變電站塔架計算機仿真論文
1CAD標準和構件標準化
本文針對不同的變電站構件類(lèi)型，研究其標準化方法，從而可選取標準化構件進(jìn)行組合和建模。特別是在多排架結構建模時(shí)，如果沒(méi)有標準構件庫，模型的建立將需要繁瑣的手工設置，變得非常復雜，影響模型的質(zhì)量。標準化的構件能夠幫助設計師迅速建立起復雜模型，同時(shí)也能保證模型的質(zhì)量，提高設計效率。因此，提供一套標準的構件模型庫就變得十分必要。
2變電站塔架的標準化
本文研究的建模系統向用戶(hù)提供了110kV、220kV、500kV、750kV四種變電站類(lèi)型下常見(jiàn)梁、柱形式的建模。它主要包含圓鋼梁、三角形格構梁(三種形式)、四邊形格構梁(兩種形式)、圓鋼柱、人字柱和格構柱等。
2.1圓鋼梁和圓鋼柱
圓鋼梁和圓鋼柱是110kV變電站類(lèi)型中常見(jiàn)結構。圓鋼梁的主要描述參數為橫向段桿數、每段桿長(cháng)度;圓鋼柱的描述參數包括柱高度、地線(xiàn)柱高度。另外，圓鋼梁在實(shí)際工程中會(huì )設置掛線(xiàn)點(diǎn)，電線(xiàn)從掛線(xiàn)點(diǎn)處穿過(guò);圓鋼柱上的地線(xiàn)掛點(diǎn)處會(huì )有地線(xiàn)掛載，默認為地線(xiàn)柱的最高點(diǎn)。要特別注明的是，一般提到的桿，其描述參數有起始位置、結束位置、截面類(lèi)型、材料類(lèi)型等。
2.2人字柱(A柱)
人字柱常用在220kV和500kV變電站中，采用三角支撐使結構更加穩定，在柱頂處設置連接支架，用于支撐梁。描述人字柱的特性，從下往上講:第一是根開(kāi)尺寸，就是底部叉開(kāi)的Y向寬度;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(kāi)寬度;第三是頂部寬度，人字柱的頂部一般會(huì )設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，在段與段間設置橫撐，橫撐的長(cháng)度由以上參數可以計算;第五是地線(xiàn)柱設置，同圓鋼柱;第六是避雷針設置，一般提供用戶(hù)選擇，不為必須，避雷針也可配置分段數和長(cháng)度，并可設置每段截面屬性，一般截面設置形式為從下往上越來(lái)越細。
2.3三角形格構梁
三角形格構梁擁有三種形式，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，每一段的長(cháng)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，段結尾處是否為掛線(xiàn)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型格構梁模型示意。該類(lèi)型梁的特點(diǎn)如下:首個(gè)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(shí)必須保證模型的總跨數為偶數。為三角形II型格構梁模型示意。該類(lèi)型該類(lèi)型梁的特點(diǎn)為在其2～3段處有一個(gè)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，而側面的形式則呈以中心段為軸左右對稱(chēng)型。并且，此種類(lèi)型每一段都存在立桿。因此，該類(lèi)型在標準化時(shí)需額外提供折點(diǎn)，而不需要選擇立桿選項。
2.4格構柱
格構柱常用在500kV以上級別的變電站中，其特點(diǎn)是具有高度優(yōu)勢，當承載高壓電線(xiàn)時(shí)可大大降低對地面設施的影響。展示了工程中使用的格構柱。格構柱模型是由多個(gè)豎向的段疊加而成，段與段之間由橫向的隔層隔開(kāi)，每一段有四個(gè)面，每一面的形式也不盡相同。因此，對該結構標準化定義，重點(diǎn)在于定義每一段。具體來(lái)說(shuō)，可將每一段分為前后左右四個(gè)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(gè)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構，故此處僅需要提供截面定義接口即可。
2.5四邊形格構梁
