CN107491592A - 一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，将基本几何体作为建模的基本单元，定义几何体的尺寸信息以及相互之间空间位置信息，初步形成电力设备三维模型，然后按设备全寿命周期管理得各个阶段，分别定义设备的属性信息，最终形成一种带多维属性的电力设备模型。为了达到所述目的，本发明对电力设备实体进行分析、解构，后形成电力设备的概念模型和逻辑模型，最终生成完整电力设备的模型。通过本发明的技术方案，采用了最基本的几何图形代替现有技术中的精细建模，能减轻适用于三维数字化设计过程中的硬件负担，通过一些较老的电脑设备也能完成这样的模型生成。

Description

一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型

技术领域

本发明涉及一种电力用模型，尤其涉及一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型。

背景技术

随着技术的发展，我国每年都需要针对各种电力设备的性能和结构进行设计改良，还需要对电力部门新进员工进行培训。现有技术中对此最有效的解决方案是通过电脑生成电力设备的模型，在电脑上进行仿真模拟。例如现有技术中专利号为201310219233.6的发明专利《220KV电力变压器三维模型系统》，该发明公开了一种220KV变压器的三维模型系统，涉及220KV变压器三维仿真技术领域。该系统利用建模软件，以零件级为单位，根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，最终生成一套220KV变压器三维虚拟模型；模型建设好后，将其导入到仿真平台中，仿真平台包含模型引擎、数据引擎、声音引擎、脚本引擎以及逻辑引擎；模型引擎将在建模软件中建好的模型导入进来，之后使用逻辑引擎给模型添加数学逻辑关系和几何约束条件，按照标准的变压器拆装步骤和检修流程，对变压器模型进行交互动画制作，同时，程序员也能够使用声音引擎和脚本引擎给仿真系统添加语音和演示动画。优点：大大提高教学质量，同时也减少对实物设备的损耗。

这样的电力设备模型虽然细致，但是建模的效率非常低，从其说明书中可以见到，在准备阶段，建模人员据图纸建模或过测量实物尺寸进行建模或图纸加实物测量对220KV电力变压器进行建模。

可见类似传统的电力设备三维模型采用自顶向下、层层精细的方式将电力设备拆分成最基本的点、线、面，模型的属性多集中于电力设备的尺寸方面。这样的模型用于电力设备三维设计存在以下缺点：

1)模型过于复杂，对于设计而言，我们并不关心设备的内部结构，而关心设备的外部尺寸和基本构建之间的相互关系，过于精细的模型会在一定程度上影响建模的效率和设计软件的运行速度；

2)模型属性信息过于片面，传统的电力设备三维模型通常由设备厂家建模，因此仅带有相关的尺寸信息，从设备全寿命周期管理的角度出发，仅有这些信息是远远不够的。例如现有技术中，通过solidworks内的几何约束关系，将零件组成装配体。但是solidworks作为通用工具软件，仅仅是几何约束关系并不能完整还原变压器内部的结构组件，这样就导致这个模拟仿真毫无实际价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，将基本几何体作为建模的基本单元，定义几何体的尺寸信息以及相互之间空间位置信息，初步形成电力设备三维模型，然后按设备全寿命周期管理得各个阶段，分别定义设备的属性信息，最终形成一种带多维属性的的电力设备模型。

为了达到所述目的，本发明一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，经过以下步骤，形成带多维属性的适用于三维数字化设计的电力设备模型：

步骤一：对电力设备实体进行分析、解构，将电力设备分解成一组基本实体模型构件的组合，基本实体模型构件包括电力设备本体、电力设备连接体、电力设备控制面板以及电力设备安全辅助器件，基本实体模型构件用于组成电力设备的物理模型；

步骤二：将电力设备的基本实体模型构件通过定义的数学模型进行描述后形成电力设备的概念模型；概念模型用于定义这些基本实体模型的几何特征，赋予电力设备的几何属性；

步骤三：将电力设备概念模型进行数学描述，定义组成对象的圆柱体、长方体、球体这些基本实体模型构件之间的依赖关系和约束条件，形成电力设备的逻辑模型，赋予电力设备的逻辑属性；

步骤四：通过对电力设备的几何属性和逻辑属性生成完整电力设备的模型，在完整电力设备的模型中最后添加完整设备的电气属性和全寿命周期信息。

优选的，所述步骤二中所述的基本实体模型构件组合时需要进行带电距离校验、碰撞检查，符合关键部位精细度要求的前提下才能生成基本实体模型构件。这样的设置确保生产的模型具备原产品的性能效果。

