（内蒙古电力（集团）有限责任公司培训中心内蒙古呼和浩特市010010）
摘要：在电力系统中变电检修专业所从事的现场生产工作内容极其复杂繁琐，将三维可视化与虚拟仿真技术应用在新员工识别电气设备和变电检修岗位人员提升检修工作技能水平等培训上具有十分重要的科学意义。目前，变电检修等相关专业因受到时间、场地、一次设备繁多等多种不利因素的限制，培训工作成本过高，收效甚微，培训过程缺乏主动性和生动性。基于三维可视化与虚拟仿真技术针对以上问题找到了很好的解决办法。本文首先介绍了目前变电检修相关专业实操教学存在的问题，并以实际教学为例介绍了基于三维可视化与虚拟仿真技术在变电检修检修教学中的应用，最后分析了这种技术应用在实际教学中的意义。
关键词：变电检修三维虚拟仿真
1变电检修专业实操教学培训中存在的问题
随着我国电力需求的不断增长，电力产业的规模迅速扩张，大量新技术、新设备在电厂、电网中广泛使用，对施工建设、安装调试、运行维护、缺陷排查、故障分析等都提出了更高的要求，不仅工作量大大增加，而且对现场工作人员的知识和技能的要求也大大提高。
为了提高各相关专业工作人员的工作能力，各企业都投入大量资源用于员工培训，但培训效果与预期总存在一定差距。
1.1传统培训方式方法不适用于变电检修专业技能培训。
传统的培训方式如书籍自学时专业知识晦涩难懂、专家讲座和专业题库的形式又枯燥乏味无法有效地建立与工作现场的联系、视频专题片等形式又无法进行动手实操，难免会印象淡薄，而且这些传统培训方式方法只能够解决“知识充足”问题，在培训过程中缺乏感性认识，学员在学习过程中容易变得枯燥乏味，学员无法将将学到的知识与现场实际设备之际建立起直接联系，容易产生学完就忘的情况，无助于提高现场工作技能。
1.2变电检修专业实操基地受限。
变电检修实操基地在建设时无法理想化地将电网设备全部涵盖，只能将电网主要设备进行配置而且受限于场地、设备等因素，投资巨大，受训人员有限，培训效率低。
由于设备数量等原因培训人员在学习过程中难免出现动手机会偏少，即使通过分组教学的形式进行改善，也难免出现学习效率低下等问题。
培训设施设备在进行实操培训过程中也很难将设备内部结构完全透彻进行展示，即便进行设备的现场拆解，但设备拆解过程次数有限，培训效率也较低，很难使得培训人员每个人全程参与其中，全方位进行学习。而且设备拆解培训过程虽然直观，但是也不能很好的展示设备正常动作的过程。现有培训模式无法深入设备装配级结构，受训人无法全角度全面认知，更多的是知其然不知其所以然
1.3变电检修专业现场实践机会减少
近些年因为检修策略的改变，变电检修专业现场实践机会大大减少，专业人员在现场进行学习的机会越来越少，偶有机会参与者也极其有限。即使在工作现场也要以生产工作为第一任务，无法详细详尽地对现场所涉及的电网设备和检修技能进行深入学习。
1.4传统现场师带徒方式受限。
传统的师带徒方式对变电检修人员进行培训，完全取决于师傅个人现场经验和讲授能力，一线老工人虽然现场经验丰富，但是现场设备更新换代极快，种类繁杂，很难做到面面俱到。而且现场一线工人很少对现场设备、检修流程等知识进行系统整理归纳，教授时也是问题导向性，工作中遇到问题，可能会对问题所涉及的内容进行教授，这样教学具有临时性，随意性，不系统。
1.5变电检修专业考核方式受限。
现有实操考核只能进行一些简单的实操项目，对于复杂的实操项目只能通过答题的方式进行，但答题考核更多的是纸上谈兵。实操考核受限于条件，往往不能全面反映受训者真实技能水平。
2三维可视化与虚拟仿真技术[1]
西方国家在三维可视化与虚拟仿真技术研究上处于领先地位，我国的研究起步较晚。目前三维可视化与虚拟仿真技术在教育、科研、仿真校园、虚拟教学与实验等方面的应用较为广泛，可实现知识传授、技能培训、实操体验、实践练习于一体的教学，最终实现“寓教于乐”。
2.1情境模拟
通过虚拟现场设备、工具、仪器等，三维可视化与虚拟仿真技术起到了变革教学环境，实现教学模式改革、教学方法创新、培养创新型人才的目的。目前北京大学、上海交通大学、浙江大学等已开始使用虚拟校园[2]；北京师范大学、北京林业大学等院校也推出了3D虚拟数字图书馆；中国科学技术大学开发了一系列物理虚拟互动实验；美国明尼苏达大学采用了CAVE虚拟现实、3D触觉桌面等设备，以实施交互式计算机图形学的实验室；新加坡将Web3D技术应用于虚拟校园与虚拟课堂。
2.2仿真训练
在仿真环境下，可以通过借助Unity3D[3]等软件的操作来完成协同训练过程，以避免真实环境带来的危险。如美国杜克大学创建的数字空间和环境沉浸式虚拟环境，地震、海啸等自然灾害的应急处理办法，汽车驾驶、工业制造流程、武器部件的功能操作等。目前一些公司借助新技术，与高校联合开发教学系统，不断推出仿真训练计划和项目。如3D交互系统[4]，“成都理工地质钻探虚拟实训系统”、“广西大学无机实验虚拟仿真系统”及“南京中医药大学中医药教学仿真实训系统”则通过三维环境图形库，创造真实的环境，增强受训者的临场感，大大提高了实训效果。
