高压设备局部放电检测仿真培训系统的研制与开发
ＩＳＳＮ １６７２－２８４１ＣＮ ４４－１５８７ ／ Ｚ广东水利电力职业技术学院学报２０１５年 第１３卷 第１期
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５，Ｖｏｌ．１３， Ｎｏ．１３４－３７
高压设备局部放电检测仿真培训系统的
研制与开发
吴 靓１，王 勇２
（１．广东水利电力职业技术学院，广东 广州 ５１０６３５；２．广州供电局有限公司电力试验研究院，广东 广州 ５１０４１０）
摘 要： 简述利用虚拟现实技术、多媒体和网络技术研制和开发的一套高压设备局部放电检测仿
真培训系统，并对该仿真系统的设计原则、开发思路、关键技术、系统软、硬件方案等相关情
况进行阐析，现场应用表明，系统极大地方便了试验专业现场局部放电检测培训工作，填补了
国内该领域仿真课件空白。
关键词： 仿真；虚拟现实技术；多媒体技术；网络技术；局部放电
中图分类号：ＴＭ７６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２８４１（２０１５）０１－００３４－０４
近年来，我国电力系统实现了跨越式发展。电力系统的快速发展，要求高压设备状态检测工作必须同步跟上系统发展需要，要求现场试验人员的素质同步跟上系统发展需要。为此，我国电力系统普遍加大了培训工作力度，投入巨资建立了培训基地，但是目前我国检测技术培训与技能鉴定工作还存在很多问题。现行的高压设备局部放电检测培训与技能鉴定主要采取集中在室内进行理论培训及在一般基地进行技能培训等形式。由于被试设备、试验仪器、试验方法种类繁多,试验环境千变万化，一般的基地难以满足技能培训与技能鉴定工作要求。
如：要进行各类带电测试技术的现场实操培训就很困难。此外，在一般的基地进行培训与技能鉴定由于条件限制难以真实模拟现场试验背景，难以模拟所有的设备缺陷类型，难以给受训或鉴定对象逼真的感觉，造成培训与技能鉴定效果非常不理想，很难实现真正意义的培训与技能鉴定。此外，传统的现场技能培训与鉴定模式还存在较多难以克服的缺点，如：技能评价需要到指定场所鉴定，不能实现远程网络考评，不能实现任意时间、任意项目、任意工种的技能考评；鉴定与考评场地需要配备各类真实设备和测试仪器，需占用大量场地设施，这种方式效率低，费用极其昂贵；需配备一定数量考官及较多协助人员，难以满足多人同时进行考评；由于人为因素影响，使得考评客观性难以得到保证等等。
因此，对传统的培训与技能鉴定模式进行改革，研究并开发一种新型的、适合成年人培训特点的局部放电检测技术培训模式显得极为必要。为此，广州供电局组织开发了国内第一个高压设备局部放电检测培训与技能鉴定系统，在国内首次实现了模拟真实环境的局部放电检测培训与技能鉴定系统，可以方便实现网络培训、技能鉴定与考评。经国家鉴定认为其为国内首套完整的局部放电检测仿真培训系统，具有很强的实用性，整体达到国内领先水平[1-3]。
１ 虚拟现实技术的应用现状
虚拟现实，英文称为Virtual Reality，即利用计算机技术和高科技手段构造出一个虚拟境界，使参与者获得与现实一样的感觉。虚拟现实系统最大的特点在于它与用户的直接交互性。发达国家开展虚拟现实的研究时间早、范围广，在该技术的研究及应用方面占据领先地位。如，美国针对波多黎各电网及发电厂开发了两套虚拟环境系
收稿日期：２０１５－０３－０８
基金项目：２０１２年度广东省教育科学规划课题（２０１２ＪＫ１２０）。
作者简介：吴靓，女，副教授，硕士研究生，主要从事电气设备运行及电气试验方面的教学与研究工作。
３５吴 靓，王 勇：高压设备局部放电检测仿真培训系统的研制与开发
