变电站塔架计算机仿真论文

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1CAD标准和构件标准化

本文针对不同的变电站构件类型，研究其标准化方法，从而可选取标准化构件进行组合和建模。特别是在多排架结构建模时，如果没有标准构件库，模型的建立将需要繁琐的手工设置，变得非常复杂，影响模型的质量。标准化的构件能够帮助设计师迅速建立起复杂模型，同时也能保证模型的质量，提高设计效率。因此，提供一套标准的构件模型库就变得十分必要。

2变电站塔架的标准化

本文研究的建模系统向用户提供了110kV、220kV、500kV、750kV四种变电站类型下常见梁、柱形式的建模。它主要包含圆钢梁、三角形格构梁(三种形式)、四边形格构梁(两种形式)、圆钢柱、人字柱和格构柱等。

2.1圆钢梁和圆钢柱

圆钢梁和圆钢柱是110kV变电站类型中常见结构。圆钢梁的主要描述参数为横向段杆数、每段杆长度;圆钢柱的描述参数包括柱高度、地线柱高度。另外，圆钢梁在实际工程中会设置挂线点，电线从挂线点处穿过;圆钢柱上的地线挂点处会有地线挂载，默认为地线柱的最高点。要特别注明的是，一般提到的杆，其描述参数有起始位置、结束位置、截面类型、材料类型等。

2.2人字柱(A柱)

人字柱常用在220kV和500kV变电站中，采用三角支撑使结构更加稳定，在柱顶处设置连接支架，用于支撑梁。描述人字柱的特性，从下往上讲:第一是根开尺寸，就是底部叉开的Y向宽度;第二是是否有端撑，即是否存在第三条支撑柱，如有则需要指定端撑的X向根开宽度;第三是顶部宽度，人字柱的顶部一般会设立面积不大的操作平台，一般为两边支撑柱截面面积之和的二分之一;第四是柱分段数，在段与段间设置横撑，横撑的长度由以上参数可以计算;第五是地线柱设置，同圆钢柱;第六是避雷针设置，一般提供用户选择，不为必须，避雷针也可配置分段数和长度，并可设置每段截面属性，一般截面设置形式为从下往上越来越细。

2.3三角形格构梁

三角形格构梁拥有三种形式，其特征描述主要包含以下部分:第一是偏心尺寸，即梁与柱之间的间隙距离;第二是横向分段数，每一段的长度属性;第三是段与段之间的属性，包含是否有立杆，立杆中是否有腹杆，段结尾处是否为挂线点;第四为梁的底部宽度和垂直高度，如有起拱则最高起拱处拱起高度。为三角形I型格构梁模型示意。该类型梁的特点如下:首个横向段顶部不存在主杆，每一段的斜撑起点与上一段斜撑终点相连;模型的斜撑呈之字型前后相连。因此，该模型建模时必须保证模型的总跨数为偶数。为三角形II型格构梁模型示意。该类型该类型梁的特点为在其2～3段处有一个折点，梁的起始宽度小于梁最大宽度。梁底部的斜撑形式为交叉形，而侧面的形式则呈以中心段为轴左右对称型。并且，此种类型每一段都存在立杆。因此，该类型在标准化时需额外提供折点，而不需要选择立杆选项。

2.4格构柱

格构柱常用在500kV以上级别的变电站中，其特点是具有高度优势，当承载高压电线时可大大降低对地面设施的影响。展示了工程中使用的格构柱。格构柱模型是由多个竖向的段叠加而成，段与段之间由横向的隔层隔开，每一段有四个面，每一面的形式也不尽相同。因此，对该结构标准化定义，重点在于定义每一段。具体来说，可将每一段分为前后左右四个面，前后面相同，左右面相同;每一面拥有底部宽度、顶部宽度和高度三个几何属性;每一面的支撑杆件的形式一般为以下五种形式之一:“/”、“×”、“＞”、“”、“”。段与段间的隔层一般为交叉型结构，故此处仅需要提供截面定义接口即可。

