虚拟现实三维建模管控仿真场景曾国伟

曾国伟田维欧阳林

摘要：为了降低变电站培训成本与提高培训的真实感，对变电站中人的行为进行了研究与仿真，结合虚拟现实技术、虚拟人行为仿真技术设计并实现了一套变电站仿真系统。以连州供电局变电站仿真培训系统为例，介绍了三维虚拟变电站仿真培训系统的设计平台、仿真模型和故障模型的实现、事故处理培训实例，该系统直观生动、符合现场培训的要求，实用性很强。

关键词：三维虚拟变电站；仿真培训；故障模型；多媒体

三维虚拟变电站仿真培训系统形成一个逼真的培训环境，对它进行任何操作都不会对实际系统的设备带来任何影响，它可随心所欲地建立各种运行方式，设置各种故障，使学员尽快掌握各种基本操作。该系统采用软表盘技术，不仅可以使系统的控制和保护盘台研制成和实际盘台一样，而且可以超前实际变电站投入使用，这为新建变电站提前培训生产运行人员赢得了宝贵时间。培训实践表明：该系统功能强大、实时性好、画面生动，不仅培养了学员的实际动手能力，而且加强了理论与实践相结合的环节，是现代供电企业教学和培训的必备手段。文章充分利用了三维图形、三维场景、三维动画和声音等多媒体表现形式，模拟教员和学员角色进入虚拟仿真系统，实现了基于多媒体技术的三维虚拟变电站仿真及设备巡检、倒闸操作等动态操作。

1设计平台

由中国电力科学研究院和北京科东电力控制系统有限责任公司联合开发的TS2000仿真培训系统应用UNIX操作系统，在主机配置一台SUN工作站作为教员台，其上安装了UNIX多用户实时操作系统，学员机配置了28台联想的PIII微机，其上运行的是SCO公司UNIX操作系统Openserver5.0，而且利用UNIX的网络支撑功能，实现分布节点的相互操作和各系统的综合协调。

由网络服务器兼做教员台，用于教案编制、运行方式整定、故障设置、系统维护管理、数据组织和显示学员操作情况以便于监管。教员可以在教员台上为学员设置具体的培训项目，监视和查阅学员培训记录。学员台用于变电站仿真、监控系统、二次设备、一次设备巡视培训等。学员台由两个电脑界面组成，分别为三维多媒体巡视操作人机界面和二次设备及自动控制等系统监控界面。

当运行教员端和连接学员机后，就可以进入启动仿真进程。首先启动三维一次画面，在学员机右边的电脑会显示当前变电站一次设备实景，然后依次启动电网，会弹出psm.exe、dbcom.exe、WNT8000三个窗口，再启动变电站屏盘和保护程序，最后启动监控系统，进入培训模式，选择仿真站名称，便可以在相应站进行各种故障、异常设置。

2仿真模型和故障模型的实现

仿真模型的变电站包括500kV贤岭变电站、220kV阳山变电站和110kV水井坪变电站。500kV系统主接线极具代表性，系统有3个电压等级，采用3/2断路器接线，出线5回；220kV系统采用双母带旁母接线，出线12回，一个母联，一个旁路，2个PT间隔；750MVA主变压器2台，站用变压器2台、35kV电容器、电抗器各9组。因此，线路、母线、主变等电气设备的各种倒闸操作均可在本仿真变电站进行培训。

故障模型包括：设置故障、设置异常事件、设置三维异常和故障。

设置故障：在教员电网主接线图上左键单击设备潮流（线路、主变的功率、电流，或者母线电压），从弹出菜单上可以设置该设备的故障，在故障设置窗口上拖动上方滑块可以选择故障点，最左侧点是线路出

口处，最右侧点是线路末端。单击“类型”按钮可以选择故障类型（单相接地、相间短路、多相接地等）；单击“相”按钮可以选择故障相别，中间单选项选择故障性质（瞬时、永久）；最后单击“发送”按钮将故障发送到各学员。

设置异常事件：1）开关异常设置：左键单击开关，从弹出菜单上可以选择设置开关拒动、控制回路断线、压力降低、弹簧未储能等异常事件；2）装置异常事件设置：在设备潮流处左键单击，从弹出菜单上可以设置第1套线路保护装置PT交流电压消失、CT断线、直流电源消失等异常事件。

设置三维异常和故障：在三维异常设置窗口上方有6个下拉列表选项，分别是变电站、电压等级、场景单元、设备类型、设备名称、设备状态，依次设置后点击“加入异常”按钮，然后点击“立即发送”按钮将列表里的异常事件发送出去。教员可在三维场景中选择故障点挂一个示意牌，明确故障点位置，使学员可以查找出故障点。

3事故处理培训实例

仿真培训系统包括：一次设备场景系统、二次设备场景系统、微机五防系统和综合自动化监控系统。以巡视发现220kV阳山变电站221PTB相避雷器冒烟异常处理为实例，介绍事故处理在三维虚拟变电站仿真培训系统中的应用。

学员机左边电脑界面的告警信息窗显示教员机所设置的保护动作、开关跳闸、录波器启动等异常事件及故障信息，同时在右边电脑三维一次画面中也显示三维异常和故障挂牌。学员根据以上信息可快速查找故障点。经查看录波图实时曲线，现场检查设备后发现是221PTB相避雷器冒烟。接着，学员可根据自己的思路进行以下操作：

汇报调度，按调度令进行处理，合上222000地刀，断开2201、2439、2012开关，断开221PT二次侧，拉开221PT刀闸，投入2012开关充电保护，合上2012开关，退出2012开关充电保护，将222PT与221PT二次并列，合上2201开关，拉开222000地刀，合上2439开关，将221PT转检修，汇报调度，布置安全措施，挂牌。

4、结束语

综上所述，为保证变电站安全可靠运行，对运行人员进行接近实际操作情况的培训，以减少各种人为操作事故是非常必要的。目前

的各类培训系统，大多以文字、接线图、数字图表或简单的漫游方式进行实际系统的仿真，无法逼真地模拟人与设备的实时交互功能，培训过程的真实度不够。

参考文献：

[1]阎光伟，平红燕.基于虚拟人行为的三维变电站仿真培训系统[J].电力自动化设备，2010（7）：121～123.