特高压主设备三维仿真培训系统的制作方法

本发明涉及三维仿真技术领域，具体涉及一种特高压主设备三维仿真培训系统。

背景技术：

传统的电气实验培训方式分为常规培训和计算机平面仿真培训两种。

常规培训由于电气试验现场的设备大部分时间都处于运行状态，不能用于操作练习，而且设备发生故障或事故的机会很少，跟班培训人员亲眼见到、亲手处理事故的机会非常少。因此，采用现场跟班培训的方法见效很慢，效果也差，还不能完全排除受培训人员误操作给生产带来损失的可能性，培训的代价也可能很大，培训难度大、时间长、效率低、针对性和时效性差以及难以组织是长期困扰电气试验人员岗位培训工作的主要因素。

计算机平面仿真培训学员缺乏直观认知和现场实习的局限性，培训周期较长，而且效果一般，通用性不强，不利于学员对培训内容的持久记忆与理解掌握。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种特高压主设备三维仿真培训系统，培训效果好、效率高，有利于学员对培训内容的持久记忆与理解掌握。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种特高压主设备三维仿真培训系统，包括学员培训单元，所述学员培训单元包括：

设备模型生成子模块，其用于根据特高压主设备的外观结构和内部结构生成特高压主设备模型；

设备讲解培训模块，其用于演示所述特高压主设备模型的拆卸与组装过程；

数据库，其用于存储至少一种典型故障的标准化检修过程和预防性试验的试验信息；

设备典型故障培训模块，其用于显示所述标准化检修过程，还用于根据标准化检修过程判断学员操作是否正确；

预防性试验培训模块，其用于显示所述试验信息，还用于根据预防性试验的试验信息判断学员操作是否正确。

在上述技术方案的基础上，所述设备讲解培训模块包括：

设备拆卸演示子模块，其用于演示所述特高压主设备模型的拆卸过程；

设备组装演示子模块，其用于根据拆卸的顺序演示所述特高压主设备模型组装的过程。

在上述技术方案的基础上，所述设备讲解培训模块还包括：

信息查询子模块，其用于根据学员的查询要求，查询所述特高压主设备模型的零部件的信息；

信息讲解子模块，其用于根据学员的讲解要求，讲解所述零部件的工作原理。

在上述技术方案的基础上，所述设备典型故障培训模块包括：

设备典型故障学习子模块，其用于演示所述特高压主设备模型的典型故障进行标准化检修的过程；

设备典型故障训练子模块，其用于调用并显示所述特高压主设备模型，显示当前检修步骤操作内容和/或下一检修步骤操作内容；

设备典型故障考核子模块，其用于将标准化检修过程中所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作是否正确。

在上述技术方案的基础上，所述设备典型故障考核子模块还用于显示考核试卷，将标准化检修过程中所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作的正确率。

在上述技术方案的基础上，所述典型故障包括sf6六氟化硫泄露故障、灭弧室爆裂故障、拒合故障、换流变压器本体故障、网侧均压管悬浮放电故障和压力释放阀动作故障。

在上述技术方案的基础上，所述预防性试验培训模块包括：

预防性试验学习子模块，其用于演示所述特高压主设备的预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作；

预防性试验训练子模块，其用于调用并显示所述特高压主设备模型，显示当前预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作和/或下一预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作；

预防性试验考核子模块，其用于将预防性试验中所有的试验流程、接线方式和试验仪器操作和学员操作过程进行对比，并输出学员操作是否正确。

在上述技术方案的基础上，所述预防性试验考核子模块还用于显示考核试卷，将预防性试验中所有的试验流程、接线方式和试验仪器操作的所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作的正确率。

在上述技术方案的基础上，所述特高压主设备包括调相机、换流阀、换流变、1000kv主变压器、电抗器、电容器、1000kvgis、1000kv断路器、互感器。

在上述技术方案的基础上，该特高压主设备三维仿真培训系统还包括教师单元，所述教师单元包括：

信息储存模块，其用于储存学员和教师的档案；

试卷生成模块，其用于根据预设的题库选择试题，并生成学员考核试卷；

成绩评定模块，其用于学员的成绩评定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的特高压主设备三维仿真培训系统特采用三维虚拟现实仿真技术，全三维的呈现了仿真操作场景，提高了教学的直观性。该系统具有很强的互动性，通过该系统可操作、拆解设备、预防性试验模拟操作等，增强了学员的动手能力，使学员能够主动、高效地学习并掌握业务知识。该系统培训效果好、效率高，有利于学员对培训内容的持久记忆与理解掌握。

