ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Разработка проектов по созданию и переустройству воздушных высоковольтных линий (ВЛ) электропередачи связана со многими трудностями. Даже не смотря на большое количество существующего программного обеспечения, решающего частично или полностью, проблемы и трудности, возникающие при проектировании, эти продукты имеют ряд недостатков, а главное, проблему совместимости методики расчетов и базы данных с действующей на Украине редакции Правил устройств электроустановок (ПУЭ).

Также необходимо отметить тот факт, что по данным НЭК Украины, степень изношенности магистральных электрических сетей на сегодняшний день составляет более 40%. Этот факт позволяет предположить, что в ближайшее время начнется активная реконструкция изношенных объектов электрических систем, а также их замена на более новые. Следовательно, для упрощения этого процесса, а также для его ускорения, необходимо программное обеспечение, способное в полной мере удовлетворить требованиям проектировщиков.

С применением современных технологий, появилась возможность автоматизации процессов проектирования. Разработанные программы, направленные на автоматизацию этих процессов, называются системами автоматизированного проектирования (САПР). САПР направлены на усовершенствование методики проектирования, а именно:

1. Актуальность темы

Так как проектирование ВЛ трудоемкая задача, то очень часто задействуются сразу несколько подразделений проектной организации. Вот почему автоматизация проектирования ВЛ должна охватывать всю технологическую цепочку. Эффективная автоматизация проектирования ВЛ является очень актуальной задачей современности. Автоматизация предусматривает рациональное распределение функций между человеком и компьютером: проектировщик решает задачи творческого характера, а ПК – формализованные задачи, которые реализованы в виде алгоритма.

Система автоматизированного проектирования реализуется в виде комплекса прикладных программ, обеспечивающих проектирование, чертежи, трехмерное моделирование конструкций, плоских или объемных деталей.

Если говорить об энергетике, то предприятия, ведущие разработки без использования САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как по причине больших материальных и временных затрат на проектирование, так и по причине низкого качества проектов. Поэтому сегодня все больше организаций для решения проектных задач пытается использовать САПР, обусловлено не только стремлением не отставать от технического прогресса, но и желанием упростить работу проектировщика, повысить производительность и качество выполнения проектов. Внедрение САПР в проектных институтах и организациях позволяет ускорить процесс выполнения проектов и существенно уменьшить влияние человеческого фактора [1].

На данный момент на кафедре электрических систем Донецкого национального технического университета существует программное обеспечение для компьютерного проектирования воздушных высоковольтных линий электропередачи (рисунок 1), однако для удовлетворения в полной мере требований проектных организаций оно нуждается в доработке и усовершенствовании. В процессе работы с программным пакетом были выявлены неточности представления результатов расчета, ошибки в работе программы, а также некоторые ошибки, связанные с математическими расчетами, которые в рамках магистерской квалификационной работы планируется устранить.

Программа механического расчета воздушных линий

Рисунок 1 – Программа механического расчета воздушных линий
(анимация: 21 кадр, 5 циклов повторения, 108 килобайт)

Учитывая все вышесказанное, магистерская работа посвящена актуальной теме. Разработанное программное обеспечение может быть применено как для учебных целей, так и в департаментах по проектированию, для ускорения выдачи готовых проектов, связанных со строением или реконструкцией существующей воздушной линией электропередач.

2. Цели и задачи

Целью магистерской квалификационной работы является разработка программного обеспечения для автоматического проектирования воздушных линий электропередач при помощи инструмента САПР – AutoCAD.

Поставлены следующие задачи:

  1. Обзор и критический анализ существующего программного обеспечения учебно-исследовательской линейной подсистемы САПР воздушных линий напряжением 35-750 кВ.
  2. Оптимизация существующих алгоритмов учебно-исследовательской САПР воздушных линий, с учетом требований действующего ПУЭ.
  3. Разработка программного модуля учебно-исследовательской системы автоматического проектирования воздушных линий для расстановки опор с использованием CAD-технологий.
  4. Разработка программного модуля учебно-исследовательской системы автоматического проектирования воздушных линий для расчета переходов с использованием CAD-технологий.

3. Обзор существующего программного обеспечения

Учебно-исследовательская САПР воздушных линий, использующаяся в данный момент на кафедре электрических систем Донецкого национального технического университета, реализована на алгоритмах, разработанных магистром в 2010 году Аллагуловой Аленой Владиморовной [2].