优选的，所述电力设备为变压器，其中主变压器及散热器采用长方体的组合表示；油枕采用圆柱体表示；各电压等级套管采用圆柱体或圆台体表示；各套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式表示；特殊均压环采用圆柱体表示；一次接线端子板采用长方体或圆柱体表示；接地端子板采用长方体表示；落地控制箱体采用长方体表示。这里仅仅列举了变压器中常见的部件，如果有其他部件也涵盖在这类模型中。

优选的，所述电力设备为气体绝缘全封闭组合电器，其本体采用圆柱体与长方体的组合来表示；出线及进线套管采用圆柱体或圆台体来表示；套管上的伞裙采用曲线旋转生成，套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式生成，一次接线端子板采用长方体表示，接地端子板采用长方体表示，爬梯操作平台采用简单的圆柱与长方体组合模型表示，落地汇控柜采用长方体表示。这里仅仅列举了气体绝缘全封闭组合电器中常见的部件，如果有其他部件也涵盖在这类模型中。

优选的，复杂的工程中，当套管数量超过30件时，不表示套管伞裙。这样能节省图形处理的时间。

优选的，所述电力设备实体进行分析、解构的过程为：

步骤1、选择需要分析解构的电力设备部件及型号；

步骤2、获取该部件的基本尺寸，所述基本尺寸仅和产品型号相关；

步骤3、获取该部件的空间位置尺寸，空间位置尺寸以基本尺寸加上偏移量的形式表示；

步骤4、根据空间位置尺寸参数来控制基本实体模型构件三维模型的生成。虽然本发明的基本实体模型构件三维模型是简单的几何体，但是由于涉及到一些关键部件，因此几何体不能直接沿用原产品的基本尺寸，而需要在基本尺寸上附加偏移量，确保建模后的模型在关键点上和实际效果相匹配。

优选的，首次所述部件基本尺寸在首次创建该模型时手动输入，并保存在数据库中。建立初期部件的模型可便于后期建立整个完整的模型，同时每次修改过的部件也可以作为初始部件保存在数据库中，便于下次的调用。

优选的，所述电气属性包括变压器的额定电压、额定电流、动热稳定等。这些信息是针对组装完毕后的整个电力设备模型所具备的。

优选的，全寿命周期信息包括：根据国家电网公司关于物料编码的规范，将各种模型中加入设备的物料编码；还包括设备的运维属性。所述运维属性包括该变压器的投运时间、生产厂家、设备型号、大修时间等，这些信息将集中于设备模型中，保证信息的完整性和准确性，提供全程数据移交。通过这些信息以便在后期移交时与项目单位的ERP系统对接。

通过本发明的技术方案，电力设备模型中采用了最基本的几何图形代替现有技术中的精细建模，能减轻适用于三维数字化设计过程中的硬件负担，通过一些较老的电脑设备也能完成这样的模型生成。同时虽然模型的图案简陋，但是完全不影响模型应用的效果。这样的模型可以用于教学和操作练习。

具体实施方式

在实际应用过程中，本发明通过软件revit实现。需要注意的是，新版的revit对于硬件环境的要求较高，不符合本发明的初衷。本发明采用revit 2008版本即可实现，这样可以用于配置较低的电脑中。

实施例1：以变压器为例：

在建立完整模型前，需要先对变压器实体，具体的说是对变压器实体中的每个部件进行分析、解构，将变压器分解成一组基本实体模型构件的组合，基本实体模型构件包括圆柱体、长方体以及球体，基本实体模型构件用于组成变压器的物理模型。具体为：步骤1、选择需要分析解构的变压器部件及型号；这里的型号是变压器部件的型号而不是变压器自身的型号。

步骤2、获取该部件的基本尺寸，所述基本尺寸仅和产品型号相关；该尺寸可以由厂商信息直接导入，或者手动输入。手动输入则需要后期验证。验证完成后才能保持到数据库中。

步骤3、获取该部件的空间位置尺寸，空间位置尺寸以基本尺寸加上偏移量的形式表示。由于在生成建模过程中，是通过简单的三维模型来代替实际的部件形状，因此实际结构上发生了改变。但是针对部件上的关键点位置不能含糊。例如一油枕的长度尺寸为5620，但是油枕上要设置注油管以及油量表，因此在形成三维建模后，模型的长度尺寸需要加上注油管和油量表占用的长度。也就是所述的偏移量。添加后的图形中，油枕的长度标注可能就达到了5950。

步骤4、根据空间位置尺寸参数来控制基本实体模型构件三维模型的生成。

以上的过程其实也是将变压器的基本实体模型构件通过定义的数学模型进行描述后形成变压器的概念模型；概念模型用于定义这些基本实体模型的几何特征，赋予变压器的几何属性；几何属性不仅仅是体现在建模图形上，而且也单独保存为文本信息，存在数据库中。