(2)本发明的特高压主设备三维仿真培训系统分为学生端和教师端两部分，学生端主要用于学员学习设备基础知识、典型故障处理、预防性试验等内容，教师端主要用于资料、考试、评分以及日常教学管理。

附图说明

图1为本发明实施例中特高压主设备三维仿真培训系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种特高压主设备三维仿真培训系统，主要对调相机、换流阀、换流变、1000kv主变压器、电抗器、电容器、1000kvgis高压配电装置、1000kv断路器、互感器、电容器等特高压主设备建立三维立体模型，系统地展示设备内部结构并进行讲解功能，并可进行主设备试验技术培训，实现设备的试验及典型故障缺陷的模拟。

主要包括以下培训内容：

1、设备拆解与组装、设备结构讲解；

2、设备预防性试验及仪器仪表的操作讲解；

3、典型故障模拟；

4、具备学习、训练、考核模式，考核模式的具体考核点；

5、包括学员培训单元及教师单元。

特高压主设备三维仿真培训系统分为学生端和教师端两部分，学生端主要用于学员学习设备基础知识、典型故障处理、预防性试验等内容，教师端主要用于资料、考试、评分以及日常教学管理。

其中，学员培训单元中的学员通过注册的账号登录系统，用于学习、训练、考核的日常管理，方便教师根据学员学习情况安排学习内容。特高压主设备三维仿真培训系统采用三维虚拟现实仿真技术，全三维的呈现了仿真操作场景，提高了教学的直观性。该系统具有很强的互动性，通过该系统可操作、拆解设备、预防性试验模拟操作等，增强了学员的动手能力，使学员能够主动、高效地学习并掌握业务知识。

学员培训单元包括设备模型生成子模块、设备讲解培训模块、数据库、设备典型故障培训模块和预防性试验培训模块。

设备模型生成子模块用于根据特高压主设备的外观结构和内部结构生成特高压主设备模型；具体的：将真实设备作为仿真对象，利用三维激光扫描技术对实际变电设备进行三维激光扫描，通过软件处理后对设备的内、外部构造用三维数字建模的方式构建1:1的虚拟仿真模型，对设备的构造以及动作原理进行精细化建模，生成特高压主设备模型。

设备讲解培训模块用于演示特高压主设备模型的拆卸与组装过程；具体的：提供一种“解剖式”教学方式，即在虚拟仿真的环境下，对虚拟设备进行解剖教学，可自由拆卸虚拟设备的零部件，让学员深入了解设备的内外部构造以及每个零部件作用。

其中，设备讲解培训模块包括设备拆卸演示子模块和设备组装演示子模块。

设备拆卸演示子模块用于演示特高压主设备模型的拆卸过程；

设备组装演示子模块用于根据拆卸的顺序演示特高压主设备模型组装的过程。

设备拆卸演示子模块还包括信息查询子模块和信息讲解子模块；

信息查询子模块用于根据学员的查询要求，查询特高压主设备模型的零部件的信息；

信息讲解子模块用于根据学员的讲解要求，讲解零部件的工作原理。

设备讲解培训模块的主要功能具体的在于：

(1)自由移动视角，全方位查看设备外观；

(2)通过鼠标、键盘操作自由拆解设备，深入了解内部结构；通过鼠标点击设备某部件，对设备进行隐藏/显示，查看内部结构，并弹出对应的提示框，对部件的功能进行讲解，并可查看部件的图纸、工作原理等；

(3)展示设备的动作过程，如断路器的分合闸过程如何传动等。

使得学员能够全方位的了解设备的功能以及工作原理等。

数据库用于存储至少一种典型故障的标准化检修过程和预防性试验的试验信息；

设备典型故障培训模块用于显示标准化检修过程，还用于根据标准化检修过程判断学员操作是否正确；具体的：设备典型故障培训模块以电力设备典型故障的检修过程和检修工艺为仿真对象，用标准化检修作业流程为指导，对设备典型故障进行标准化检修过程模拟，在模拟操作的同时，突出检修工艺、结果分析、处理措施方面的教学。教学内容由浅入深，注重对学员在典型故障检修实操方面的培养。

优选地，典型故障培训模块包括设备典型故障学习子模块、设备典型故障训练子模块和设备典型故障考核子模块。

设备典型故障学习子模块用于演示特高压主设备模型的典型故障进行标准化检修的过程；

设备典型故障训练子模块用于调用并显示特高压主设备模型，显示当前检修步骤操作内容和/或下一检修步骤操作内容；

设备典型故障考核子模块用于将标准化检修过程中所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作是否正确。

