基于SolidWorks技術(shù)的變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法仿真

陳 芳，王 艷，毛 曉

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司技術(shù)技能培訓(xùn)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

隨著變電站設(shè)計(jì)與構(gòu)建的智能化與普遍化發(fā)展，變電站內(nèi)各類設(shè)備的檢修均朝著智能化發(fā)展，以此確保變電站設(shè)備運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性[1-3]。文獻(xiàn)[4]以信息交互模式為基礎(chǔ)研究變電站設(shè)備檢修方法，通過信息交互視覺重組獲取設(shè)備圖像特征信息，以此為基礎(chǔ)完成設(shè)備檢修。文獻(xiàn)[5]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)進(jìn)行變電站設(shè)備檢修，針對(duì)變電站中各類設(shè)備耦合關(guān)系復(fù)雜的問題，構(gòu)建檢修過程中的通用規(guī)則模型，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理計(jì)算，確定設(shè)備故障問題。文獻(xiàn)[6]利用多狀態(tài)馬爾科夫鏈構(gòu)建設(shè)備多狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，在此基礎(chǔ)上通過巡檢率等參數(shù)求解狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，完成設(shè)備狀態(tài)檢修。然而上述研究文獻(xiàn)中所研究的方法過于“大而全”，檢測(cè)結(jié)果均從整體出發(fā)，均未考慮設(shè)備的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)信息，缺乏針對(duì)性，在實(shí)際檢修過程中功能有所缺陷。針對(duì)上述研究文獻(xiàn)中存在的一系列問題，本文研究了基于SolidWorks技術(shù)變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法。將SolidWorks技術(shù)應(yīng)用于變電站開關(guān)設(shè)備檢修領(lǐng)域，構(gòu)建開關(guān)設(shè)備三維模型，高精度展示開關(guān)設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)與空間坐標(biāo)等，并利用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行開關(guān)設(shè)備狀態(tài)分析與安全距離分布，實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備檢修，并通過仿真分析過程驗(yàn)證該方法在實(shí)際變電站開關(guān)設(shè)備檢修過程中的應(yīng)用性能，為變電站開關(guān)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)。

1 變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法

1.1 檢修方法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于SolidWorks技術(shù)變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。以C/S模式為核心，采用SolidWorks技術(shù)構(gòu)建變電站開關(guān)設(shè)備三維模型?；谠撃Ｐ蛯?shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備檢修與安全距離分析等功能。同時(shí)結(jié)合B/S模式，通過網(wǎng)絡(luò)顯示開關(guān)設(shè)備三維模型與變電站虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景[6]，供相關(guān)管理人員操作。

圖1 基于SolidWorks技術(shù)變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of substation switchgear maintenance method based on SolidWorks technology

數(shù)據(jù)層的主要功能是為變電站開關(guān)設(shè)備檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[7-8]，其主要由3部分組成，分別是包含開關(guān)設(shè)備臺(tái)賬與缺陷的外部數(shù)據(jù)、包含開關(guān)設(shè)備三維模型信息與設(shè)備相關(guān)約束關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、包含網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份的本地單機(jī)數(shù)據(jù)。

邏輯層內(nèi)包括開關(guān)設(shè)備間的相關(guān)約束關(guān)系，這些約束關(guān)系是開關(guān)設(shè)備三維建模的關(guān)鍵屬性信息[9-10]。

業(yè)務(wù)層內(nèi)采用SolidWorks技術(shù)根據(jù)開關(guān)設(shè)備外部數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行三維建模，由此生成開關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)模型庫(kù)，根據(jù)開關(guān)設(shè)備三維模型，采用相應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備檢修與安全距離分析的功能。

表現(xiàn)層內(nèi)集合B/S與C/S兩種模式，前者實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的分布與共享，后者通過交互式三維界面實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備三維模型展示與交互操作響應(yīng)。

1.2 SolidWorks建模過程

業(yè)務(wù)層是變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法整體結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，其采用SolidWorks技術(shù)對(duì)變電站開關(guān)設(shè)備進(jìn)行3D建模，建模過程如下。

(1)過程1。構(gòu)建開關(guān)設(shè)備尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表?；趧?chuàng)建數(shù)據(jù)表向?qū)Чδ芡瓿蓪?duì)開關(guān)設(shè)備尺寸參數(shù)數(shù)據(jù)表的構(gòu)建。

(2)過程2。生成開關(guān)設(shè)備參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框界面。由于SolidWorks技術(shù)程序不僅能夠獨(dú)立存在，還能夠以ActiveX DLL文件形式存在，并且文件形式能夠創(chuàng)建自定義菜單、SolidWorks工具條等[11-13]。因此所生成開關(guān)設(shè)備參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框界面依照構(gòu)建完成的ActiveX DLL文件生成SolidWorks插件，便于用戶操作。

(3)過程3。設(shè)計(jì)自動(dòng)建模對(duì)話框。在編寫變電站開關(guān)設(shè)備參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框時(shí)，SolidWorks API(Application)接口函數(shù)內(nèi)的參數(shù)可通過尺寸參數(shù)描述，結(jié)合SolidWorks API多項(xiàng)的層次結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)性與SolidWorks技術(shù)中的尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)[14-15]。自動(dòng)建模對(duì)話框設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