3三维可视化与虚拟仿真技术在变电检修培训中的应用
3.1课程内容方面
课程内容涵盖了5个电压等级，分别是500kV、220kV、110kV、35kV和10kV。其中包含3种变电站主要设备，分别是变压器、断路器、隔离开关，共28种型号，所涉及的任务一共有166个现场检修作业任务；全面实现高压、低压设备的三维、交互式智能培训。课程内容将根据不同电压等级的各类变电检修一次设备，进行教学。课程内容可根据授课对象的不同从中进行挑选设定。
3.1.1变压器课程内容
变压器检修的主要课程内容有：套管检修、升高座检修、储油柜检修呼吸器检修、分接开关检修、散热器检修气体继电器检修、油位计检修、温度计检修、压力释放器检修、油箱检修、防腐处理、变压器真空滤油、现场解体检修。教学应用如图1所示。
3.1.2断路器课程内容
各组件内气体回收及高纯氮冲洗，灭弧室拆卸，灭弧室检查，灭弧室复装，充入SF6气体及检漏，回装一次引线，拆除原套管，套管检查，更换新套管，操动机构外壳箱拆除，机构箱检查，气动机构润滑，操动机构传动部分检查，操动机构合闸弹簧检修，缓冲器检查，分闸电磁铁、合闸电磁铁检查，更换分合闸电阻，空压机检查，安全阀更换，加热器检查，电磁阀检查，汽水分离器检查，逆止阀检查，更换放水阀。根据课程需求开发的教学应用如图2所示。
3.1.3隔离开关课程内容
隔离开关的主要课程内容有：整体更换检修、异常发热、开合不到位、夹紧度不够、操作机构卡涩。
3.2利用虚拟仿真平台进行实操练习与考核
三维可视化与虚拟仿真技术使得变电检修专业实操教学和理论教学有机地结合在一起，由于实操项目的复杂性，并不是所有实操项目都能得到实际动手练习，对于课程没有安排的实操项目，学员可以通过虚拟仿真平台进行自主主动练习。此时虚拟仿真平台就可以发挥它的作用，提升课堂内的学习效率，同时一些设备如断路器，隔离开关的分合闸等正常的动作过程在实际设备中由于瓷套等部件的遮挡是不能看到的，而仿真模型却能够轻松实现，并充分观察到设备动作的整个详细过程。
现有的现场实操考核由于场地设备等硬件条件的原因，不足以满足对检修人员技能考核的要求，而且在现场考核的过程中必须要至少两人配合进行，考核存在人为因素，而且设备在考核过程中，要进行恢复初始状态等操作，耗费了巨大的人力物力，考核难度大。对于考核结果，学员也无法详细清楚的了解到自己在实操过程中所出现的问题，没有起到考核的目的，只有考核结果。
虚拟仿真平台很好的解决了这些问题，教师可以就整体检修项目对学员进行考核，在考核结束后有针对性的对学员的弱项设置模块，进行针对性的练习。在考核整个过程中，学员的所有操作步骤都有记录，可以在平台上查询、回放自己的操作过程及当时出现的问题。通过回顾实操过程再反复训练的方式进一步巩固所学理论知识和实操技能。
4实践教学中的意义
4.1提高学习效率
实操练习过程中，学员们能够在保证安全情况下，通过统一的标准化作业流程进行操作，可以流畅地完成受训的检修项目。虽然变电检修专业的虚拟仿真练习不能完全代替学员亲自到真实的设备前进行的实际的操作练习，但是经过大量的反复仿真练习，当学员再到现场进行实操时，便能对所要进行的实操项目心中有数。在培训中能照顾到每一个学员的学习情况，这大大提高了培训教学的效率。
相比较于传统实操培训模式，受训学员的实操学习、训练，不受场地限制、不受人次限制、不受时间限制，可以进行多种设备类型、多个检修任务的反复学习和训练，显著得提升了学习效率和培训效果。
4.2提高经济性
实操教学中，可以减少所需购置的实体设备和车辆器具，不需要庞大的场地，可以节约巨额投资，具备可观的经济效益。
另外在实操教学过程中设备和仪器的损坏为其中最重要的经济损耗，而设备损坏的原因主要有两个：一个是受训学员往往存在实际现场经验不足或习惯性违章行为导致的设备的损坏;另一个是受训学员人数众多，为达到相应的教学效果，就需要学员们反复在设备上进行练习，短时间内的重复操作，这也就势必会增加设备的损耗，增加设备损坏的风险。
但如果利用虚拟仿真平台，受训学员的实操学习、训练，不受场地、人次、时间的限制，可先在平台上进行多次反复练习，掌握实操过程中的关键步骤和安全注意事项后，再进入场地进行实操练习，这样可以大大降低设备损坏的风险，减少损耗损耗。
5结语
现有的变电检修教学过程中绝大多是还是偏向于现场实际操作，暴露出这种传统实操教学存在很多问题。该文介绍的三维可视化与虚拟仿真技术能够大大丰富变电检修的教学内容，更进变电检修教学的思路，能够有效解决硬件条件不足、教学考核过程耗费巨大人力物力、教学时间有限等问题。同时具有提升学员学习效率、提高经济效益、增强学员安全性等优点，是未来变电检修教学的新方法，新思路。
参考文献
[1]徐雪战，孟祥瑞，何叶荣，赵光明，王向前.基于三维可视化与虚拟仿真技术的综采工作面生产仿真研究[J].中国安全生产科学技术,2014(01):26-32.
[2]王娟，吴永和，段晔，季隽.3D技术教育应用创新透视[J].现代远程教育研究,2015(01):62-70.