2.5四边形格构梁

四边形格构梁包含两种形式，其横截面均为四边形。四边形I型格构梁与人字柱结合使用，在500kV变电站中较为常见。而四边形II型格构梁则与格构柱结合使用，在750kV中较为常用。展示了750kV变电站中，格构柱和格构梁结合使用的情况。四边形I型格构梁模型图，其底面为交叉型斜撑组成，侧面和顶面为“之”字相连形式斜撑。与三角形格构梁相同，描述其特征也需要描述横向段数、每段长度、结构整体宽度和长度等。每一段之间的腹杆也需要进行定义，如腹杆类型和截面等。该格构梁的首段也没有立杆，故分段数需要为偶数形式。四边形II型格构梁模型图，与I型不同。它在两侧存在额外的支撑，可以与格构柱连接。因此，该模型在定义时还需要提供该支撑部分的参数定义。以上详细介绍了每一种构件的标准定义方法和描述参数，通过这些参数的研究和定义，为构件的计算机模型化创造了前提条件。

3变电站塔架的建模方法

针对上述构件的计算机模型设计，提出构件的计算机建模方法。在构件的计算机表示设计中，Component为构件顶级父类，为每一个构件提供了Name属性。另外，构件的建模需要提供一个初始原点，即Zero-Point，根据构件的参数和该ZeroPoint，调用Genera-lElements生成构件。Pole类为柱构件的公共父类，提供了两个公共方法:GetHeight为得到构件的总高度，即柱本身、地线柱、避雷针的高度之和;GetBottomPoints为得到构件地面支撑点。Pole类有三个子类，即圆钢柱、LinePole、人字柱APole和格构柱GridPole。LinePole可以设置其柱身高度PoleHeight和地线柱GroundColumn;APole可以设置其底部宽度BottomWidth、顶部宽度Top-Width、地线柱GroundColumn、避雷针LightRod、垂直段VerticalParts等;GridPole可设置的主要为垂直段VerticalParts和最上部段的顶部宽度TopWidth。除此之外，GridPole提供了一个自动计算段宽度的方法AutoCaculateParts。Beam为梁构件的公共父类，提供了两个公共方法:GetLength为得到构件的横向全长;Eccentricity-Length为偏心距离，即梁与柱结合建模时，梁连接点到柱连接点距离，一般在这里安装连接件。Beam有三个子类，即圆钢梁LineBeam、三角形格构梁Rect-angleBeam和四边形格构梁QuadrangleBeam，分别表示三种常见梁构件。其中，LineBeam的设置只包含线形横向段LineParts;RectangleBeam包含有宽度Width、高度Height、横向段HorizontalParts、挠度De-flection、梁类型BeamType等的设置。Deflection是指梁最高处的拱起高度;QuadrangleBeam中除了这些属性之外，还包含与格构柱连接处的属性设置StandBarWidth和StandBarHeight。除了主要的Pole和Beam构件之外，还有其包含的子构件。LightRod即避雷针构件，其提供了分段数Parts设置，以及每段的截面类型SectionName和长度Lengtj;GroundColumn为地线柱构件，其提供了高度Height和截面的设置SectionName;Horizon-Part为水平向的段构件，VerticalPart为垂直向的段构件，一般包含段的长度Length和一些特点属性。上述基础对象模型构成了变电站塔架的基本构件库，为模型的计算机实时建模和分析提供了支持。

4结论

本文基于构件组装的变电站塔架CAD设计系统，实现了对模型常见构件的标准化工作，提出自主模型构件标准，实现了变电站构件模型的计算机模型构件标准化，并实现了计算机建模方法。目前变电站建模系统已经可以将模型在计算机中建立和生成，模型的仿真结果对变电站设计工程师来说更加重要。因此，笔者将会深入研究基于计算机模型的工程仿真方法，为变电站行业的CAD设计仿真做出更大的努力。

作者：白勇 张为 单位：重庆电力高等专科学校 重庆市电力公司检修分公司