基于SolidWorks技術的變電站開關設備檢修方法仿真

陳 芳，王 艷，毛 曉

(國網湖南省電力有限公司技術技能培訓中心，湖南 長沙 410000)

隨著變電站設計與構建的智能化與普遍化發展，變電站內各類設備的檢修均朝著智能化發展，以此確保變電站設備運行的安全性與穩定性[1-3]。文獻[4]以信息交互模式為基礎研究變電站設備檢修方法，通過信息交互視覺重組獲取設備圖像特征信息，以此為基礎完成設備檢修。文獻[5]基于神經網絡專家系統進行變電站設備檢修，針對變電站中各類設備耦合關系復雜的問題，構建檢修過程中的通用規則模型，利用神經網絡進行推理計算，確定設備故障問題。文獻[6]利用多狀態馬爾科夫鏈構建設備多狀態轉移模型，在此基礎上通過巡檢率等參數求解狀態轉移方程，完成設備狀態檢修。然而上述研究文獻中所研究的方法過于“大而全”，檢測結果均從整體出發，均未考慮設備的基礎結構信息，缺乏針對性，在實際檢修過程中功能有所缺陷。針對上述研究文獻中存在的一系列問題，本文研究了基于SolidWorks技術變電站開關設備檢修方法。將SolidWorks技術應用于變電站開關設備檢修領域，構建開關設備三維模型，高精度展示開關設備的幾何結構與空間坐標等，并利用相關技術進行開關設備狀態分析與安全距離分布，實現開關設備檢修，并通過仿真分析過程驗證該方法在實際變電站開關設備檢修過程中的應用性能，為變電站開關設備安全穩定運行提供依據。

1 變電站開關設備檢修方法

1.1 檢修方法結構設計

基于SolidWorks技術變電站開關設備檢修方法整體結構如圖1所示。以C/S模式為核心，采用SolidWorks技術構建變電站開關設備三維模型。基于該模型實現開關設備檢修與安全距離分析等功能。同時結合B/S模式，通過網絡顯示開關設備三維模型與變電站虛擬現實場景[6]，供相關管理人員操作。

圖1 基于SolidWorks技術變電站開關設備檢修方法整體結構Fig.1 Overall structure of substation switchgear maintenance method based on SolidWorks technology

數據層的主要功能是為變電站開關設備檢修提供基礎數據支撐[7-8]，其主要由3部分組成，分別是包含開關設備臺賬與缺陷的外部數據、包含開關設備三維模型信息與設備相關約束關系的網絡數據、包含網絡數據備份的本地單機數據。

邏輯層內包括開關設備間的相關約束關系，這些約束關系是開關設備三維建模的關鍵屬性信息[9-10]。

業務層內采用SolidWorks技術根據開關設備外部數據對其進行三維建模，由此生成開關設備基礎模型庫，根據開關設備三維模型，采用相應技術實現開關設備檢修與安全距離分析的功能。

表現層內集合B/S與C/S兩種模式，前者實現開關設備相關數據的分布與共享，后者通過交互式三維界面實現開關設備三維模型展示與交互操作響應。

1.2 SolidWorks建模過程

業務層是變電站開關設備檢修方法整體結構中的關鍵組成部分，其采用SolidWorks技術對變電站開關設備進行3D建模，建模過程如下。

(1)過程1。構建開關設備尺寸參數數據表。基于創建數據表向導功能完成對開關設備尺寸參數數據表的構建。

(2)過程2。生成開關設備參數化設計對話框界面。由于SolidWorks技術程序不僅能夠獨立存在，還能夠以ActiveX DLL文件形式存在，并且文件形式能夠創建自定義菜單、SolidWorks工具條等[11-13]。因此所生成開關設備參數化設計對話框界面依照構建完成的ActiveX DLL文件生成SolidWorks插件，便于用戶操作。

(3)過程3。設計自動建模對話框。在編寫變電站開關設備參數化設計對話框時，SolidWorks API(Application)接口函數內的參數可通過尺寸參數描述，結合SolidWorks API多項的層次結構關聯性與SolidWorks技術中的尺寸參數驅動技術[14-15]。自動建模對話框設計流程如圖2所示。

