一种继电保护VR培训系统的制作方法

本发明属于继电保护技术领域，尤其涉及一种继电保护VR（Virtual Reality）培训系统。

背景技术：

继电保护装置是电力系统的重要组成部分，是确保电网可靠、稳定运行不可或缺的组成部分，因而对继电保护检修人员的技术水平有很高的要求。

目前继电保护检修专业人员流动性强，新员工需经过一系列安全生产和专业培训，考核通过后才可进行作业，这一过程耗费了大量的时间、人力、物力，严重影响了工作效率。而且，在传统的培训中，为了保障电力系统安全运行，决不允许人为设置故障供学员学习和处理，而单一的理论培训又缺乏直观认识和真实性，学员很难得到充分的锻炼，无法切实、高效地掌握故障处理技能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种继电保护VR培训系统，解决现有培训过程中，无法与设备进行交互性操作进而亲自动手实践的问题，可逼真、形象模拟继电保护系统的日常运行，在继电保护室的虚拟场景中完成对设备的巡视、检查、处理等操作，不仅可以帮助继电保护工作人员熟悉整个变电站的体系结构，而且提供了亲自动手实践操作的平台，节省了时间、人力和物力，提高了继电保护培训工作效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

图像采集模块，用于获取变电站继电保护室三维实景照片；

3D建模模块，用于通过3D建模软件进行3D建模；

仿真模块，用于真实再现所述继电保护室日常工作场景；

人机虚拟交互模块，用于利用虚拟现实工具与终端设备与所述继电保护室仿真场景进行人机虚拟交互，包括日常巡检模块、故障处理模块、实战考核模块。

优选地，3D建模模块包括：无缝拼接子模块和3D建模子模块。

优选地，无缝拼接子模块用于根据获取的继电保护装置的三维实景照片的光照、相机信息等信息，通过视图拼接软件，将继电保护装置的多角度局部图像拼接成三维全景图像。

优选地，3D建模子模块用于利用3D建模软件通过虚拟三维空间构建出具有三维立体效果的模型，且所述3D建模子模块采用的建模比例是1：1。

优选地，仿真模块用于根据所述3D建模模型和继电保护室日常工作场景，模拟继电保护装置功能的正常实现，并逼真地模拟真实继电保护系统的运行情况。

优选地，人机虚拟交互模块还包括：日常巡检模块、故障处理模块、实战考核模块。

优选地，日常巡检模块用于通过虚拟现实工具和终端设备对继电保护装置的日常维护与检修工作进行规范性地培训和指导。

优选地，故障处理模块还包括：故障类型选择模块和纠错模块。所述故障类型选择模块，用于根据需求，任意设置所述变电站继电保护室真实运行过程中常见的各类故障，提供针对性培训。

优选地，纠错模块用于通过虚拟现实工具和终端设备捕获用户操作，评定用户操作是否正确、规范，同时，提供故障分析和故障处理方法。

优选地，实战考核模块用于通过虚拟现实工具和终端设备对用户对继电保护装置的日常巡检和故障处理技能进行综合考察和评定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过采用VR虚拟现实技术，开发了一套可模拟继电保护室日常运行的可视化工具，实现了变电站二次设备的3D重现，可逼真、形象地反映继电保护系统的日常运行，并可在继电保护室的虚拟场景中完成对设备的巡视、检查、处理等操作，不仅可以帮助继电保护工作人员熟悉整个变电站的体系结构，而且提供了在继电保护培训的过程中，亲自动手实践操作的平台，在节省企业时间、人力和物力的基础上，充分提高了继电保护培训的工作效率。

附图说明

图1是本发明所述系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

图1示出了本发明实施例的整体结构框图，详述如下：

图像采集模块，用于获取变电站继电保护室三维实景照片；

3D建模模块，用于通过3D建模软件进行3D建模；

仿真模块，用于真实再现所述继电保护室日常工作场景；

人机虚拟交互模块，用于利用虚拟现实工具与终端设备与所述继电保护室仿真场景进行人机虚拟交互，包括日常巡检模块、故障处理模块、实战考核模块。

本发明实施例分为初级培训系统、中级培训系统和高级培训系统，可通过系统页面的功能按钮区域，自行选择培训等级，提供了一种因人而异、差别对待的继电保护VR培训系统，有利于提供针对性、专题性的培训，提高了培训效率。

图像采集模块，采用的是环视角度拍摄继电保护室三维实景照片。

采用上述技术方案的有益效果是：采用环视角度比采用单一角度拍摄的三维实景照片更加准确，更能全面反映继电保护装置的形状、大小、空间位置等信息。

继电保护装置包括：各个继电保护屏柜、各个继电保护屏柜操作面板、继电保护屏柜内所有继电保护设备、显示设备、连接设备以及其它相关设备。

3D建模模块，用于通过3D建模软件进行3D建模。

具体地，3D建模模块包括了对三维实景照片的无缝拼接子模块。由于获取的继电保护装置的照片为环视角度拍摄的局部照片，在对继电保护装置进行3D建模之前，为保证三维模型理论上的准确性，需要根据获取的继电保护装置的三维实景照片的光照、相机等信息，将继电保护装置的多角度局部图像拼接成三维全景图像。