进一步的，设备典型故障考核子模块还用于显示考核试卷，将标准化检修过程中所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作的正确率。

具体的：典型故障培训模块采用了“学习、练习、考核”的教学模式，提供了理论学习、实践练习、考核与鉴定一体化的解决方案。

在学习模式下，学员可自主观看设备的典型故障检修过程，了解典型故障检修流程以及每一步骤的检修工艺等。

在练习模式下，学员可以在仿真系统中跟随作业流程练习如何检修设备，系统内通过不同的引导提示，受训人员完成对应的检修工作。

在考试模式下，系统将对学员的典型故障检修操作过程进行全程自动监控，同时还以考题的方式考察学员对检修知识的掌握程度，并对典型故障检修操作和考题答卷自动评分，给出考试结果。

同时，系统还采用了控制虚拟人物的进行检修操作的方式，使得教学更加真实化，增强学员的学习兴趣，提高教学效果。

进一步的，典型故障主要包括sf6六氟化硫泄露故障、灭弧室爆裂故障、拒合故障、换流变压器本体故障、网侧均压管悬浮放电故障和压力释放阀动作故障。

预防性试验培训模块，其用于显示试验信息，还用于根据预防性试验的试验信息判断学员操作是否正确。具体的：预防性试验培训模块是以真实设备为仿真对象，实现预防性试验流程学习、原理图、接线图查看等功能。通过该系统，学员可以学习了解预防性试验流程、接线方式、试验仪器操作、注意事项以及实验结果的正确范围等。预防性试验培训模块是以真实设备为仿真对象，实现预防性试验流程学习、原理图、接线图查看等功能。通过该系统，学员可以学习了解预防性试验流程、接线方式、试验仪器操作、注意事项以及实验结果的正确范围等。

优选地，预防性试验培训模块包括预防性试验学习子模块、预防性试验训练子模块和预防性试验考核子模块。

预防性试验学习子模块用于演示特高压主设备的预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作；

预防性试验训练子模块用于调用并显示特高压主设备模型，显示当前预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作和/或下一预防性试验的试验流程、接线方式和试验仪器操作；

预防性试验考核子模块用于将预防性试验中所有的试验流程、接线方式和试验仪器操作和学员操作过程进行对比，并输出学员操作是否正确。

进一步的，预防性试验考核子模块还用于显示考核试卷，将预防性试验中所有的试验流程、接线方式和试验仪器操作的所有步骤和学员操作过程进行对比，并输出学员操作的正确率。

具体的：该系统采用了“学习、练习、考核”的教学模式，提供了理论学习、实践练习、考核与鉴定一体化的解决方案。在学习模式下，学员可自主观看设备的预防性试验的操作流程、仪器操作等，了解预防性试验流程以及每一步骤的要点等。在练习模式下，学员可以在仿真系统中跟随作业流程练习如何对设备进行预防性试验。在考试模式下，系统将对学员的预防性试验操作过程进行全程自动监控，同时还以考题的方式考察学员对预防性试验知识的掌握程度，并对预防性试验操作和考题答卷自动评分，给出考试结果。

预防性试验具体包括如下表中的内容：

该特高压主设备三维仿真培训系统还包括教师单元，教师单元包括：

信息储存模块，其用于储存学员和教师的档案；

试卷生成模块，其用于根据预设的题库选择试题，并生成学员考核试卷；

成绩评定模块，其用于学员的成绩评定。

具体的：教师单元的具有内容为：

(1)目标

教师单元主要用于培训管理，其目标是保证仿真培训工作的有序开展，贯穿于整个仿真培训过程。

(2)功能

教师单元应满足学员管理、考试设置、题库管理、成绩发布等多项需求，主要功能包括：

1)用户管理：建立学员、教师档案，管理用户信息等；

2)考试设置：教师可指定考试科目、进行考点设置等；

3)题库管理：主要具有试题的采集(包括外部导入和直接编辑)功能；具有试题的修改和删除功能；具有按指定条件搜索和统计功能；试题的内容允许图文和表格等多种形式；

4)考试组卷：具有教师组卷和自动组卷功能。教师组卷是指从题库中任意抽取试题组卷；自动组卷是指给定试卷参数，由计算机根据参数自动在题库中随机抽取试题组卷；

5)成绩统计：具有考生成绩的统计汇总及查询等功能；

6)资料管理：可编辑资料、查询资料。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。