如要生成整个变压器模型，还需要将多个基本实体模型构件组合将变压器概念模型进行数学描述，定义组成对象的圆柱体、长方体、球体这些基本实体模型构件之间的依赖关系和约束条件，形成变压器的逻辑模型，赋予变压器的逻辑属性。逻辑属性的获取是根据步骤二中所述的基本实体模型构件组合时需要进行带电距离校验、碰撞检查，符合关键部位精细度要求的前提下才能生成基本实体模型构件。在这个过程中将一些校验参数记录下来形成逻辑模型。简单的说，逻辑模型记载了不同基本实体模型构件为了符合实际情况，之间应该相隔的间距等。逻辑属性也单独保存为文本信息，存在数据库中。

在以上的属性综合后，通过对变压器的几何属性和逻辑属性生成完整变压器的模型。为了提高这个模型的实用性，还需要在完整变压器的模型中最后添加完整设备的电气属性和全寿命周期信息。

所述电气属性包括变压器的额定电压、额定电流、动热稳定等。全寿命周期信息包括：根据国网物资部关于物料编码的规范，将各种模型中加入设备的物料编码；还包括设备的运维属性。

通常最终的模型需要添加的电气属性和全寿命周期信息如下表所示：

这些信息部用于模型的生成和使用，仅用于方便和项目单位的ERP系统对接。

通过本发明的技术方案，最终建模看上去较为简陋，都是一些基本的图形，例如主变压器及散热器采用长方体的组合表示；油枕采用圆柱体表示；各电压等级套管采用圆柱体或圆台体表示；各套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式表示；特殊均压环采用圆柱体表示；一次接线端子板采用长方体或圆柱体表示；接地端子板采用长方体表示；落地控制箱体采用长方体表示。但是其实际功能完全满足培训和教学的目的，也可以作为资产管理和信息汇总使用，作用相当广泛。由于采用了这样的模式，对硬件系统的要求非常低，能让企业中一些较为陈旧的电脑设备发挥余热。

实施例2：以气体绝缘全封闭组合电器，即GIS为例：

在建立完整模型前，需要先对气体绝缘全封闭组合电器实体，具体的说是对气体绝缘全封闭组合电器实体中的每个部件进行分析、解构，将气体绝缘全封闭组合电器分解成一组基本实体模型构件的组合，基本实体模型构件包括圆柱体、长方体以及球体，基本实体模型构件用于组成气体绝缘全封闭组合电器的物理模型。具体为：步骤1、选择需要分析解构的气体绝缘全封闭组合电器部件及型号；这里的型号是气体绝缘全封闭组合电器部件的型号而不是气体绝缘全封闭组合电器自身的型号。

步骤2、获取该部件的基本尺寸，所述基本尺寸仅和产品型号相关；该尺寸可以由厂商信息直接导入，或者手动输入。手动输入则需要后期验证。验证完成后才能保持到数据库中。

步骤3、获取该部件的空间位置尺寸，空间位置尺寸以基本尺寸加上偏移量的形式表示。由于在生成建模过程中，是通过简单的三维模型来代替实际的部件形状，因此实际结构上发生了改变。但是针对部件上的关键点位置不能含糊。

步骤4、根据空间位置尺寸参数来控制基本实体模型构件三维模型的生成。

以上的过程其实也是将气体绝缘全封闭组合电器的基本实体模型构件通过定义的数学模型进行描述后形成气体绝缘全封闭组合电器的概念模型；概念模型用于定义这些基本实体模型的几何特征，赋予气体绝缘全封闭组合电器的几何属性；几何属性不仅仅是体现在建模图形上，而且也单独保存为文本信息，存在数据库中。

如要生成整个气体绝缘全封闭组合电器模型，还需要将多个基本实体模型构件组合将气体绝缘全封闭组合电器概念模型进行数学描述，定义组成对象的圆柱体、长方体、球体这些基本实体模型构件之间的依赖关系和约束条件，形成气体绝缘全封闭组合电器的逻辑模型，赋予气体绝缘全封闭组合电器的逻辑属性。逻辑属性的获取是根据步骤二中所述的基本实体模型构件组合时需要进行带电距离校验、碰撞检查，符合关键部位精细度要求的前提下才能生成基本实体模型构件。在这个过程中将一些校验参数记录下来形成逻辑模型。简单的说，逻辑模型记载了不同基本实体模型构件为了符合实际情况，之间应该相隔的间距等。气体绝缘全封闭组合电器模型关键部位包括：GIS/HGIS底面尺寸，这个参数的变化影响本体的基础大小；本体及操作平台高度，这个参数影响套管的带电距离校验；套管均压环的尺寸及安装高度，这个参数影响带电距离校验；一次接线端子板的方向及角度，这个参数影响引出导线的角度。将这些参数作为逻辑属性单独保存为文本信息，存在数据库中。