(4)過程4。設(shè)定ADO與DataGrid數(shù)據(jù)訪問控件。將屬性窗口作為ADO數(shù)據(jù)庫(kù)訪問設(shè)置創(chuàng)建Connection對(duì)象的工具[16-17]。通過選擇控件打開其屬性對(duì)話框，利用“新建連接”選項(xiàng)創(chuàng)建連接。之后在數(shù)據(jù)連接屬性對(duì)話框內(nèi)選取相關(guān)信息，單擊確定完成ADO對(duì)象創(chuàng)建。

(5)過程5。程序運(yùn)行。在程序運(yùn)行過程中，連接Access與ADO控件，由此賦予變量確定值[18-20]。在此基礎(chǔ)上執(zhí)行完成編譯的程序，選取參數(shù)，運(yùn)行程序，完成開關(guān)設(shè)備3D模型構(gòu)建。

圖2 開關(guān)設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)程序流程Fig.2 Flow chart of switchgear parameter design program

2 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文所研究的基于SolidWorks技術(shù)變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法的實(shí)際應(yīng)用效果，選取某變電站內(nèi)的開關(guān)設(shè)備為測(cè)試對(duì)象，對(duì)測(cè)試對(duì)象開關(guān)設(shè)備的檢修過程進(jìn)行仿真測(cè)試。

2.1 模型構(gòu)建

在測(cè)試對(duì)象中隨機(jī)選取一個(gè)型號(hào)為gn30-12的20 kV隔離開關(guān)，在獲取該隔離開關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)取值范圍后，編寫該隔離開關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框，如圖3所示。

在隔離開關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框編寫過程中，還需確定該隔離開關(guān)各段特征主要應(yīng)用函數(shù)，所調(diào)用的主要SolidWorks API函數(shù)包括：①選取彩圖基準(zhǔn)面；②插入草圖；③激活草圖；④繪制圓；⑤繪制小圓；⑥拉伸命令；⑦拉伸切除。

圖3 參數(shù)化設(shè)計(jì)對(duì)話框Fig.3 Parametric design dialog box

調(diào)用SolidWorks API函數(shù)，獲取觸頭、絕緣子、連桿以及基座等基礎(chǔ)模型結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 繪制的絕緣開關(guān)各段特征Fig.4 Shows the characteristics of each section of the insulated switch

在獲取絕緣開關(guān)各段特征模型后，創(chuàng)建繪制絕緣開關(guān)的對(duì)話框，創(chuàng)建六組Lable控件(絕緣子直徑、絕緣子長(zhǎng)度、連桿直徑、連桿長(zhǎng)度、觸頭厚度、設(shè)備名稱)作為參數(shù)，并繪制一個(gè)Button控件，命名為“OK”，開始執(zhí)行程序，最終生成隔離開關(guān)整體3D模型，結(jié)果如圖5所示。

通過分析圖3—圖5可以看出，利用本文方法中的SolidWorks技術(shù)能夠最終生成完整、清晰、包含基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的整體隔離開關(guān)三維模型，該三維模型能夠?yàn)楦綦x開關(guān)的檢修提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)支撐。

2.2 檢修結(jié)果

基座是絕緣開關(guān)的主要部件之一，其應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性是決定絕緣開關(guān)壽命與應(yīng)用過程中安全性的主要因素，因此需定期對(duì)其進(jìn)行檢修與維護(hù)。為確保絕緣開關(guān)應(yīng)用性能，采用本文方法對(duì)其進(jìn)行檢修，分析其在固定載荷條件下的熱應(yīng)力云分布情況，對(duì)其實(shí)施初始強(qiáng)度校核，所得結(jié)果如圖6所示。

圖5 隔離開關(guān)整體3D模型Fig.5 Overall 3D model of disconnector

圖6 絕緣開關(guān)基座熱應(yīng)力云分布Fig.6 Thermal stress cloud distribution of insulating switch base

分析圖6得到，在固定載荷條件下，基座中央位置的熱應(yīng)力值達(dá)到上限31.153 Pa；熱應(yīng)力值由中央位置向兩側(cè)逐漸降低，在到達(dá)中央位置與兩側(cè)的約1/2處，熱應(yīng)力值達(dá)到下限約為0.158 Pa；繼續(xù)向兩側(cè)延伸的情況下，熱應(yīng)力值呈逐漸上升取值，達(dá)到兩側(cè)時(shí)，熱應(yīng)力值約為19 Pa。這說明在固定載荷條件下，絕緣開關(guān)基座中央位置最易出現(xiàn)損傷，需定期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與檢修，以確保其運(yùn)行的安全性。同時(shí)能夠說明利用本文方法能夠有效完成變電站開關(guān)設(shè)備局部結(jié)構(gòu)的性能檢測(cè)。

3 結(jié)論

本文研究了基于SolidWorks技術(shù)變電站開關(guān)設(shè)備檢修方法，利用SolidWorks技術(shù)準(zhǔn)確構(gòu)建變電站開關(guān)設(shè)備的三維模型，在此基礎(chǔ)上利用相關(guān)技術(shù)對(duì)所構(gòu)建的開關(guān)設(shè)備三維模型進(jìn)行測(cè)試檢修與安全性能分析等，仿真結(jié)果顯示利用本文方法能夠準(zhǔn)確構(gòu)建變電站開關(guān)設(shè)備的三維模型，并獲取有效的性能檢測(cè)結(jié)果。