Проектирование подстанции "Сатурн" в г. Рыбинск

В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня. Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон), Кредо (НИЦ АСК), T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие системы. Компания Аскон основана в 1989г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D проектирование. В 2003 г. выпущена 6-я версия Компас и PDM система Лоцман.PLM. Автоматизация технологической подготовки производства в системах CAM не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования в системах CAD.

16.2 Современные САПР

Основными структурными элементами САПР являются подсистемы, которые подразделяются на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например расчетную, чертежно-графическую, подсистему подготовки носителей для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматизированных линий. Обслуживающие подсистемы предназначены для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например подсистемы управления данными. Каждая подсистема САПР, как правило, создается в виде пакета программ.

Существующий отечественный и зарубежный опыт в области автоматизации проектирования свидетельствует о том, что разработка, внедрение и эффективное использование комплексов, предназначенных для автоматизации процесса проектирования и реализуемых на базе современных ЭВМ, требуют комплексного решения широкого спектра проблем: организационных, технических, математических, программных, лингвистических, информационных и др. Решение этих проблем базируется на соответствующих видах обеспечения.

Ниже рассмотрены виды обеспечения САПР.

Техническое - устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания. В состав технического обеспечения входят всевозможные устройства ввода данных типа мышь, диджитайзеры, сканеры, принтеры, мониторы, модемы. Для эффективного функционирования САПР техническое обеспечение должно отвечать ряду требований. Основные из них: высокая производительность вычислительной техники; высокая точность расчетов; развитая периферийная аппаратура (типа мышь, диджитайзер, сканеры и т. д.); возможность параллельной одновременной работы разных конструкторов; использование единой конструкторской базы данных, установленной на сервере; обеспечение необходимого уровня секретности и защиты информации.

Математическое -- методы, модели, алгоритмы, используемые в процессе проектирования.

Программное - программы на машинных носителях, документы с текстами программ и эксплуатационные документы. Особенностями программного обеспечения САПР являются возможность сетевой работы в рамках САПР, наличие очень большого количества пакетов прикладных программ, адаптация под конкретного пользователя.

Информационное - документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов.

Методическое - документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования.

Лингвистическое - языки проектирования, используемая терминология.

Организационное - положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

В настоящее время машиностроительные предприятия, проектные и научно-исследовательские организации используют большую номенклатуру САПР: от небольших графических программ до мощных специализированных пакетов. Их стоимость колеблется от ста до нескольких десятков тысяч долларов за одно рабочее место. В зависимости от возможностей современные САПР можно условно разбить на три уровня: нижний, средний и высший.

Системы нижнего уровня обеспечивают выполнение чертежных работ и представляют собой электронный кульман, который обеспечивает традиционную технологию проектирования и технологической подготовки (например, AutoCAD, VersaCAD, CADKEY, КOMPAS).

Системы среднего уровня (например, T-FLEX CAD, Solid Edge, SolidWorks, Mechanical Desktop) выполняют автоматизированный выпуск конструкторской и технологической документации, программирования обработки заготовок на станках ЧПУ. Эти системы позволяют создать объемную (трехмерную) модель изделия, по которой определяются характеристики (инерционно-массовые, прочностные и т. д.), контролируется взаимное расположение деталей, моделируются все виды ЧПУ-обработки, отрабатывается внешний вид по фотореалистичным изображениям, выпускается документация. Кроме того, обеспечивается управление проектами на базе электронного документооборота. Экономический эффект состоит в многократном повышении производительности труда при резком сокращении ошибок и соответственно в улучшении качества изделий. Пользователь получает все преимущества трехмерного проектирования: топологическую точность, возможность анализа трехмерных моделей и использования в подготовке управляющих программ для станков ЧПУ. Эти системы следует рассматривать как еще один шаг, который позволяет извлечь новые реальные возможности из компьютерного проектирования. Кроме того, обеспечиваются специализированные расчетные, аналитические системы, системы подготовки управляющих программ для станков ЧПУ.

Системы высшего уровня предназначены для интеграции всего цикла создания изделия от проектирования, подготовки к производству до изготовления. Они позволяют конструировать детали с учетом особенностей материала (пластмасса, металлический лист), проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента, проектировать оснастку с моделированием процессов изготовления (штамповки, литья, гибки), К ним относятся EDS Unigraphics, Pro/Engineer, CATIA или CADDS. Программы математического анализа таких САПР могут включать прочностной, кинематический и динамический анализ. Моделирование механической обработки позволяет оценить качество деталей с точки зрения их деформации. Кроме того, эти системы дают возможность одновременно работать над проектируемым изделием всем специалистам - конструкторам, технологам, дизайнерам.