统，建立了虚拟发电厂和虚拟电网模型，并将它们用于电力教学。日本香川大学研制开发了基于虚拟现实技术的交互式培训系统并将其用于教学和电厂操作员的上岗培训。加拿大McGill大学研制开发了应用于电力系统培训的虚拟现实操作员培训系统ESOPE－VR，建立了一个三维电站的计算机模拟环境,能模拟电站运行的各种声音和识别操作员的语音命令,能通过图片、视频等交互式多媒体界面模拟电站环境和设备动作,还可以运用语音合成技术提供语音信息反馈和帮助信息[4-6]。
我国已经开始了这一领域的研究工作。浙江大学探索了在微机上初步实现了电力系统虚拟环境三维场景显示和三维声音回放等功能。中国电科院、华北电力大学均采用虚拟现实技术建立了变电站三维场景的仿真模型。我国云南电网公司采用虚拟现实技术开发了变电站运行操作仿真课件、贵州电网公司及武汉大学合作开发了基于虚拟实现技术的三维配电仿真培训系统的课件，这些都表明：虚拟现实技术将在电力系统的培训中担任重要角色。
但是无论是国内还是国外，虚拟现实技术在电力系统的应用主要都用在输、变电运行领域，在局部放电检测领域的应用目前还是空白，这也为项目的先进性打下了基础。
２系统仿真方式的选择
要进行局部放电检测技术的仿真，首先面临仿真方式的选择问题。目前，国内外技能培训的仿真有硬件和软件仿真两类[5-8]。硬件仿真一般是采用计算机为主控平台，采用单片机、集成电路、无线通讯等技术，通过硬件方式模拟被试设备、仪器仪表从而达到仿真的目的。目前，国内已经实现部分测试仪器设备的仿真，可以模拟试验仪器加压后操作过程，模拟试验设备升压后出现的电晕声等。如《江苏电机工程》2005年第1期报道：徐州供电局朱金华等人开发了“高压电气试验仿真培训系统”，可以通过硬件仿真方式模拟部分设备的预防性试验；《仪器仪表学报》2006年Z3期报道：李萍、刘国中等人利用单片机技术模拟开发了“高压电气试验仿真系统”，部份实现了预试项目的硬件仿真，等等。
硬件仿真比较直观，一目了然，但目前能够模拟的设备、仪器有限，模拟的功能也十分有限，对现场环境的模拟也存在困难，很难模拟出现场试验中的一些特殊伴生现象，如设备喷油、出现意外爬电等。特别是对于同一硬件设备而言，要随机模拟产生不同缺陷、不同测试数据的实际设备和测试仪器、模拟变化的各种不同的测试环境基本不可能。而软件仿真就没有这些问题，基本可以模拟所有被试设备和仪器仪表以及测试环境，可以模拟一切试验操作的全过程，可以模拟任意的测试数据及缺陷数据。综上考虑，选用软件仿真培训模式。
３ 系统设计的设计目标
期望通过本项目研究可以设计并开发一套可以模拟真实环境、虚拟被试设备及其缺陷、虚拟检测技术方法、具有涵盖面广、集成度高、可以推广复制特点的局部放电检测仿真与网络培训系统并形成商业产品，实现远程、网络、虚拟场景的培训。具体内容包括：
1）局部放电检测受训人员可以在系统上进行自我的理论学习、各类技术资料查阅、可以进行各类带电检测作业操作，全面再现现场操作全过程。
2）网络培训系统是基于Web的远程仿真培训系统，受训人员可以不受限于时间、空间、人等因素影响，进行随时随地的自主学习和测验。
3）系统具有良好的规模可伸缩性，有利于系统的扩充和发展。
4）能够实现仪器仪表全软件仿真，能够动态显示仪器的操作页面和测试数据，采用虚拟现实技术，建立现场试验虚拟场景，受训人员不但可以在虚拟场景中漫游，学习变电站设备，检查试验接线情况，从不同视角观察各个电气设备，而且可以进行接线和自我操作。
5）按照成年人的学习和培训规律来设计该系统，将理论学习和操作有机结合起来，全面提高试验人员的实际操作技能和综合分析判断能力。
6）充分利用企业网络资源，将网络培训系统与局远程教育培训系统良好结合，实现网络化、多媒体化培训，具有良好的性能价格比，满足“分散培训，集中考核”需要，解决受训人员工作与学习矛盾。
４ 系统硬件、软件方案的优化设计
为确保仿真效果，对系统硬件、软件技术方案进行了优化设计。广州供电局已建成了统一的