一种面向中压开关柜的断路器机构检修模拟仿真方法与流程

1.本发明涉及三维仿真领域，尤其是涉及一种面向中压开关柜的断路器机构检修模拟仿真方法。


背景技术：

2.电厂运行人员的操作培训和电厂维护检修是保障人员安全与设备稳定、经济运行的关键。随着自动化智能化技术的应用和人员结构不断的优化调整，目前电厂现场管理和运维队伍均十分高效精简。运维队伍的重点关注对象是电厂核心设备即锅炉、汽机、发电机，配电设备的运维检修培训往往无法兼顾，例如中压开关柜。但中压开关柜一旦发生事故其结果同样是致命的，近年就有发生因安全措施不完善，人员对危险点不清楚造成的人身伤亡事故。造成这一现象的原因主要有三个方面：
3.1)电厂运维队伍主要关注锅炉、汽机、电机等核心设备，对配电设备不够了解。特别是中压开关柜，集成度高，包含了一次母线、开关、闸刀以及完整的二次系统，因此其运维检修工作更需要专门的培训；
4.2)中压开关柜在运行中无法拆解培训，因此维修人员的一线培训经验难以快速积累，即便是在实训环境中，人员接近运行中的中压设备存在触电、机械伤人的风险，造成了运维人员培训难，培训时间、经济成本高的问题；
5.3)电厂检修缺乏审核工具。在电厂，由于设备种类多，每一类设备数量少，检修方案往往需要个性化的制定，难以形成统一的标准规范，每一次检修都面临着不同的安全风险，缺乏检修方案预演、校验、审核的工具。
6.经过检索中国公开号cn113435123a公开了基于3d技术的变电站屏柜二次回路三维仿真培训方法，包括以下步骤：预先设定电气元件，建立二次回路模型以及判定是否为最佳走线方式的神经网络模型；选择不同的电气元件，不同的走线方式以及不同的回路节点分别输入到所述二次回路模型，得到不同的二次回路电路；利用神经网络模型判定二次回路电路是否为最佳走线方式，若是，则存储二次回路电路，并将二次回路电路封装至gui界面；调用gui界面中的二次回路电路用于完成培训。但是该现有专利并未对开关柜的零部件进行建模，无法还原复杂的接卸结构，从而无法实现开关柜检修模拟。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向中压开关柜的断路器机构检修模拟仿真方法。
8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.根据本发明的一个方面，提供了一种面向中压开关柜的断路器机构检修模拟仿真方法，该方法通过构建与中压开关柜实物相同的三维模型，实现断路器机械结构的还原并实现动态仿真；同时实现运维检修常用工具的功能仿真，并在三维空间中对断路器检修的全过程模拟。
10.作为优选的技术方案，该方法具体包括以下步骤：
11.步骤101，首先构建中压开关柜完整的三维模型；
12.步骤102，将三维模型导入三维引擎，并根据三维引擎功能特点和开关柜继电保护运维检修工作需求设计培训项目；
13.步骤103，根据培训项目的需求，构建全部断路器机构运维检修所需工具的三维模型，并导入三维引擎；
14.步骤104，根据培训项目的需求，选择适用的交互工具并设计交互模式；
15.步骤105，根据培训项目的需求，在三维引擎中开发对应功能。
16.作为优选的技术方案，，所述的步骤101中的三维模型的颗粒度达到螺丝钉级。
17.作为优选的技术方案，所述的三维模型的完整度方面应达到以下标准：凡是运维检修工作涉及的零部件均建模；所述的三维模型的颗粒度方面达到以下标准：凡事运维检修工作中涉及的零部件，均可拆分，是单独的模型。
18.作为优选的技术方案，所述的步骤101中的三维模型建立具体为：采用三维激光雷达扫描开关柜实体、实地拍摄图像、设计图、原理图相结合的方式进行三维建模。
19.作为优选的技术方案，所述的步骤102中的三维引擎用于提供三维可视化的开发环境，通过编程实现逻辑功能，所述开关柜继电保护运维检修工作需求包括查看设备三维结构、检索零部件以及机械动作的原理复现。
20.作为优选的技术方案，所述的查看设备三维结构包括透视、隐藏、孤立显示所有零部件；
21.所述的检索零部件具体为：设置零部件台账通过目录检索所有零部件；
22.所述的机械动作的原理复现具体为：将断路器内所有可活动零部件的全部动作制作三维动画，通过动画观看设备的运行原理，并设置倒放功能，便于理解复杂机械的动作原理。
23.作为优选的技术方案，所述的步骤104中的交互工具包括pc、大屏电视、pad、手机，针对这四个平台的特点，分别设计相应的交互模式，在pc端采用鼠标交互，在大屏电视、pad、手机端采用触摸屏幕进行交互。
24.作为优选的技术方案，所述的鼠标的交互包括：左键单击，右键单击、滚轮单击、右键长按、滚轮滚动；
25.所述的触摸屏的交互包括：单击屏幕，单指划动，双指滑动，双指缩放；
26.所述的大屏电视的交互包括：单击屏幕，单指划动，五指滑动，双手缩放。
27.作为优选的技术方案，所述的步骤105中的在三维引擎中开发对应功能具体为：
28.将近零部件命名并根据功能分组，以组为单位赋予唯一名称；根据该名称设置零部件台账，通过目录检索所有功能组；并通过该零部件台账实现模型的隐藏与孤立。
29.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
