仿真培訓系統(tǒng)，使學生在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中形象、直觀地了解并掌握標準的輸電線路帶電作業(yè)方法。

2 高壓輸配電帶電仿真實訓的內(nèi)容

2.1 關鍵技術仿真

2.1.1 關鍵技術仿真的實現(xiàn)

目前，帶電作業(yè)施工的操作培訓是基于實物進行的，由于高壓導致一定的危險性存在，為了培訓操作者的每一步操作都符合規(guī)范，使用虛擬操作技術與電路仿真技術相結(jié)合，可以建立虛擬的作業(yè)工具和絕緣工器具機械的使用方法。本文中，每項關鍵技術都是根據(jù)在網(wǎng)運行的線路為依據(jù)，按照國家電網(wǎng)公司配電線路帶電作業(yè)操作手冊，使用三維技術再現(xiàn)帶電作業(yè)中，以各種關鍵技術工作為作業(yè)背景，演示操作流程和方法，以達到培訓的目的。虛擬仿真技術的合理應用與帶電作業(yè)施工是密不可分的，關鍵技術項目有很多：打繩結(jié)、進工位、絕緣斗臂車、110-220kV更換絕緣子等。

2.1.2 關鍵技術仿真的具體項目

本文結(jié)合帶電作業(yè)項目案例，僅以關鍵技術之進入工位為例。本項目以在帶電作業(yè)施工中在進入工位的時候為作業(yè)背景說明利用登高板、腳扣、絕緣斗臂車、絕緣平臺、絕緣硬梯進入工位時的使用方法。利用虛擬仿真技術，再現(xiàn)各種工具進入工位時的背景，使用前的準備、檢測以及操作步驟。利用立體環(huán)幕使學生猶如身臨其境，演示完畢，學生再在臺式訓練儀上模擬考試，模擬進入工位的操作步驟，針對進入工位的注意事項，編輯成若干題目，使學生能掌握正確操作方法而杜絕有可能產(chǎn)生的意外。比如：登高板掛鉤時必須正勾，切勿反勾，以免造成脫鉤事故；使用腳扣進入工位時，雨天或冰雪天不宜登桿，容易出現(xiàn)滑落傷人事故等等。

2.1.3 拓展項目

利用虛擬操作技術還可以檢測安全帶、登高板的質(zhì)量，用人體作沖擊荷載實驗，檢查登高板是否安全可靠，同時對安全帶也可用人體作沖擊荷載實驗。另外，某類作業(yè)工具有新款推出時，如斗臂車，可以模擬斗臂車啟動，并工作一個循環(huán)，檢查是否有液體滲出、液壓缸有無滲漏、異常噪聲、工作失靈、不穩(wěn)定運動、撞擊或其他故障。

2.2 配電線路、輸電線路仿真

2.2.1 配電線路和輸電線路仿真的必要

電力線路主要分為配電線路和輸電線路兩種，隨著供電質(zhì)量要求的不斷提高，輸、配電線路設備實際利用小時數(shù)已成為輸、配電線路的一項重要考核指標，帶電作業(yè)已成為輸、配檢修方式之一。引起線路故障的原因有很多：設計方面、施工方面、客觀因素等等，產(chǎn)生一些線路缺陷：塔材丟失、桿塔鳥窩、防護林區(qū)、桿塔異物、絕緣子更換等，需及時維護處理。

為培訓學生正確的帶電作業(yè)意識，積累現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，不僅三維演示項目具體作業(yè)步驟，并且包括項目開展前應對現(xiàn)場進行勘查、簽發(fā)工作票、準備合適的工器具并進行檢測合格、核對工作地點線路名稱和桿號等等。輸配電線路檢修項目有很多，從10kV配電線路到500kV輸電線路。從檢測、更換絕緣子、線夾、間隔棒等常規(guī)項目到帶電升高、移位桿塔等復雜項目，還有750kV線路和特高壓交直流輸電線路帶電作業(yè)。具體的項目有：10kV帶電更換跌落式開關、10kV帶負荷狀態(tài)下更換隔離刀閘、10kV帶電更換直線電桿、500kV帶電安裝避雷器、800kV輸電線路帶電更換耐張任意整串絕緣子。

2.2.2 輸配電仿真項目的實現(xiàn)

本文結(jié)合帶電作業(yè)項目為例，利用虛擬操作技術僅以10kV帶電清除票掛物為例。本項目根據(jù)桿上電氣設備布置，準備好作業(yè)設備及儀表，將絕緣斗臂車定位于最適于作業(yè)的位置，并裝置車體接地線，設遮攔網(wǎng)。采用絕緣夾鉗，絕緣棘輪大剪夾緊票掛物（比如風箏）。通過大場景的漫游來展示作業(yè)現(xiàn)場和線路實況；通過小場景來展示操作細節(jié)，真實還原了帶電作業(yè)流程。學生在臺式訓練儀上模擬考試時，編輯一些針對本項目注意的一些題型。比如：清除票掛物方法應正確，防止力度過大；絕緣斗臂車復位操作要平穩(wěn)，規(guī)避鄰近高壓線路、桿塔及各類障礙物。

2.2.3 拓展項目

另外還可以設計典型故障案例：模擬單相接地故障、短路故障等。高壓輸配電是一個綜合電能交互系統(tǒng)，線路故障將會給電力企業(yè)及電力用戶帶來巨大經(jīng)濟損失，通過模擬故障產(chǎn)生，故障快速查找，故障防范的措施，故障的快速切除，對培訓人員有深遠的實際意義。

2.3 輸配電仿真的重要意義

為保證向用戶不間斷供電，提高供電可靠性；節(jié)省檢修時間，減輕勞動強度，能夠使設備檢修對用戶影響降低為零。培養(yǎng)操作規(guī)范、熟練的帶電作業(yè)人員顯得尤為重要，虛擬仿真技術作為傳統(tǒng)培訓的有益補充，培訓過程不受時間、天氣、氣候、空間等因素的影響。為帶電作業(yè)培訓提供規(guī)范化、常態(tài)化、高效率、低成本的培訓環(huán)境，開拓了培訓的新模式。

參考文獻：

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[3]周興，張雪峰，等.基于虛擬現(xiàn)實技術的帶電作業(yè)仿真培訓系統(tǒng)研究[J].水電能源科學，2012（12）.

作者簡介：陳雅萍（1966-），女，湖南資興人，教師，講師，主要從事電氣控制的教學與實訓工作。