變電站塔架計算機(jī)仿真論文

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1CAD標(biāo)準(zhǔn)和構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化

本文針對不同的變電站構(gòu)件類型，研究其標(biāo)準(zhǔn)化方法，從而可選取標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件進(jìn)行組合和建模。特別是在多排架結(jié)構(gòu)建模時，如果沒有標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，模型的建立將需要繁瑣的手工設(shè)置，變得非常復(fù)雜，影響模型的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件能夠幫助設(shè)計師迅速建立起復(fù)雜模型，同時也能保證模型的質(zhì)量，提高設(shè)計效率。因此，提供一套標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件模型庫就變得十分必要。

2變電站塔架的標(biāo)準(zhǔn)化

本文研究的建模系統(tǒng)向用戶提供了110kV、220kV、500kV、750kV四種變電站類型下常見梁、柱形式的建模。它主要包含圓鋼梁、三角形格構(gòu)梁(三種形式)、四邊形格構(gòu)梁(兩種形式)、圓鋼柱、人字柱和格構(gòu)柱等。

2.1圓鋼梁和圓鋼柱

圓鋼梁和圓鋼柱是110kV變電站類型中常見結(jié)構(gòu)。圓鋼梁的主要描述參數(shù)為橫向段桿數(shù)、每段桿長度;圓鋼柱的描述參數(shù)包括柱高度、地線柱高度。另外，圓鋼梁在實(shí)際工程中會設(shè)置掛線點(diǎn)，電線從掛線點(diǎn)處穿過;圓鋼柱上的地線掛點(diǎn)處會有地線掛載，默認(rèn)為地線柱的最高點(diǎn)。要特別注明的是，一般提到的桿，其描述參數(shù)有起始位置、結(jié)束位置、截面類型、材料類型等。

2.2人字柱(A柱)

人字柱常用在220kV和500kV變電站中，采用三角支撐使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在柱頂處設(shè)置連接支架，用于支撐梁。描述人字柱的特性，從下往上講:第一是根開尺寸，就是底部叉開的Y向?qū)挾?第二是是否有端撐，即是否存在第三條支撐柱，如有則需要指定端撐的X向根開寬度;第三是頂部寬度，人字柱的頂部一般會設(shè)立面積不大的操作平臺，一般為兩邊支撐柱截面面積之和的二分之一;第四是柱分段數(shù)，在段與段間設(shè)置橫撐，橫撐的長度由以上參數(shù)可以計算;第五是地線柱設(shè)置，同圓鋼柱;第六是避雷針設(shè)置，一般提供用戶選擇，不為必須，避雷針也可配置分段數(shù)和長度，并可設(shè)置每段截面屬性，一般截面設(shè)置形式為從下往上越來越細(xì)。

2.3三角形格構(gòu)梁

三角形格構(gòu)梁擁有三種形式，其特征描述主要包含以下部分:第一是偏心尺寸，即梁與柱之間的間隙距離;第二是橫向分段數(shù)，每一段的長度屬性;第三是段與段之間的屬性，包含是否有立桿，立桿中是否有腹桿，段結(jié)尾處是否為掛線點(diǎn);第四為梁的底部寬度和垂直高度，如有起拱則最高起拱處拱起高度。為三角形I型格構(gòu)梁模型示意。該類型梁的特點(diǎn)如下:首個橫向段頂部不存在主桿，每一段的斜撐起點(diǎn)與上一段斜撐終點(diǎn)相連;模型的斜撐呈之字型前后相連。因此，該模型建模時必須保證模型的總跨數(shù)為偶數(shù)。為三角形II型格構(gòu)梁模型示意。該類型該類型梁的特點(diǎn)為在其2～3段處有一個折點(diǎn)，梁的起始寬度小于梁最大寬度。梁底部的斜撐形式為交叉形，而側(cè)面的形式則呈以中心段為軸左右對稱型。并且，此種類型每一段都存在立桿。因此，該類型在標(biāo)準(zhǔn)化時需額外提供折點(diǎn)，而不需要選擇立桿選項(xiàng)。

2.4格構(gòu)柱

格構(gòu)柱常用在500kV以上級別的變電站中，其特點(diǎn)是具有高度優(yōu)勢，當(dāng)承載高壓電線時可大大降低對地面設(shè)施的影響。展示了工程中使用的格構(gòu)柱。格構(gòu)柱模型是由多個豎向的段疊加而成，段與段之間由橫向的隔層隔開，每一段有四個面，每一面的形式也不盡相同。因此，對該結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化定義，重點(diǎn)在于定義每一段。具體來說，可將每一段分為前后左右四個面，前后面相同，左右面相同;每一面擁有底部寬度、頂部寬度和高度三個幾何屬性;每一面的支撐桿件的形式一般為以下五種形式之一:“/”、“×”、“＞”、“”、“”。段與段間的隔層一般為交叉型結(jié)構(gòu)，故此處僅需要提供截面定義接口即可。

