基于SolidWorks技术的变电站开关设备检修方法仿真

2022-08-02陈芳，王艳，毛晓

能源与环保 2022年7期

陈芳，王艳，毛晓

(国网湖南省电力有限公司技术技能培训中心，湖南长沙 410000)

随着变电站设计与构建的智能化与普遍化发展，变电站内各类设备的检修均朝着智能化发展，以此确保变电站设备运行的安全性与稳定性[1-3]。文献[4]以信息交互模式为基础研究变电站设备检修方法，通过信息交互视觉重组获取设备图像特征信息，以此为基础完成设备检修。文献[5]基于神经网络专家系统进行变电站设备检修，针对变电站中各类设备耦合关系复杂的问题，构建检修过程中的通用规则模型，利用神经网络进行推理计算，确定设备故障问题。文献[6]利用多状态马尔科夫链构建设备多状态转移模型，在此基础上通过巡检率等参数求解状态转移方程，完成设备状态检修。然而上述研究文献中所研究的方法过于“大而全”，检测结果均从整体出发，均未考虑设备的基础结构信息，缺乏针对性，在实际检修过程中功能有所缺陷。针对上述研究文献中存在的一系列问题，本文研究了基于SolidWorks技术变电站开关设备检修方法。将SolidWorks技术应用于变电站开关设备检修领域，构建开关设备三维模型，高精度展示开关设备的几何结构与空间坐标等，并利用相关技术进行开关设备状态分析与安全距离分布，实现开关设备检修，并通过仿真分析过程验证该方法在实际变电站开关设备检修过程中的应用性能，为变电站开关设备安全稳定运行提供依据。

1 变电站开关设备检修方法

1.1 检修方法结构设计

基于SolidWorks技术变电站开关设备检修方法整体结构如图1所示。以C/S模式为核心，采用SolidWorks技术构建变电站开关设备三维模型。基于该模型实现开关设备检修与安全距离分析等功能。同时结合B/S模式，通过网络显示开关设备三维模型与变电站虚拟现实场景[6]，供相关管理人员操作。

图1 基于SolidWorks技术变电站开关设备检修方法整体结构Fig.1 Overall structure of substation switchgear maintenance method based on SolidWorks technology

数据层的主要功能是为变电站开关设备检修提供基础数据支撑[7-8]，其主要由3部分组成，分别是包含开关设备台账与缺陷的外部数据、包含开关设备三维模型信息与设备相关约束关系的网络数据、包含网络数据备份的本地单机数据。

逻辑层内包括开关设备间的相关约束关系，这些约束关系是开关设备三维建模的关键属性信息[9-10]。

业务层内采用SolidWorks技术根据开关设备外部数据对其进行三维建模，由此生成开关设备基础模型库，根据开关设备三维模型，采用相应技术实现开关设备检修与安全距离分析的功能。

表现层内集合B/S与C/S两种模式，前者实现开关设备相关数据的分布与共享，后者通过交互式三维界面实现开关设备三维模型展示与交互操作响应。

1.2 SolidWorks建模过程

业务层是变电站开关设备检修方法整体结构中的关键组成部分，其采用SolidWorks技术对变电站开关设备进行3D建模，建模过程如下。

(1)过程1。构建开关设备尺寸参数数据表。基于创建数据表向导功能完成对开关设备尺寸参数数据表的构建。

(2)过程2。生成开关设备参数化设计对话框界面。由于SolidWorks技术程序不仅能够独立存在，还能够以ActiveX DLL文件形式存在，并且文件形式能够创建自定义菜单、SolidWorks工具条等[11-13]。因此所生成开关设备参数化设计对话框界面依照构建完成的ActiveX DLL文件生成SolidWorks插件，便于用户操作。

(3)过程3。设计自动建模对话框。在编写变电站开关设备参数化设计对话框时，SolidWorks API(Application)接口函数内的参数可通过尺寸参数描述，结合SolidWorks API多项的层次结构关联性与SolidWorks技术中的尺寸参数驱动技术[14-15]。自动建模对话框设计流程如图2所示。

(4)过程4。设定ADO与DataGrid数据访问控件。将属性窗口作为ADO数据库访问设置创建Connection对象的工具[16-17]。通过选择控件打开其属性对话框，利用“新建连接”选项创建连接。之后在数据连接属性对话框内选取相关信息，单击确定完成ADO对象创建。

(5)过程5。程序运行。在程序运行过程中，连接Access与ADO控件，由此赋予变量确定值[18-20]。在此基础上执行完成编译的程序，选取参数，运行程序，完成开关设备3D模型构建。

图2 开关设备参数设计程序流程Fig.2 Flow chart of switchgear parameter design program

2 实验分析

为验证本文所研究的基于SolidWorks技术变电站开关设备检修方法的实际应用效果，选取某变电站内的开关设备为测试对象，对测试对象开关设备的检修过程进行仿真测试。

2.1 模型构建

在测试对象中随机选取一个型号为gn30-12的20 kV隔离开关，在获取该隔离开关的设计参数取值范围后，编写该隔离开关参数化设计对话框，如图3所示。

在隔离开关参数化设计对话框编写过程中，还需确定该隔离开关各段特征主要应用函数，所调用的主要SolidWorks API函数包括：①选取彩图基准面；②插入草图；③激活草图；④绘制圆；⑤绘制小圆；⑥拉伸命令；⑦拉伸切除。

图3 参数化设计对话框Fig.3 Parametric design dialog box

调用SolidWorks API函数，获取触头、绝缘子、连杆以及基座等基础模型结构，如图4所示。

图4 绘制的绝缘开关各段特征Fig.4 Shows the characteristics of each section of the insulated switch

在获取绝缘开关各段特征模型后，创建绘制绝缘开关的对话框，创建六组Lable控件(绝缘子直径、绝缘子长度、连杆直径、连杆长度、触头厚度、设备名称)作为参数，并绘制一个Button控件，命名为“OK”，开始执行程序，最终生成隔离开关整体3D模型，结果如图5所示。

通过分析图3—图5可以看出，利用本文方法中的SolidWorks技术能够最终生成完整、清晰、包含基础结构的整体隔离开关三维模型，该三维模型能够为隔离开关的检修提供准确的基础支撑。

2.2 检修结果

基座是绝缘开关的主要部件之一，其应用过程中的稳定性是决定绝缘开关寿命与应用过程中安全性的主要因素，因此需定期对其进行检修与维护。为确保绝缘开关应用性能，采用本文方法对其进行检修，分析其在固定载荷条件下的热应力云分布情况，对其实施初始强度校核，所得结果如图6所示。

图5 隔离开关整体3D模型Fig.5 Overall 3D model of disconnector

图6 绝缘开关基座热应力云分布Fig.6 Thermal stress cloud distribution of insulating switch base

分析图6得到，在固定载荷条件下，基座中央位置的热应力值达到上限31.153 Pa；热应力值由中央位置向两侧逐渐降低，在到达中央位置与两侧的约1/2处，热应力值达到下限约为0.158 Pa；继续向两侧延伸的情况下，热应力值呈逐渐上升取值，达到两侧时，热应力值约为19 Pa。这说明在固定载荷条件下，绝缘开关基座中央位置最易出现损伤，需定期对其进行维护与检修，以确保其运行的安全性。同时能够说明利用本文方法能够有效完成变电站开关设备局部结构的性能检测。