Для оптимизации кода УД САПР ВЛ была создана информационная база данных, содержащая сведения необходимы для расчета механической прочности проводов. Использованная реляционная табличная модель данных. Локальная база данных хранится в одном файле, где заключено несколько таблиц. Была использована СУБД - Microsoft Access.

Само же программное обеспечение было разработано Хворостяненко Михаилом Александровичем [1] при помощи объектно-ориентированного языка программирования – Delphi 7. В целом линейная подсистема работает стабильно, однако при работе с ней, были выявлены неточности и ошибки расчетов, которые предстоит устранить в рамках магистерской квалификационной работы.

На данный момент, из комплекса прикладных программой системы автоматического проектирования, отлажена и оптимизирована только программа механического расчета воздушных линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения. В ней частично реализован алгоритм построения стрел провеса в САПР AutoCAD. Программы расчета монтажных стрел провеса при различных температурах, расчета пересечений воздушных линий электропередач с объектами, расстановки опор по продольному профилю трассы, расчету расстояний для установки гасителей вибрации и т.п. нуждаются в корректировке математического аппарата и доработке программной части.

4. Обзор исследований по теме

На сегодняшний день в мире существует множество готовых программных продуктов для автоматизации проектирования воздушных линий, а также для автоматической комплектации рабочих чертежей по проекту и формирования пояснительной записки. К таким программам можно отнести несколько САПР, разработанных на территории России: Model Studio CS ЛЭП, EnergyCS Line, а также LineNet10_bt, LineMechCad, LineCrossCad и т.д. Среди иностранных разработчиков стоит отметить комплекс прикладных программ, разработанных в США компанией Power Line Systems.

4.1 Model Studio CS ЛЭП

Model Studio CS ЛЭП представляет собой программный комплекс, предназначенный для расчета и выпуска комплекта документов при проектировании воздушных линий электропередач всех классов напряжений на стадиях строительства, реконструкции и ремонта.

Программный комплекс разработан на основе положений действующей нормативно-технической документации и полностью отвечает требованиям ПУЭ-7. При разработке использовались современные технологии, что позволило сделать комплекс интерактивным, простым и удобным в использовании. Благодаря интерактивности интерфейса Model Studio CS выполнение расчетов и оформление документации осуществляются в режиме реального времени.

Model Studio CS ЛЭП работает в среде AutoCAD 2007–2012 и программных средств, в состав которых AutoCAD включен (AutoCAD Architecture, AutoCAD Civil 3D и др.) [3].

4.2 EnergyCS line

EnergyCS line позволяет выполнить автоматизированную расстановку промежуточных опор по профилю трассы с учетом пересечений и зон запрета, получить кривые провисания провода, габариты и распределение механических напряжений в любом пролете, получить таблицы монтажных тяжений и монтажных стрел провеса провода, грозозащитного троса и оптического кабеля.

Также можно оценить необходимость установки гасителей вибрации и рассчитать их точки креплений на проводе и на грозозащитном тросе, проверить расстояния «провод – трос» по вертикали и получить рекомендации по расстановке опор для решения проблемы недостаточного расстояния, определить нагрузки на подвес провода с целью оценки устойчивости подвесных гирлянд изоляторов [4].

4.3 ООО «ПроЭнергоСофт»

Данный комплекс программ предназначен для расчёта потерь напряжения, токов короткого замыкания и других параметров электрических сетей в нормальном и послеаварийных режимах. Программы производят механический расчёт проводов, тросов и самонесущих кабелей линий электропередачи, позволяет производить расчет нормативных нагрузок, погонных и приведенных нагрузок, критических пролетов. Видна полная картина (тяжения, стрелы провеса, напряжения) поведения провода, самонесущего кабеля при различных сочетаниях климатических условий и длин пролетов. Есть возможности выполнения расчёта пересечений воздушных линий связи и электропередачи с инженерными сооружениями и естественными препятствиями, монтажных тяжений и стрел провеса проводов, тросов. Программа выполняет расчет монтажных тяжений, стрел провеса проводов, тросов.

Итоговые результаты формируются в MS Excel. Таблицы могут быть размещены в любой желаемый формат А3 или А4 Word, Excel, AutoCAD, – заготовку проектной, эксплуатирующей организации [5].

4.4 Power Line Systems

Программное обеспечение позволяет автоматизировать вычисление расчетных нагрузок и проверку прочности в соответствии с международными стандартами. Стандартная версия программы имеет возможность проектирования линии в любой местности, расчет стрел провеса проводов, нагрузок, необходимых для проектирования линии электропередачи. Обеспечивает автоматический выбор места строения линии при минимальных затратах на ее сооружение [6].

