基于Skyline的变电站仿真系统的设计与实现

杨靖波 刘增超 李鹏 张金岗 刘宝坤 王明洋

摘 要：伴随着中国经济的快速持续发展，中国已成为世界电力的生产和消费大国。电力应用的领域也越来越广，对电力的技术发展的要求越來越高。其中变电站的设计是电网建设的一个重要内容，是进行规划以及事故处理的必要手段。本系统采用Skyline软件为开发平台，三维激光扫描技术构建三维场景，实现空间数据信息的采集、分析和处理，完善原有的变电站构支架管理，建立起变电站构支架、变电设备三维可视化工程管理，构建起更为先进的变电站三维信息管理系统平台，有效提高变电站工作人员的检修工作效率和检修质量等的重要科学技术手段。

关键词：Skyline;三维激光点云;变电站仿真系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.180

随着国家智能化、信息化、标准化电网建设的快速发展步伐以及变电设备状态检修的全面深入实施，传统二维平面化数字信息在变电设备信息管理的普遍应用已显现出一些不足之处[1]。而将基于GIS的三维可视化新技术应用到变电站建设中来，使其在虚拟现实中实现空间数据信息的采集、分析和处理，完善了原有的变电站构支架管理，建立起变电站构支架、变电设备三维可视化工程管理以及更为先进直观的变电站三维信息管理系统，全面优化设备检修和技术整改等安全生产方案制定与决策，提升电力设备安全技术监督、工程管理和事故应急抢修水平，并有效助推基础变电站综合管理水平更上新台阶。

变电站构支架是变电站内支撑电器设备的主要构筑物，载荷情况复杂，且连接各个支架的输电线路也对支架更换带来了不小的难度，构支架倾斜等会影响设备和电力系统的安全稳定运行，因此需要定期进行构支架的更换。本系统将以三维障碍空间中路径规划方法为参考，结合GIS、虚拟仿真、云计算等多种技术，对吊车吊臂更换构支架时的路线进行规划，在不碰撞到周边环境中的设备的条件下，给出吊车位置及吊臂操作的最优路线。

1 软件平台与开发环境

1.1 开发平台环境简介

（1）Skyline Globe 提供了集应用程序、生产工具和服务于一体的三维地理信息云服务平台，能够创建和发布逼真的交互式三维场景。Skyline Globe提供了标准的三维桌面端和基于网络的应用程序，用户可创建、编辑、导航、查询分析真实的三维场景。

（2）开发环境采用VS 2012开发平台，它包括了整个软件生命周期中所需要的很多工具。VS 2012作为一个集成解决方案，适用于各种规模的开发团队，实现了同事间的无缝协作，提高了生产效率与专注度。

1.2 系统框架

本系统采用C/S（Client/Server）架构，可以将任务合理分配到客户端和服务端，降低了客户端系统的内存开销，从而有更好地性能实现对三维场景的渲染浏览。用户的操作响应主要在客户端，完成用户的具体的操作业务。服务器端主要提供数据管理与共享、接受客户端的操作指令、系统维护和并发控制等。

2 三维场景构建

将外业采集的密集点云数据生成*.cpt格式，再导入到Skyline新建的三维场景中，使用Skyline软件对点云数据进行优先顺序下曲面增长式重建，实现点云数据的自动遍历，重建出几何和拓扑真实的物理世界三维模型，更直观真实的表达变电站内各设备三维空间位置、真实结构和相关信息。并转换为方便浏览的*.xpl格式的模型，最终保存为*.fly工程文件，方便系统进行调用。

3 变电站仿真系统的实现

3.1 系统主界面

系统主界面采用RadControls for WinForms框架，直接将主要功能划分为各级菜单，提高了界面的简洁性。同时，目录树和三维场景显示窗口使用了Skyline提供的TerraExplorerX动态连接库，可直接实现场景、目录树与菜单命令的关联。

3.2 横梁更换功能

变电站内构支架的更换过程需要使用吊车等大型设备进行操作，本系统的横梁更换功能就是将以三维障碍空间中路径规划方法为参考，结合GIS、虚拟仿真、云计算等多种技术，给出吊车位置及吊臂操作的最优路线。能够实现在确定支架、横梁位置后，在不碰及其它输电线的前提下，将横梁放置在支架上。并可根据需要进行动画展示及报告输出等。

3.3 通电、断电操作

当变电站发生断电的情况下，往往需要确定断电的范围，来估计所造成的损失。所以该系统增加了通电、断电功能。可以在模型中添加中断点来实现，仍然有电的输电线显示为红色，不再带电的输电线为蓝色。

3.4 距离量测功能

该系统还增加了距离量测功能，可以实现水平距离、垂直距离和空间距离的测量，测量结果在场景下方实时显示。

4 结论

本文介绍了变电站三维虚拟仿真系统的设计实现，介绍了系统的总体架构、数据设计、功能设计。该系统目前已成功应用于山东省多个变电站中，极大地提高了变电站的科学决策水平。帮助变电站工作人员对各类突发事件做出快速反应，减少经济损失，并有助于国内变电站管理系统的建设，提升3S虚拟现实技术与其他平台应用系统集成的应用价值。

参考文献：

[1]李莉.攀枝花电业局三维可视化变电设备信息管理系统的设计与实现[D].电子科技大学，2012.

[2]谭武光，张德刚，江龙等.案例式变电站安全仿真培训系统设计与实现[J].电工技术，2018（08）：73-75+78.

[3]王军，张英，黄永烈等.面向智能变电站仿真技术的移动可视化监控系统设计与研究[J].通信电源技术，2018，35（02）：89-90.

[4]朱意.智能变电站二次系统虚拟仿真方法研究及实现[D].山东大学，2017.

[5]张浩宁.变电站检修的现状及发展趋势[J].山东工业技术，2018（15）：175.

[6]于杰.基于skyline地下管网三维信息系统的设计与开发[J].科学技术创新，2018（06）：84-85.

[7]魏永，张恩兵，杨彬彬等.基于Skyline的电力设施三维可视化方法[J].能源与环保，2017，39（09）：98-103.

[8]BOGUSLAWSKI P，MAHDJOUBI L，ZVEROVICH V，et al.BIM-GIS modelling in support of emergency response applications; proceedings of the Building Information Modelling，F，2015[C].