(4)過程4。設定ADO與DataGrid數據訪問控件。將屬性窗口作為ADO數據庫訪問設置創建Connection對象的工具[16-17]。通過選擇控件打開其屬性對話框，利用“新建連接”選項創建連接。之后在數據連接屬性對話框內選取相關信息，單擊確定完成ADO對象創建。

(5)過程5。程序運行。在程序運行過程中，連接Access與ADO控件，由此賦予變量確定值[18-20]。在此基礎上執行完成編譯的程序，選取參數，運行程序，完成開關設備3D模型構建。

圖2 開關設備參數設計程序流程Fig.2 Flow chart of switchgear parameter design program

2 實驗分析

為驗證本文所研究的基于SolidWorks技術變電站開關設備檢修方法的實際應用效果，選取某變電站內的開關設備為測試對象，對測試對象開關設備的檢修過程進行仿真測試。

2.1 模型構建

在測試對象中隨機選取一個型號為gn30-12的20 kV隔離開關，在獲取該隔離開關的設計參數取值范圍后，編寫該隔離開關參數化設計對話框，如圖3所示。

在隔離開關參數化設計對話框編寫過程中，還需確定該隔離開關各段特征主要應用函數，所調用的主要SolidWorks API函數包括：①選取彩圖基準面；②插入草圖；③激活草圖；④繪制圓；⑤繪制小圓；⑥拉伸命令；⑦拉伸切除。

圖3 參數化設計對話框Fig.3 Parametric design dialog box

調用SolidWorks API函數，獲取觸頭、絕緣子、連桿以及基座等基礎模型結構，如圖4所示。

圖4 繪制的絕緣開關各段特征Fig.4 Shows the characteristics of each section of the insulated switch

在獲取絕緣開關各段特征模型后，創建繪制絕緣開關的對話框，創建六組Lable控件(絕緣子直徑、絕緣子長度、連桿直徑、連桿長度、觸頭厚度、設備名稱)作為參數，并繪制一個Button控件，命名為“OK”，開始執行程序，最終生成隔離開關整體3D模型，結果如圖5所示。

通過分析圖3—圖5可以看出，利用本文方法中的SolidWorks技術能夠最終生成完整、清晰、包含基礎結構的整體隔離開關三維模型，該三維模型能夠為隔離開關的檢修提供準確的基礎支撐。

2.2 檢修結果

基座是絕緣開關的主要部件之一，其應用過程中的穩定性是決定絕緣開關壽命與應用過程中安全性的主要因素，因此需定期對其進行檢修與維護。為確保絕緣開關應用性能，采用本文方法對其進行檢修，分析其在固定載荷條件下的熱應力云分布情況，對其實施初始強度校核，所得結果如圖6所示。

圖5 隔離開關整體3D模型Fig.5 Overall 3D model of disconnector

圖6 絕緣開關基座熱應力云分布Fig.6 Thermal stress cloud distribution of insulating switch base

分析圖6得到，在固定載荷條件下，基座中央位置的熱應力值達到上限31.153 Pa；熱應力值由中央位置向兩側逐漸降低，在到達中央位置與兩側的約1/2處，熱應力值達到下限約為0.158 Pa；繼續向兩側延伸的情況下，熱應力值呈逐漸上升取值，達到兩側時，熱應力值約為19 Pa。這說明在固定載荷條件下，絕緣開關基座中央位置最易出現損傷，需定期對其進行維護與檢修，以確保其運行的安全性。同時能夠說明利用本文方法能夠有效完成變電站開關設備局部結構的性能檢測。

3 結論

本文研究了基于SolidWorks技術變電站開關設備檢修方法，利用SolidWorks技術準確構建變電站開關設備的三維模型，在此基礎上利用相關技術對所構建的開關設備三維模型進行測試檢修與安全性能分析等，仿真結果顯示利用本文方法能夠準確構建變電站開關設備的三維模型，并獲取有效的性能檢測結果。