500 kV变电站软导线布局三维仿真.pdf
陆东 左熠贤 鲁晓莉
[摘 要]现有的CAD技术是以平面设计为主， 与过去的手工方式比较， 虽有很大提高，但缺点也很明显，设计者必须在大脑中把三维的形体抽象出平面的三向视图来表达，对于变电站设备及导线布置等较复杂的工程，难免出现表达差错和缺漏，图形和数据相分离，材料统计有误差等问题。本工程采用層次化设计方式对本工程变电站导线布局进行三维仿真。报告基于Bentley公司开发的变电站数字化三维设计平台Substation中导线布置模块，分析导线布置模块功能及其特点，结合本工程在电气一次三维设计中应用及探讨。
[关键词]三维仿真；导线布置；材料统计；
中图分类号：TM63；TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0398-02
引言
电力行业中，随着电网电压等级的不断提高和规模的扩大使得电力系统越来越复杂化，对电力系统的设计、生产运行、检修等环节提出了更高的要求，电力人员在实际动手操作之前必须掌握电力系统知识与技术。由于电力系统自身的特殊性，即不能将运行的电力系统当作试验品进行实物操作试验，使得利用计算机虚拟仿真技术模拟设计电力系统十分重要。变电站是电力系统的重要组成部分，具有电压等级不同、结构复杂、设备众多、集成度高等特点，建立变电站三维仿真系统具有很大的应用价值和现实意义。
本工程变电站设备多，结构复杂，具有其特别之处出线构架层数众多、各层软导线连接方式不同、设备多、软导线连接方式多样化。变电站的设计施工图是由基于AutoCAD 的十几张二维平面图纸组成，导线布局得不到直观立体的三维效果，二维平面图的空间表现能力和分析能力具有局限性。本工程利用Bentley Substation中的导线布置模块，生成变电站软导线布局场景，进行导线及构架受力分析，生成导线安装报表，指导施工。
1.三维导线布置模块
①三维导线布置模块主要功能
Bentley Substation中的导线布置模块主要功能有参数化创建导线；导线、金具、绝缘子串型号库编辑扩充；导线及构架受力分析；导线与设备智能关联设计变更时自动刷新。
②三维导线布置场景设置
变电站导线布局三维仿真系统的目的是虚拟现实呈现变电站设计效果，主要功能包括参数设置、信息显示、运行效率、人机交互界面等等软件系统开发分为3个层次： 物理模型、规则模型和系统功能。物理模型主要包括设备模型（变电站设备）和场景模型的建模。变电站设备模型通过PW平台各专业系统设计，完成设备布置，PW协同设计平台如图1所示；规则模型包括导线连接金具、绝缘子。物理模型和规则模型共同组成模型库。系统功能包括人机界面、参数设置、运行效率、信息显示、状态显示、错误提示、场景漫游、鼠标功能、数据管理等等。
变电站屋外配电装置中有众多设备，根据通用设备按实际尺寸进行建立模型，依次建立各设备模型存于系统中。通过Substation中3D layout 布置模块进行设备布置。电气设备三维布置如图1所示。
土建专业构架通过Staad.Pro建模选型，满足SSDD检验规范，在Prostructures中进行节点设计；通过AECOsim Building Designer实现建筑物1：1实体建模（图2，图3，图4）。
③三维导线布置输入、输出
导线布置分为软导线布置、硬导线布置、GIS气管布置等。根据工程实际情况选择正确导线形式，输入相应数据在三维模型中布置导线。本工程主要采用软导线布置中的跨线、引线及设备线。根据功能界面输入相关参数放置导线（图5，图6）。
软导线在不同连接方式下由重力作用时所呈现特有的曲线形态，其应力、弧垂等因素影响着电力运行的安全与可靠性，应尽量模拟其真实情况。在导线布置模块中选择导线布置，导线悬垂曲线二维数学模型转化为三维数学模型之后，才能体现出其空间效果（图7）。
变电站主体由前后两排构成。第一层设定为管母线，2、3、4 层均为软导线层。连接模型就是提取变电站中各层软导线连接方式规则，包括跳线、引下线、等高线、不等高线的连接方式，也使得连接模型为变电站屋外配电装置三维建模中最重要也是最复杂的环节，必须保证设计的正确性、连接的多样性、可设置性及设置后相互之间的协调性，以达到适用于不同变电站的效果（图8）。
通过嵌入式三维软件导线拉力计算模块自动生成导线拉力曲线表（图9）。
④设备导线材料自动统计、导出
全站平面图和断面图都可以通过框选设备导线，并自动生成材料统计，生成每一个设备的名称、型号、数量、规格等数据（图10）。
同时生成的材料清单还能导出成表格，方便保存。
三维导线布置实体展示
工程完成三维仿真系统设计。通过变电站结构参数设置，得到该参数设置得到变电站导线布局三维模拟效果图。该仿真系统操作简单，三维模型构建快，设置好参数后瞬时得到效果，画面逼真，且具有友好的人机交互（图11）。
2.结语
变电站导线布局三维仿真系统以结构化设计理念，系统功能需要解决运行效率、软件界面、逼真效果、场景漫游等几个关键技术。该三维导线布置软件模块操作方便，统计精准，仅需设置几个结构参数就能完美生成变电站软导线布局三维仿真图，虚拟效果画面逼真。