30.1)本发明实现了中压开关柜断路器机械结构动态仿真功能，对复杂机械结构进行还原，零部件均可拆分；
31.2)本发明不仅模拟开关柜模型，还对开关柜内部构造有精准还原，从而实现了中压开关柜在三维空间中对断路器检修的全过程模拟，模型完整度高；
32.3)本发明采用三维激光雷达扫描开关柜实体、实地拍摄图像、设计图、原理图相结
合的方法进行三维建模，从而保证了开关柜三维模型的完整性、准确性以及颗粒度。
附图说明
33.图1为本发明方法的工作流程图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
35.本发明目的是为了开发一种面向中压开关柜的断路器机构检修模拟仿真培训方法。断路器是中压开关柜的重要组成部分，其运行的核心是内部复杂的机械机构，在运行过程中，机构往往容易出现打滑、错位、卡涩等故障。由于机构复杂且有强力储能弹簧，因此在检修过程中容易出现人身伤害事故，实操培训难以实现。本发明通过构建与实物相同的三维模型，实现断路器机械结构的还原并实现动态仿真；实现实现运维检修常用工具的功能仿真；实现在三维空间中对断路器检修的全过程模拟。
36.如图1所示，本发明方法的具体过程如下：
37.第一步：首先构建开关柜完整的三维模型。所有模型颗粒度达到螺丝钉级。模型完整度方面应达到以下标准：凡是运维检修工作涉及的零部件均建模。颗粒度方面达到以下标准：凡事运维检修工作中涉及的零部件，均可拆分，是单独的模型。
38.第二步：将三维模型导入三维引擎。根据三维引擎功能特点、开关柜继电保护运维检修工作需求设计培训项目。
39.第三步：根据培训项目需要，构建全部断路器机构运维检修所需工具的三维模型，并导入三维引擎。
40.第四步：根据培训项目，选择适用的交互工具并设计交互模式。
41.第五步：根据培训项目，在三维引擎中开发对应功能。
42.对于第一步，为了保证开关柜三维模型的完整性、准确性以及颗粒度，采用三维激光雷达扫描开关柜实体、实地拍摄图像、设计图、原理图相结合的方法进行三维建模。
43.三维激光雷达扫描是为了搭建一个基础的三维空间，同时保证关键机械部位的精确度。
44.实地拍摄图像是为了获取难以扫描的细节部分，并采集纹理图片，为开关柜贴图做准备，最终构建的是实景模型，观感与物理实体开关柜一致。
45.设计图是为了获得开关柜的全部机械设计结构，为三维建模提供直接、机械结构参考。
46.对于第二步，三维引擎的功能特点主要是提供三维可视化的开发环境，通过编程实现逻辑功能。
47.开关柜继电保护运维检修工作需求，主要体现在设备三维结构查看，零部件检索，机械动作的原理复现。
48.因此设计的主要培训功能如下：
49.设备三维结构查看，可透视、隐藏、孤立显示所有零部件。
50.零部件检索，设置零部件台账，可通过目录检索所有零部件。
51.机械动作的原理复现，开关柜内最重要的机械动作机构是断路器，因此将断路器内所有可活动零部件的全部动作制作三维动画，通过动画观看设备的运行原理，并设置倒放功能，便于理解复杂机械的动作原理。
52.对于第三步，构建开关柜机构检修所需的全部工具的三维模型，同样要求可活动零部件与实际一致，外观与实际一致。
53.对于第四步，为了实现工具的真正便捷使用，选择pc、大屏电视、pad、手机作为交互工具。针对这四个平台的特点，分别设计相应的交互模式。在pc端采用鼠标交互，在大屏电视、pad、手机端采用触摸屏幕进行交互。触摸屏幕上的交互又根据屏幕大小的不同做差异化设计。所有交互设计的原则是简化操作，用最常见的交互完成所有功能。
54.鼠标的交互包括：左键单击，右键单击、滚轮单击、右键长按、滚轮滚动。
55.触摸屏的交互包括：单击屏幕，单指划动，双指滑动，双指缩放。
56.大屏电视的交互包括：单击屏幕，单指划动，五指滑动，双手缩放。
57.对于第五步，开发的主要功能如下：
58.将近零部件命名并根据功能分组，以组为单位赋予唯一名称。根据该名称设置零部件台账，可通过目录检索所有功能组。并通过该台账实现模型的隐藏与孤立。
59.本发明的应用场景包括：
60.1)通过构建高还原度的开关柜数字化运维场景，开发面向电厂运维需求的高级应用，创造属于电厂人自己的“模拟驾驶舱”，就可以减少电厂开展培训的时间成本、经济成本、机会成本，同时提高培训质量与便捷性，可使运维人员在关注核心设备之余，也能有充足的机会熟悉中压开关柜，熟悉其检修工作的流程与内容；
61.2)在三维数字化培训环境中，可真实的模拟中压开关柜的正常、故障状态，并且毫无安全风险。运维人员可在其中自由操作，充分试错，不同担心引发设备故障停运或人员伤亡。通过合理的设置反馈机制，在大量的试错中，使运维人员熟悉危险点，可快速提高安全意识、危险操作警觉意识；
62.3)当构建了开放世界式的开关柜运维场景后，应用于培训的运行、检修工作的仿真功能还有巨大的价值潜力可供挖掘。例如可将个性化的检修方案在三维数字空间中进行预演以开展方案的校验与修正，在检修工作之前充分审核方案，保障检修工作的安全顺利进行。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。