四邊形格構梁包含兩種形式，其橫截面均為四邊形。四邊形I型格構梁與人字柱結合使用，在500kV變電站中較為常見(jiàn)。而四邊形II型格構梁則與格構柱結合使用，在750kV中較為常用。展示了750kV變電站中，格構柱和格構梁結合使用的情況。四邊形I型格構梁模型圖，其底面為交叉型斜撐組成，側面和頂面為“之”字相連形式斜撐。與三角形格構梁相同，描述其特征也需要描述橫向段數、每段長(cháng)度、結構整體寬度和長(cháng)度等。每一段之間的腹桿也需要進(jìn)行定義，如腹桿類(lèi)型和截面等。該格構梁的首段也沒(méi)有立桿，故分段數需要為偶數形式。四邊形II型格構梁模型圖，與I型不同。它在兩側存在額外的支撐，可以與格構柱連接。因此，該模型在定義時(shí)還需要提供該支撐部分的參數定義。以上詳細介紹了每一種構件的標準定義方法和描述參數，通過(guò)這些參數的研究和定義，為構件的計算機模型化創(chuàng )造了前提條件。
3變電站塔架的建模方法
針對上述構件的計算機模型設計，提出構件的計算機建模方法。在構件的計算機表示設計中，Component為構件頂級父類(lèi)，為每一個(gè)構件提供了Name屬性。另外，構件的建模需要提供一個(gè)初始原點(diǎn)，即Zero-Point，根據構件的參數和該ZeroPoint，調用Genera-lElements生成構件。Pole類(lèi)為柱構件的公共父類(lèi)，提供了兩個(gè)公共方法:GetHeight為得到構件的總高度，即柱本身、地線(xiàn)柱、避雷針的高度之和;GetBottomPoints為得到構件地面支撐點(diǎn)。Pole類(lèi)有三個(gè)子類(lèi)，即圓鋼柱、LinePole、人字柱APole和格構柱GridPole。LinePole可以設置其柱身高度PoleHeight和地線(xiàn)柱GroundColumn;APole可以設置其底部寬度BottomWidth、頂部寬度Top-Width、地線(xiàn)柱GroundColumn、避雷針LightＲod、垂直段VerticalParts等;GridPole可設置的主要為垂直段VerticalParts和最上部段的頂部寬度TopWidth。
除此之外，GridPole提供了一個(gè)自動(dòng)計算段寬度的方法AutoCaculateParts。Beam為梁構件的公共父類(lèi)，提供了兩個(gè)公共方法:GetLength為得到構件的橫向全長(cháng);Eccentricity-Length為偏心距離，即梁與柱結合建模時(shí)，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(gè)子類(lèi)，即圓鋼梁LineBeam、三角形格構梁Ｒect-angleBeam和四邊形格構梁QuadrangleBeam，分別表示三種常見(jiàn)梁構件。其中，LineBeam的設置只包含線(xiàn)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(lèi)型BeamType等的設置。Deflection是指梁最高處的拱起高度;QuadrangleBeam中除了這些屬性之外，還包含與格構柱連接處的屬性設置StandBarWidth和StandBarHeight。除了主要的Pole和Beam構件之外，還有其包含的子構件。LightＲod即避雷針構件，其提供了分段數Parts設置，以及每段的截面類(lèi)型SectionName和長(cháng)度Lengtj;GroundColumn為地線(xiàn)柱構件，其提供了高度Height和截面的設置SectionName;Horizon-Part為水平向的段構件，VerticalPart為垂直向的段構件，一般包含段的長(cháng)度Length和一些特點(diǎn)屬性。上述基礎對象模型構成了變電站塔架的基本構件庫，為模型的計算機實(shí)時(shí)建模和分析提供了支持。
4結論
本文基于構件組裝的變電站塔架CAD設計系統，實(shí)現了對模型常見(jiàn)構件的標準化工作，提出自主模型構件標準，實(shí)現了變電站構件模型的計算機模型構件標準化，并實(shí)現了計算機建模方法。目前變電站建模系統已經(jīng)可以將模型在計算機中建立和生成，模型的仿真結果對變電站設計工程師來(lái)說(shuō)更加重要。因此，筆者將會(huì )深入研究基于計算機模型的工程仿真方法，為變電站行業(yè)的CAD設計仿真做出更大的努力。
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