在以上的属性综合后，通过对气体绝缘全封闭组合电器的几何属性和逻辑属性生成完整气体绝缘全封闭组合电器的模型。为了提高这个模型的实用性，还需要在完整气体绝缘全封闭组合电器的模型中最后添加完整设备的电气属性和全寿命周期信息。

所述电气属性包括气体绝缘全封闭组合电器的额定电压、额定电流、动热稳定等。全寿命周期信息包括：根据国网物资部关于物料编码的规范，将各种模型中加入设备的物料编码；还包括设备的运维属性。

通过本发明的技术方案，气体绝缘全封闭组合电器的最终建模看上去较为简陋，都是一些基本的图形，例如其本体采用圆柱体与长方体的组合来表示；出线及进线套管采用圆柱体或圆台体来表示；套管上的伞裙采用曲线旋转生成，若工程中套管较多，对计算机图像性能影响较大，在较复杂的工程中可不表示套管伞裙。套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式生成，一次接线端子板采用长方体表示，接地端子板采用长方体表示，爬梯操作平台采用简单的圆柱与长方体组合模型表示，落地汇控柜采用长方体表示。但是其实际功能完全满足培训和教学的目的，也可以作为资产管理和信息汇总使用，作用相当广泛。由于采用了这样的模式，对硬件系统的要求非常低，能让企业中一些较为陈旧的电脑设备发挥余热。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的特征并不局限于此，基于本发明的理论也可以用于其他电力建模产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：经过以下步骤，形成带多维属性的适用于三维数字化设计的电力设备模型：

步骤一：对电力设备实体进行分析、解构，将电力设备分解成一组基本实体模型构件的组合，基本实体模型构件包括电力设备本体、电力设备连接体、电力设备控制面板以及电力设备安全辅助器件，基本实体模型构件用于组成电力设备的物理模型；

步骤二：将电力设备的基本实体模型构件通过定义的数学模型进行描述后形成电力设备的概念模型；概念模型用于定义这些基本实体模型的几何特征，赋予电力设备的几何属性；

步骤三：将电力设备概念模型进行数学描述，定义组成对象的圆柱体、长方体、球体这些基本实体模型构件之间的依赖关系和约束条件，形成电力设备的逻辑模型，赋予电力设备的逻辑属性；

步骤四：通过对电力设备的几何属性和逻辑属性生成完整电力设备的模型，在完整电力设备的模型中最后添加完整设备的电气属性和全寿命周期信息。

2.如权利要求1所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：所述步骤二中所述的基本实体模型构件组合时需要进行带电距离校验、碰撞检查，符合关键部位精细度要求的前提下才能生成基本实体模型构件。

3.如权利要求1或2所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：所述电力设备为变压器，其中主变压器及散热器采用长方体的组合表示；油枕采用圆柱体表示；各电压等级套管采用圆柱体或圆台体表示；各套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式表示；特殊均压环采用圆柱体表示；一次接线端子板采用长方体或圆柱体表示；接地端子板采用长方体表示；落地控制箱体采用长方体表示。

4.如权利要求1或2所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：所述电力设备为气体绝缘全封闭组合电器，其本体采用圆柱体与长方体的组合来表示；出线及进线套管采用圆柱体或圆台体来表示；套管上的伞裙采用曲线旋转生成，套管均压环采用按曲线框建模后沿轴线加粗的方式生成，一次接线端子板采用长方体表示，接地端子板采用长方体表示，爬梯操作平台采用简单的圆柱与长方体组合模型表示，落地汇控柜采用长方体表示。

5.如权利要求4所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：复杂的工程中，当套管数量超过30件时，不表示套管伞裙。

6.如权利要求1所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：所述电力设备实体进行分析、解构的过程为：

步骤1、选择需要分析解构的电力设备部件及型号；

步骤2、获取该部件的基本尺寸，所述基本尺寸仅和产品型号相关；

步骤3、获取该部件的空间位置尺寸，空间位置尺寸以基本尺寸加上偏移量的形式表示；

步骤4、根据空间位置尺寸参数来控制基本实体模型构件三维模型的生成。

7.如权利要求6所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：首次所述部件基本尺寸在首次创建该模型时手动输入，并保存在数据库中。

8.如权利要求1所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：所述电气属性包括电力设备的额定电压、额定电流、动热稳定参数。

9.如权利要求1所述的一种带多维属性的用于设备全寿命周期管理的电力设备模型，其特征在于：全寿命周期信息包括：根据国家电网公司关于物料编码的规范，将各种模型中加入设备的物料编码；还包括设备的运维属性。