具体地，3D建模子模块用于利用3D建模软件通过虚拟三维空间构建出具有三维立体效果的模型，且所述3D建模子模块采用的建模比例是1：1。

采用上述技术方案的有益效果是：可更为准确地建立继电保护装置的3D模型，进而逼真地实现在继电保护室虚拟场景中的设备巡视、检查、故障处理等操作。

仿真模块用于根据所述3D建模模型和继电保护室日常工作场景，模拟继电保护装置功能的正常实现，并逼真地模拟真实继电保护系统的运行情况。

例如，系统启动后，通过虚拟现实工具和终端设备，可逼真呈现出整个继电保护室内景。通过VR系统，可观察到继电保护屏上的所有工作区，包括：公用测控屏、远动通讯屏、线路保护测控屏、发电机保护测控屏、主变差动保护测控屏、信号屏等；通过虚拟现实工具拉动继电保护柜把手可打开继电保护屏柜，此时可观察到屏柜内所有继电保护装置，包括：各位样式的继电保护设备，仪表、指示灯等显示设备，端子、压板、空开等连接设备，转换开关、按钮等控制设备。继电保护屏柜内的信号灯和液晶屏可动态模拟继电保护室内的真实运行状况，时时发生相应变化。

利用虚拟现实工具与终端设备与所述继电保护室仿真场景进行人机虚拟交互模块。该模块通过手触操作VR输入设备完成，从而实现变电站继电保护室虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等一系列动作。

人机虚拟交互模块包含了日常巡检模块、故障处理模块、实战考核模块。

具体地，日常巡检模块将继电保护屏、继电保护屏柜内的继电保护装置以及二次回路进行解析及图形化虚拟，促进继电保护工作人员尽快熟悉整个变电站的体系结构和工作环境。

除此之外，日常巡检模块还对继电保护工作人员的日常工作内容进行培训和指导，内容包括但不限于：检查继电保护装置的保护屏、交流屏、直流屏、控制屏、端子箱等设备的运行是否正常，同时记录设备的运行状况、电能统计和线路表计；定期检查继电保护装置的外观；对继电保护装置进行评级；继电保护装置的日常维护。

具体地，故障处理模块包括故障类型选择模块和纠错模块，用于真实仿真继电保护装置的常见故障和缺陷，并可通过纠错模块提供故障分析和处理方法。

例如，该继电保护VR培训系统里，监控中心发出报警，通知继电保护室2号主变110kv侧101开关发生三相电流突变。由0A~2A跳跃，三相电压均显示为40V左右。通过该VR系统，观察到故障点主变保护101开关差动电流及后备保护三相电流均为1.2A左右，正常。此时通过虚拟现实工具，手动抓取电流钳表钳模拟量输入插件背板端子上所接的测电流电线，三相测量电流也均为1.2A左右，可排除CT故障。此时，再次通过虚拟现实工具，抓取万用表测量端子排，测量电压均为60V左右，排除PT故障。此时，可初步判断为测控装置故障。通过该继电保护VR培训系统，将电流回路短接，更换模拟量输入插件，此时VR系统内，故障现象仍未消除，判断为CPU插件问题。在VR系统内，通过虚拟现实工具，手动拆除原始CPU插件，并更换相应型号的CPU插件，故障报警消失，VR系统不再报警，系统正常运行。这就完成了一个简单的保护装置异常的故障处理。

再如，一条110KV线路使用CSL-162C型号的保护装置，发生C相接地短路故障，故障电流8A，这时候的定值是5.5A，0.3S。培训人员通过VR系统，可以读取定值是5.5A。然后模拟操作，输入C相电流8A，此时经过0.3S继电保护装置正常动作，就完成了一个CSL-162C装置处理线路单相接地故障整体过程的学习。中级要求会设置某些缺陷，比如模拟装置的接线将电流的A相和C相接反、没有投入跳闸压板等等，这样保护装置就不会正常动作，培训人员就可以在这个模拟的系统内进行查找并操作，比如修改接线、投入压板等。

整个过程都是模拟继电保护室真实运行情况，继电保护工作人员通过虚拟现实工具，亲自参与整个故障处理过程，包括手动更换CPU插件，设备拆线、接线等操作。与此同时，系统会捕获并记录用户的整个操作过程，并将数据传输至纠错模块。纠错模块评定用户的整个操作过程是否正确、规范，并向用户反馈评定结果、故障分析和处理方法。

具体地，故障类型包括通道回路故障、控制电路短路保护装置故障、直流接地等故障类型。

具体地，实战考核模块对继电保护工作人员日常巡检、故障处理、岗位技能进行考核，以检验继电保护工作人员技能掌握情况。

采用上述技术方案的有益效果是：人机虚拟交互模块为继电保护工作人员提供了一个亲自动手实践的平台，使其产生一种沉浸于现实环境的感觉，并可与设备进行交互操作，克服了传统培训缺乏直观认识和真实性的弊端，使其得到充分锻炼。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。