虚拟现实技术在电力设备维护与检修中的应用研究

一、引言

电力系统作为现代社会的能源命脉，其设备运行的稳定性直接关系到国民经济与社会安全。随着特高压电网、智能变电站等新型电力设施的普及，设备复杂度呈指数级增长。传统依赖人工经验与物理接触的维检模式，在效率、精度及安全性方面面临严峻挑战。2024 年 6 月，某火电公司未能采取有效技术手段及时发现电力设备事故，直接经济损失 716.97 万元[1]。2017 年 6 月，全国发生电力人身伤亡责任事故 4 起，未发生直接经济损失100 万元以上的一般电力设备事故[2]。在此背景下，虚拟现实技术（VR）凭借其沉浸式交互与高精度仿真能力，为电力设备维检提供了颠覆性解决方案。本文系统分析虚拟现实技术在电力维检领域的应用路径，旨在构建智能化、低风险的运维新范式。

二、虚拟现实技术的概述

1.虚拟现实技术概述

VR 技术是以计算机图形学、多传感器融合及实时渲染算法为基础的综合性技术体系。其核心架构包含三层次：感知层：通过头戴显示器（HMD）、力反馈手套等设备模拟视觉、听觉及触觉感知。交互层：基于手势识别、眼动追踪实现用户与虚拟环境的实时操作。仿真层：利用数字孪生（Digital Twin）技术构建设备物理模型与动态行为规则。典型应用场景如张枝枝[3]等利用三维激光扫描技术精细化建模电力设备。高杨等[4]为提升变电站的运维管理效率和设备故障诊断能力，探讨了数字孪生技术在智能化变电站中的应用。

2.虚拟现实技术在电力设备维护与检修中的潜在应用价值

（1）全流程效率跃升

远程协同：运维人员通过 VR 终端实时调取设备传感器数据，如变压器油温、断路器机械特性，减少现场往返耗时 70% 以上。

操作标准化：可视化指引系统规范操作流程，例如 GIS 设备检修步骤提示，使新手维修效率提升 50% 。

（2）本质安全强化

风险场景替代：通过虚拟界面操作 400kV 隔离开关，避免电弧灼伤风险。应急预演：模拟设备爆炸、油泄漏等极端工况，训练人员应急响应能力。

（3）全周期成本优化

资源复用：同一虚拟平台支持多人次培训，较实体设备演练成本降低60% 。

预测性维护：结合大数据分析预判设备寿命周期，减少非计划停机损失。

三、电力设备维护与检修的概述

1.传统维护与检修方法的局限性

（1）感知能力断层。封闭式设备内部状态不可视，依赖振动、噪声等间接特征诊断，误判率高，如 SF6 断路器。红外检测等传统手段无法定位绝缘子内部裂纹等隐蔽缺陷。

（2）安全风险丛生。带电作业需穿戴 12kg 以上屏蔽服，操作灵活性下降 40% 。近五年行业高空坠落事故中，很多发生于设备攀爬检修过程。

（3）效率瓶颈凸显。小于 1000kV 变压器传统吊芯检修更换需 4-12 小时，影响区域供电可靠性。人工记录巡检数据存在 15% 以上的漏检率与误差。

2.现代化电力设备对维护与检修的要求现代化电力设备对维护与检修要求对照表如表 1 所示。

表 1 维护与检修要求对照表

四、虚拟现实技术在电力设备维护与检修中的应用

1.设备操作与维护智能化

（1）三维交互式操作引导系统。动态指引：在 VR 环境中重构断路器操作机构，逐步提示分合闸角度、压力阈值等参数。错误拦截：系统实时监测操作轨迹，若扳手角度偏差 >5^∘ °即触发告警，如手柄震动。

（2）高保真模拟演练平台。透视化拆装：通过 VR“透视”发电机定子绕组，模拟线棒更换流程。故障注入训练：设置变压器匝间短路、避雷器受潮等故障场景库。效能数据：人员经 10 次 VR 演练后，实际设备拆装速度提升 3 倍。

2.故障诊断与维修协同化

（1）可视化诊断中枢。多源数据融合：叠加红外热像图、局部放电信号至设备三维模型。智能辅助决策：系统匹配历史案例库，推送相似故障处置方案。

（2）跨空间远程协作。AR 辅助维修：现场人员佩戴眼镜，远程专家在虚拟模型上标注螺栓紧固顺序。实时数据同步：振动传感器数据实时映射至虚拟设备，指导扭矩调整。资源优化：单次远程协作减少专家差旅成本。

五、结束语

虚拟现实技术正深刻重构电力设备维检范式：在操作层面，通过高仿真演练将人工经验转化为标准化数字资产；在诊断层面，构建“数据-模型-决策”的智能闭环；在安全层面，实现风险场景的完全数字替代。当前技术瓶颈集中于触觉反馈精度不足及多源数据融合算法待优化。未来的研究方向有硬件轻量化，开发电力专用 AR 眼镜，支持 8 小时连续作业；结合深度学习预测设备失效概率；建立电力设备 VR 模型开源社区，促进行业知识共享。

参考文献

[1]湖南省人民政府.电力安全生产监管典型执法案例（35—38）[EB/OL].https：//www.hunan.gov.cn/zqt/zcsd/202503/t20250327_33623525.html.2025-03-26.

[2]国家能源局.2017 年 6 月全国电力安全生产情况[EB/OL].https：//www.nea.gov.cn/2017-07/26/c_136473602.htm.2017-07-26.

[3]张枝枝，赵延岭，吕宝雄，等.利用三维激光扫描技术的变电站精细化模型构建方法[J].地理空间信息，2025，23（2）：94-97.

[4]高杨，赵旷怡，付玉红，等.面向智能化变电站的数字孪生技术应用[J].电信科学，2025，41（6）：188-196.