5. Работа с системами автоматизированного проектирования

Одной из наиболее распространенных САПР, используемых инженерами из различных отраслей промышленности, является AutoCAD. Преимущество использования CAD проявляется в более высокой производительности труда у инженеров. В отличие от чертежей, которые выполняются в обычных графических редакторах или вручную, инженеры могут делать проекты в САПР гораздо быстрее, а более высокая производительность означает, что количество работников можно уменьшить. Это приводит к снижению затрат на персонал, а конечный продукт, произведенный с помощью CAD технологий, имеет более высокое качество и конкурентоспособность.

Современная система AutoCAD в качестве стандартных средств программирования поддерживает LISP, ObjectARX и Microsoft Visual Basic for Applications (VBA). В то же время множество инженеров, которые не являются профессиональными программистами, овладели разработкой приложений в среде Borland Delphi. Многие из них одновременно работают и с AutoCAD.

Фирма Autodesk официально не поддерживает Delphi в качестве стандарта для разработки приложений, но внедрение в систему AutoCAD технологии ActiveX делает его доступным для программ, созданных в средах, использующих СОМ-технологии. Впрочем, есть и нестандартные приемы, позволяющие работать с системой AutoCAD с любых программ. Следует заметить, что использование любых инструментов требует от разработчика знания языка LISP, однако это довольно мощный инструмент, позволяющий выполнять все необходимые функции. Не следует пытаться использовать Delphi для полной разработки больших приложений, интенсивно работающих с графической базой AutoCAD. Такие программы, безусловно, нужно разрабатывать с использованием ObjeclARX либо LISP.

В качестве примера использования AutoCAD при автоматизированном проектировании представлена процедура, разработанная М.А. Хвороятяненко:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
BeginPoint, EndPoint: OleVariant;
Line: IAcadLine;
Begin
// задаем переменный тип массива из трех вещественных чисел
BeginPoint:= VarArrayCreate([0, 2], varDouble);
EndPoint:= VarArrayCreate([0, 2], varDouble);
Try
// конечная точка задается исчислением координат через приращение,
// указанные в в исходном Excel файле
EndPoint[0]:= BeginPoint[0]+PrX; // координата X
EndPoint[1]:= BeginPoint[1]+ PrY; // координата Y
EndPoint[2]:= BeginPoint[2]+ PrZ; // координата Z
// функций AddLine возвращает интерфейс IAcadLine построенного объекта,
// который мы присваиваем соответствующей переменной
Line:= AcadDoc.ModelSpace.AddLine(BeginPoint, EndPoint);
// теперь с этой линией можно делать все, что позволяет AutoCad, например
/ / изменить цвет
Line.color:= acRed;
// изменить толщину линии
Line.Lineweight:= acLnWt040
except
end;
end;


Результатом взаимодействия программы расчета механической прочности ВЛ является график полученный в среде AutoCad (рисунок 2).

Пример применения AutoCad для вывода результатов механических расчетов проводов

Рисунок 2 – Пример применения AutoCad для вывода результатов механических расчетов проводов

Далее есть возможность дальнейшего форматирования полученных результатов, вывод на печать, сохранение на носители информации.

Выводы

Результатом магистерской квалификационной работы является создание учебно-исследовательской системы автоматизированного проектирования воздушных линий высокого и сверхвысокого напряжения, которая позволит в полной мере производить расчеты, необходимые при проектировании и реконструкции воздушных линий, с построением наглядных чертежей в AutoCAD.

При написании данного реферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2013 года.

Список источников

  1. Хворостяненко М.А. — «Разработка и исследование программного обеспечения подсистемы относительно линейной части УД САПР воздушных ЛЭП напряжением 35-750 кВ».
  2. Алагулова А.В. — «Усовершенствование информационного и математического обеспечения УИ САПР воздушных ЛЭП напряжением 35-750кВ».
  3. Model Studio CS ЛЭП v.2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.csoft.ru/.....
  4. EnergyCS Line 3 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.csoft.ru/....
  5. Проектирование ЛЭП [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://xn--c1adxddabidmmx3i.xn--p1ai/....
  6. Power Line Systems [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.powline.com/products.html.
  7. Правила улаштування електроустановок. Глава 2.4, глава 2.5 із зміною №1. – К.: ГРІФРЕ, 2006. – 143.