2.5四邊形格構(gòu)梁

四邊形格構(gòu)梁包含兩種形式，其橫截面均為四邊形。四邊形I型格構(gòu)梁與人字柱結(jié)合使用，在500kV變電站中較為常見。而四邊形II型格構(gòu)梁則與格構(gòu)柱結(jié)合使用，在750kV中較為常用。展示了750kV變電站中，格構(gòu)柱和格構(gòu)梁結(jié)合使用的情況。四邊形I型格構(gòu)梁模型圖，其底面為交叉型斜撐組成，側(cè)面和頂面為“之”字相連形式斜撐。與三角形格構(gòu)梁相同，描述其特征也需要描述橫向段數(shù)、每段長度、結(jié)構(gòu)整體寬度和長度等。每一段之間的腹桿也需要進(jìn)行定義，如腹桿類型和截面等。該格構(gòu)梁的首段也沒有立桿，故分段數(shù)需要為偶數(shù)形式。四邊形II型格構(gòu)梁模型圖，與I型不同。它在兩側(cè)存在額外的支撐，可以與格構(gòu)柱連接。因此，該模型在定義時還需要提供該支撐部分的參數(shù)定義。以上詳細(xì)介紹了每一種構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)定義方法和描述參數(shù)，通過這些參數(shù)的研究和定義，為構(gòu)件的計算機(jī)模型化創(chuàng)造了前提條件。

3變電站塔架的建模方法

針對上述構(gòu)件的計算機(jī)模型設(shè)計，提出構(gòu)件的計算機(jī)建模方法。在構(gòu)件的計算機(jī)表示設(shè)計中，Component為構(gòu)件頂級父類，為每一個構(gòu)件提供了Name屬性。另外，構(gòu)件的建模需要提供一個初始原點(diǎn)，即Zero-Point，根據(jù)構(gòu)件的參數(shù)和該ZeroPoint，調(diào)用Genera-lElements生成構(gòu)件。Pole類為柱構(gòu)件的公共父類，提供了兩個公共方法:GetHeight為得到構(gòu)件的總高度，即柱本身、地線柱、避雷針的高度之和;GetBottomPoints為得到構(gòu)件地面支撐點(diǎn)。Pole類有三個子類，即圓鋼柱、LinePole、人字柱APole和格構(gòu)柱GridPole。LinePole可以設(shè)置其柱身高度PoleHeight和地線柱GroundColumn;APole可以設(shè)置其底部寬度BottomWidth、頂部寬度Top-Width、地線柱GroundColumn、避雷針LightRod、垂直段VerticalParts等;GridPole可設(shè)置的主要為垂直段VerticalParts和最上部段的頂部寬度TopWidth。除此之外，GridPole提供了一個自動計算段寬度的方法AutoCaculateParts。Beam為梁構(gòu)件的公共父類，提供了兩個公共方法:GetLength為得到構(gòu)件的橫向全長;Eccentricity-Length為偏心距離，即梁與柱結(jié)合建模時，梁連接點(diǎn)到柱連接點(diǎn)距離，一般在這里安裝連接件。Beam有三個子類，即圓鋼梁LineBeam、三角形格構(gòu)梁Rect-angleBeam和四邊形格構(gòu)梁QuadrangleBeam，分別表示三種常見梁構(gòu)件。其中，LineBeam的設(shè)置只包含線形橫向段LineParts;RectangleBeam包含有寬度Width、高度Height、橫向段HorizontalParts、撓度De-flection、梁類型BeamType等的設(shè)置。Deflection是指梁最高處的拱起高度;QuadrangleBeam中除了這些屬性之外，還包含與格構(gòu)柱連接處的屬性設(shè)置StandBarWidth和StandBarHeight。除了主要的Pole和Beam構(gòu)件之外，還有其包含的子構(gòu)件。LightRod即避雷針構(gòu)件，其提供了分段數(shù)Parts設(shè)置，以及每段的截面類型SectionName和長度Lengtj;GroundColumn為地線柱構(gòu)件，其提供了高度Height和截面的設(shè)置SectionName;Horizon-Part為水平向的段構(gòu)件，VerticalPart為垂直向的段構(gòu)件，一般包含段的長度Length和一些特點(diǎn)屬性。上述基礎(chǔ)對象模型構(gòu)成了變電站塔架的基本構(gòu)件庫，為模型的計算機(jī)實(shí)時建模和分析提供了支持。

4結(jié)論

本文基于構(gòu)件組裝的變電站塔架CAD設(shè)計系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對模型常見構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化工作，提出自主模型構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了變電站構(gòu)件模型的計算機(jī)模型構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，并實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)建模方法。目前變電站建模系統(tǒng)已經(jīng)可以將模型在計算機(jī)中建立和生成，模型的仿真結(jié)果對變電站設(shè)計工程師來說更加重要。因此，筆者將會深入研究基于計算機(jī)模型的工程仿真方法，為變電站行業(yè)的CAD設(shè)計仿真做出更大的努力。

作者：白勇 張為 單位：重慶電力高等?？茖W(xué)校 重慶市電力公司檢修分公司