В проектировочной деятельности в настоящее время используются следующие наиболее популярные САПР нижнего уровня, обладающие достаточными возможностями для работы во многих областях техники и науки:

ArchiCAD - программное обеспечение компании Graphisoft является на данный момент одной из лучших систем архитектурно-строительного проектирования, которое с помощью концепции Виртуального Здания (Virtual Building) реализует уникальную технологию Информационного Моделирования Зданий (Building Information Modeling - BIM) (рисунок 16.1). ArchiCAD - мощная среда 3D-моделирования для работы с объектами по современным технологиям. Система разработана специально для архитекторов: инструментарий программы позволяет строить чертежи и модель из привычных объектов (стен, колонн, перекрытий и т.д.), а интерфейс программы интуитивно ясен. При работе в ArchiCAD не просто создаются отдельные чертежи, а разрабатывается полный набор документации по проекту в одном файле.

Рисунок 16.1 - Интерфейс ArchiCAD

В России и странах СНГ наиболее широко распространен программный пакет AutoCAD. Разработанный Autodesk более 20 лет назад, он долгое время отвечал самым взыскательным требованиям проектировщиков. Но на сегодняшний день, обладая богатым инструментарием и возможностями адаптации, этот пакет может применяться лишь при разработке очень малых и достаточно простых проектов, автоматизируя только рутинную работу кульмана. Современному проектировщику нужно гораздо больше, чем просто быстрое и красивое выполнение чертежей (рисунок 16.2).

Рисунок 16.2 - Интерфейс AutoCAD

КОМПАС - система автоматизированного проектирования, разработанная российской компанией <АСКОН> с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, предназначенных для 2D черчения и трёхмерного проектирования (рисунок 16.3).

Рисунок 16.3 - Интерфейс КОМПАС 3D

SolidWorks - продукт компании SolidWorks Corporation, система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду, предназначенную для автоматизации проектирования сложных изделий в машиностроении и в других областях промышленности.

Рисунок 16.4 - Интерфейс SolidWorks

Система T-FLEX CAD - новое эффективное средство для комфортной работы конструктора. Включает в себя средства 2D-черчения, 3D-проектирования, модули конечно-элементного и динамического анализа. В новой версии САПР T-FLEX CAD реализовано более 200 усовершенствований, предлагающих пользователю целый набор инструментов, недоступных в других программах сходного назначения.

Рисунок 16.5 - Интерфейс T-FLEX CAD

16.3 Проектирование в КОМПАС 3D

Современные комплексы САПР должны отвечать многим требованиям проектировщиков, поэтому правильный выбор САПР - надежное условие эффективного проектирования. Критерии выбора:

Распространенность САПР. Цена САПР, её сопровождения и модификации

Широта охвата задач проектирования

Удобство работы САПР и её "дружественность"

Наличие широкой библиотечной поддержки стандартных решений

Возможность и простота стыковки с другими САПР

Возможность коллективной работы

Наиболее подходящей САПР для общего проектирования, обучения молодых специалистов или начинающих работников является КОМПАС 3D. Он выигрывает у конкурентов по следующим параметрам: доступность, дешевизна, удобство интерфейса, интуитивное управление, полностью русскоязычные пособия по работе и обучению.

На сайте разработчика программы (рисунок 16.6) можно найти интерактивные уроки по основам работы в САПР, в общем доступе на видеохостингах размещено достаточно качественных видеоуроков по более продвинутым уровням изучения: от создания 3D модели отдельных деталей до сложной сборки с анимированы эффектом.

В настоящее время КОМПАС используется многими проектировочными организациями в разных сферах промышленности: энергетика, машиностроение, логистика, строительство и др. Это стало возможным благодаря созданию большого количества библиотек, содержащих готовые унифицированные элементы, используемые в той или иной области, соответствующие ГОСТ. Такие наборы позволили сильно упростить работу проектировщиков, повысить производительность труда.

Рисунок 16.6 - Главная страница сайта КОМПАС 3D

Рисунок 16.7 - Спецификация в КОМПАС 3D

Возможности данной САПР позволяют не только выполнять чертежи, но и полностью оформить сопроводительную документацию: спецификацию, таблицы, подписи, позиционные обозначения и пр. (рисунок 16.7).

16.4 Создание 3D модели ПС 220/35/10 кВ в КОМПАС 3D

При создании наглядной трехмерной интерактивной модели подстанции были достигнуты важные образовательные цели:

Студенты направления "Электроэнергетика и электротехника" смогут рассмотреть тот или иной элемент ПС в объемном виде с достаточной степенью детализации, т.к. в рамках университета нет возможности демонстрации крупногабаритных аппаратов;

В процессе проектирования были существенно развиты навыки работы в САПР, углублены знания в области электроэнергетики;

На основе модели ПС составляется методическое пособие для проведения лабораторных работ с использованием средств мультимедиа.

