变电站中的模拟三维设计

变电站中的模拟三维设计

摘要:文章针对变电站中二维设计的平面性及局限性,引出在变电站中更加直观且更利于各专业配合的三维设计。阐述了利用PDMS实现变电站中的三维模拟设计,通过实例给出了模拟设计及三维漫游的关键步骤,实践结果表明,三维设计是以后电力设计手段改革的行之有效的解决方案。

关键词:变电站;三维设计;三维漫游;PDMS

三维设计技术是指在设计过程中利用三维模型进行布置设计,并在设计过程中通过数据库共享实现多专业的协同设计,使得设计、采购、工程施工之间的信息传输实现全计算机化和网络化。

目前国内有几家单位进行这方面的研究。有些单位利用国内软件平台按类似网上虚拟城市的做法建立三维模型,缺点是软件平台的可扩展性不强、未能与设计相结合、未考虑按模块化设计形成快速的建模方式;有些单位在电网可视化的研究中也做了部分变电站三维模拟的工作,但目前还未有成熟的研究成果。随着三维设计技术的日益成熟和PDMS三维设计软件在电厂设计中的推进,让三维设计软件在电网变电站中的应用也成了大家下一步期盼的结果。电厂三维设计其中有很多经验可以供变电站借鉴,而变电站三维设计的项目成果也可用于电厂中升压站部分的三维应用。为充分利用现有资源,从而引出变电站中的模拟三维设计的研究开发。在设计并建立模拟变电站模型的同时,通过漫游路径对模拟变电站建立直观的漫游动画。

1项目开发目的

通过本次实践创建一个可供漫游的较完整的三维变电站模型,供大家直观随意浏览。

通过本项目创建变电站三维模型库,为以后变电站模型库的扩充积累打下基础,摸索出一条创建三维虚拟变电站的实施方法,为数字化变电站提供三维信息基础,推进变电站数字化向前发展。

通过基础建库和实际工程实践,借鉴电厂设计的经验,探索变电站三维设计的可行性,提高设计效率和设计质量。

2变电站三维模型设计与实现

根据三维模型的特征建立变电站三维模型库。创建变电站配电间隔、土建支构架布置、导线、主控楼、站内道路、站外围墙以及全站平面布置。利用Vantage review给模型调光,赋材质,设置漫游路径,制作变电站漫游短片。

2.1创建变电站三维模型库

在本次实践中,由于没有变电站基础库,所以开发周期较长。通过这次开发,已经初步建立了部分设备模型库和土建支架库。变电站三维模型包括以下几个部分:电气设备库、土建支架库、绝缘子串库。

①电气设备库的创建。以500 kV变电站为例,设备分为如下几类:500 kV屋外配电装置、220 kV屋外配电装置、35 kV屋外配电装置。在建模过程中分别创建三个ZONE,用以作为存放上述三类设备的库。ZONE层下面每个Equipment 就是一个设备,该Equipment以设备的完整名称命名,如:LW10B-550型SF6断路器。使用库中的设备时,从库中将该设备复制一个拷贝,并根据所布置的位置重新命名。

②土建支架库的创建。建立不同电压等级的土建支架库,如:钢管梁库、构架柱库、爬梯库、护栏库、导线支架库等。根据进一步的需求分析,这部分可以扩展一个分支:单独创建设备基础库。

③绝缘子串库的创建。为了提高建模效率,单独设立绝缘子串库。库中包括不同电压等级的绝缘子串类型,包含的信息有绝缘子串的长度、绝缘子串的直径、片数、倾斜方向、角度等。

2.2三维布置

按照实际工程需要利用三维模型库搭建电站三维模型,并且附加实际工程信息。

①配电间隔的创建。配电间隔由间隔内部设备和导线以及导线支架组成。在本工程中,参考施工图实际的距离参数来布置间隔内部各个设备之间的间距。每个间隔在模型目录中的层次按如下规则存放:SITE层确定分区,如500 kV分区;ZONE层确定间隔,如:2#,3#至10 W某电厂Ⅱ出线间隔;EQUI层则存放该间隔内的设备。

②导线的创建。导线包括各类母线、进线、出线及设备间导线等。PDMS中没有专用创建导线的工具,本工程中采用弯曲钢管代替,弧垂幅度根据计算结果确定,本层次由电气专业进行设计。

③主控楼、站内道路、围墙的创建。建模时采用pdms土建专用工具和道路创建专用工具,本层次由土建专业负责设计。

④全站三维布置。确定变电站模型坐标系原点位置后,按照实际位置参数设置变电站中所有设备、支架、导线、道路、围墙、主控楼等。对变电站进行全场布置时,由SITE划分功能分区,如:500 kV分区、220 kV分区、35 kV分区、主控楼、场区道路、围墙等。由ZONE划分功能子单元、独立的间隔,如:8WⅡ至某开关站Ⅱ、所用变回路Ⅱ等。

2.3创建变电站漫游短片

利用Vantagereview给模型调光,赋材质,设置漫游路径。

①模型导入。将在PDMS中创建好的变电站模型或模块通过pdms的导出功能导出到*.rvm文件,然后在与PDMS配套的制作漫游的专用工具review中打开。

②模型修饰,灯光、颜色、材质。在review中,模型的颜色、光亮度、质感等可以根据需要随意改变,可以修改模型材质,可以自定义材质,可以对模型的表面进行贴图,可以通过灯光强弱和位置改变三维模型的视觉效果。

③漫游路径的创建。这是关键的一步,是创建三维模型的第一个目的。通过设定摄像高度,视角,灯光、路径,模拟摄像机在空中和电站内部移动时所拍摄到空间景象,使观看漫游的人身临其境地了解到变电站建成后的外观效果。漫游路径就是摄像机在变电站中移动的路线。由于在摄像机移动的过程中,视线焦点的位置不断随着摄像机位置的变化而发生动态的变化,在设置路径的过程中需要设置大量参考点的位置参数(摄像机位置三维坐标),视线焦点的位置参数(视点三维坐标等),和设置移动方式。

④保存漫游效果短片。漫游路径设定好后,可以在review中直接观看漫游效果,并在review中实时修改;也可以将漫游效果保存成*.avi格式的短片。使用通用的播放器播放,这时就不能修改路径了。

2.4模型的命名及属性

在此变电站模型的创建过程中,采用了更加规范的模型命名方式。除了要求设备库中的设备名称与实际设备名称完全相符外,在布置图中的设备也要求在名称中包含完整的设备名称(可以不含型号)和所属功能区,如果在某一功能区中包含两个以上相同设备,则用标号加以区别,如:单接地隔离开关2-某电厂Ⅱ。这样在模型上点击某个设备时,可以在explorer上直接显示出该设备的名称信息及属性。

3总结与展望

通过这次实践,初步证明了使用PDMS工具创建变电站三维模型,并制作漫游动画短片是可行的。但是要满足工程招投标的要求,须要在较短的时间里快速创建好变电站的模型,这存在一定的困难。经过初步研究,认为可以通过提前建好设备库、土建支架库、绝缘子串库等,统筹规划建模时间和顺序来提高建模效率、缩短建模周期。变电站中有大量的各种型号的设备、各种类型的土建支架、设备支架、设备基础、绝缘子串、道路、围墙和主控楼等,数目繁多,结构复杂,要在投标前的几天建好模型,必须科学分配时间,做好模型布置的前期工作。据了解,在新建变电站中,相同电压等级的电气设备和土建支架在选型时重复度较高,可以提前做好建库工作。前期需要设计人员配合的工作主要有:所有设备的外形图,支架图、