Создание модели ПС начинается с построения ее плана и разреза на плоскости, для определения общих размеров ПС, получения более полного представления о размещении оборудования и его габаритов. Затем производится трехмерное моделирование отдельных компонентов: выключателей, разъединителей, силовых трансформаторов, ТТ и ТН, ячеек КРУН. Процесс моделирования осуществляется с помощью базисных операций: выдавливание, вырезание, вращение, кинематические операции. Симметричные тела, к примеру, опорный изолятор на 10 кВ строятся следующим образом (рисунок 16.8):

Рисунок 16.8 - Создание 3D модели фарфорового изолятора 10 кВ

На выбранной плоскости производится рисовка эскиза вращения с помощью базовых операций на плоскости: прямые, сплайны, окружности, точки. Важно, чтобы контуры эскиза не самопересекались;

Установка оси вращения из основания эскиза, вокруг которой и будет строиться симметричная деталь;

Закрыв окно редакции эскиза, выполняется базовая трехмаерная операция вращения эскиза вокруг оси;

Финишное редактирование позволяет убрать вспомогательные плоскости и прямые, настроить в меню "Свойства" цвет объекта.

Аналогичным образом строятся модели более сложных элементов ПС. При этом учитываются габариты, масштаб уменьшения, цветовое решение, функциональные особенности аппарата. Ниже, на рисунках 16.9 - 16.11 приведены некоторые компоненты подстанции: ТН ВН НАМИ-220, ОПН-п 220, входной портал ЭП-2 с подвесными изоляторами ПС-120Б и высокочастотными конденсаторами связи.

Рисунок 16.9 - Блок трансформаторов напряжения НАМИ-220

Рисунок 16.10 - Блок ОПН-п 220

электрический трансформатор токоведущий молниезащита

Рисунок 16.11 - Вводной портал ЭП-2

После построения достаточного набора элементов, необходимо построить площадку заданных размеров с нанесенной на ней разметкой для оборудования, фундаментами для трансформаторов, лежнями, внутриподстанционной сетью дорог, ограждением и соответствующим цветовым оформлением (рисунок.16.12).

Рисунок 16.12 - Площадка для монтажа оборудования ПС

На следующем этапе необходимо создать файл типа "сборка" для компоновки готовых моделей аппаратов. С использованием инструментов "добавить компонент" и "привязка" разместить каждый элемент на площадке с осевой привязкой к разметке и примыканием к фундаменту. На этом этапе важно соблюдать правильное размещение оборудования с учетом его функциональных особенностей и безопасного расстояния между токоведущими частями, предусмотренное ПУЭ.

После размещения оборудования относительно друг друга необходимо соединить его токопроводами, выбранными в результате расчетов в ПЗ. Для этого в "сборке" создаются дополнительные базисные элементы: точки и сплайны. В плоскости точек рисуют эскизы проводника (круглый или прямоугольный) и кинематическим выдавливанием этот эскиз направляется по сплайну. В результате получают реалистичный провод с реалистичной стрелой провеса.

В результате получена унифицированная интерактивная сборка, которую можно вращать в плоскостях, рассматривать в разных масштабах, перестраивать расположение оборудования для создания новых схем РУ из уже построенных моделей отдельных элементов ПС.

Заключение

В результате курсового проектирования была спроектирована районная понизительная подстанция для электроснабжения потребителей электрической энергии напряжением 2200/35/10 кВ.

Спроектированная подстанция полностью отвечает техническим и экономическим требованиям.

Подстанция питается от энергосистемы двухцепной ВЛ - 220 кВ. На подстанции устанавливаются два трансформатора ТДТН мощностью 25 МВА каждый.

С целью обеспечение необходимой и достаточной надежности работы СЭС на подстанции предусмотрена главная схема электрических соединений, предельно снижающая вероятность отказов и перебоев в электроснабжении. Качество электроэнергии на подстанции обеспечивается: устройствами автоматического регулирования напряжения (РПН), установленными в силовых трансформаторах, что позволяет без отключения трансформаторов изменить напряжение в заданных пределам.

На подстанции установлены необходимые устройства релейной защиты и автоматики, что обеспечивает бесперебойное электроснабжение потребителей I и II категории. Для безопасной работы и обслуживания подстанции спроектированы молниезащита и заземление.

В результате работы была спроектирована подстанция, соответствующая современным нормам проектирования.

Список использованных источников

1. Куликов, В. Д. Электрические станции и подстанции: Методические указания по курсовому проектированию для студентов всех форм обучения направления подготовки 140400.62 / В. Д. Куликов. - Саратов, СГТУ, 2014. - 36 с.

2. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочник по электроэнергетике / Б. Н. Неклепаев. - М.: Энергоавтомиздат, 1989. - 592 с.

3. Рожкова, Л. Д. Электрооборудование станций и подстанций: справочник по электроэнергетике/ Л. Д. Рожкова, В. С. Козулин. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 648 с.

4. Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электороборудования / Под ред. Б. Н. Неклепаев. - М.: Из-во НЦ ЭНАС, 2002. - 152 с.

5. Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций напряжением 35-750 кВ / Типовые решения. - М.: ОАО "Институт "Энергосетьпроект", 2007. - 144 с.

6. ГОСТ 14209-97 (МЭК 354-91). Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. - М.: Из-во стандартов, 2002. - 82 с.

7. Овчаренко, Н. И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: учебное пособие/ Н. И. Овчаренко. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2000. - 504 с.

8. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. - 51 с.

9. Замена трансформаторов. - С.: ОАО "Свердловский завод трансформаторов тока", 2012. - 1с.

Размещено на Allbest.ru