采购项目名称:水电站全场景认知及同期并网虚拟仿真实验系统
采购项目编号:清设比选20201255号
公告开始时间:2020-09-15 17:34:31
公告截止时间:2020-09-18 17:34:31
采购单位:清华大学
付款方式:货到付款100%
对外联系人: 本项目不接受咨询
联系电话: 本项目不接受咨询
签约时间要求:成交后5个工作日(如不按时签订合同，采购单位有权取消或变更采购结果)
交货时间要求:签订合同后5个工作日
最高限价: 未公布
交货地址:北京市清华大学
供应商特殊资质要求: 无
物资名称:水电站全场景认知及同期并网虚拟仿真实验系统
采购数量:1
计量单位:台
技术参数及配置要求:基本配置
1、水电厂3D水机系统虚拟仿真实训系统
2、水电厂3D电气系统虚拟仿真实训系统
3、水电厂3D水工建筑物虚拟仿真实训系统
技术要求
1概述
以某实际水电站为对象，采用三维虚拟仿真技术，将水电设备、建筑与环境等模型化，实现对水电厂生产过程和环境模拟。可通过3D画面鸟瞰整个水电站场景、漫游；通过飞行模式到达各个地方，观察学习水电站的整体布局和系统。软件系统包括场景、设备及系统、开停机及同期并网操作、理论考试等功能。
场景中设备三维模型贴图分辨率采用2048*2048的高精细度标准，Unity纹理格式采用TRUECOLOR。软件采用GPU实时渲染技术，运行时，画面的平均FPS（帧数）都在50帧以上。
2设备及系统范围
2.1水轮发电机组
2.1.1水轮机
通过三维模型展示三种水轮机，包括混流式、冲击式和轴流式水轮机。可动态展示各部件拆装，对水轮机内部水流采用粒子特效进行流态仿真。
对上述三种水轮机，要求做到：
设备学习：通过三维模型展示水轮机各部件结构及组成；按照各部件的安装流程，展示出各部件的拆装过程并对有相应的文字讲解。
设备运行：通过三维模型动态展示水轮机工作原理，采用粒子特效对水流进行流态仿真；可动态展示水流带动转轮、转轮带动主轴、主轴带动电机转子转动的运行情况；可通过隐藏设备外壳的方式，使蜗壳、尾水管、电机外壳等隐藏，直接近距离观察水流流态、导叶开度、转轮、电机转子等运行情况；对备运行工作原理进行文字讲解。
2.1.2发电机
通过三维设备模型展示两种水轮发电机并动态展示各部件拆装，包括立式和卧式水轮发电机。
要求：
可通过三维设备模型展示水轮发电机各部件结构及组成；按各部件安装流程，展示各部件的拆装动态并对设备进行文字说明讲解；可隐藏设备外壳查看内部结构。
2.2引水系统
通过三维建模动态展示引水系统。采用粒子特效对水流进行流态仿真，体现出引水系统工作流程，同时要求体现水锤效应及调压井水位变化特点。具有一键隐藏山体、建筑物功能，方便更直观观察引水系统组成及工作流程。
1）引水系统原理：要求动态展示出引水系统工作流程并进行文字说明讲解。
2）水锤效应：要求动态展示出压力震荡幅度、随时间变化的过程；调压井水位：要求动态展示出水电站升降负荷时调压井水位变化并进行文字说明讲解。
2.3调速器系统
通过三维设备模型展示调压器设备，以及调速器控制导叶的动态展示、四种控制机构内部组成结构及工作原理。
1） 设备组成
包括：调速柜、接力器、油压装置、监视仪表。其中接力器采用动画展示导叶开度控制过程并进行文字说明讲解。
2） 控制机构
包括：自动调节机构、永泰转差机构、开度限制机构、紧急停机机构。这些机构主要包含：离心摆、引导阀、辅助接力器、主配压阀、主接力器等；可动态展示控制机构工作原理，包括油流动、各部件动作顺序等，并进行文字说明讲解。
2.4辅助设备系统
2.4.1进水阀
通过三维设备模型展示三种进水阀并动态展示各部件拆装及工作原理，包括蝶阀、球阀和闸阀。
上述三种阀门要求做到：
设备介绍：通过三维设备模型爆炸展示阀门各部件结构及组成；按照各部件的安装流程，展示各部件的拆装动态并对设备进行文字说明讲解。
设备运行：通过三维设备模型动态展示阀门工作原理，采用粒子特效对水流进行流态仿真；对设备运行工作原理进行文字讲解。
2.4.2油系统
通过三维建模动态展示油系统，包括水轮发电机组、运行油桶、净油桶、真空滤油机、压力滤油机等。
采用粒子特效对油流动进行仿真，动态展示油系统工艺流程并进行文字说明讲解。能够展示各油管路最终流向设备的名称；具有一键隐藏山体、建筑物功能。
2.4.3气系统
通过三维建模动态展示气系统，包括水轮发电机组、空压机、低压储气罐、制动风闸等。
采用粒子特效对气流动进行仿真，动态展示气系统工艺流程并进行文字说明讲解。能够展示各气管路最终流向设备的名称；具有一键隐藏山体、建筑物功能。
2.4.4排水系统
通过三维建模动态展示排水系统，包括水轮发电机组、集水泵、集水井等。
采用粒子特效对排水流动进行仿真，动态展示排水系统工艺流程并进行文字说明讲解。能够展示各排水管路最终流向设备的名称；具有一键隐藏山体、建筑物功能。
2.4.5供水系统
通过三维建模动态展示供水系统，包括技术供水过滤器、水泵、四通阀等。
采用粒子特效对供水流动进行仿真，动态展示供水系统工艺流程并进行文字说明讲解，包括尾水供水管路、技术供水总管、机组供水管路、机组排水管路等。同时能够展示各供水管路最终流向设备的名称；具有一键隐藏山体、建筑物功能。
2.4.6监测元器件
通过三维模型展示四种检测元器件，包括压力、温度、油位、电极式水位信号器等。要求：
1） 设备介绍：通过三维设备模型爆炸展示信号器各部件结构及组成。
2） 按照各部件的安装流程，展示各部件的拆装动态并对设备进行文字说明讲解。
2.5电气设备
2.5.1升压开关站
通过三维建模动态展示升压开关站。
采用粒子特效对供电流进行仿真，动态展示升压开关站工艺流程及潮流方向并进行图文说明讲解；具有一键隐藏山体、建筑物功能。
2.5.2励磁装置
励磁装置包括励磁调节及功率柜、柜面操作按钮及显示仪表，可展示起励、励磁调节及灭磁过程，并通过曲线显示数据实时变化过程。
2.5.3同期装置
用于机组同期并网，可展示柜面按钮、旋钮、仪表等，包括手动同期、自动同期方式选择功能，并介绍非同期时产生的危害进行展示或介绍。
3水工建筑物
3.1挡水建筑物
通过三维建模展示挡水建筑物，包括混凝土重力坝等，对设备信息采用图文说用讲解。
3.2泄水建筑物
通过三维建模展示泄水建筑物，采用粒子特效对泄水建筑物泄洪状态进行动态展示，并对设备信息采用图文说用讲解。
3.3进水建筑物
通过三维建模展示进水建筑物，包括进水口、阀门启闭机室等，对设备信息采用图文说用讲解。
3.4平水建筑物
通过三维建模展示平水建筑物，包括调压井等、对设备信息采用图文说用讲解。
3.5尾水建筑物
通过三维建模展示尾水建筑物，对设备信息采用图文说用讲解。
3.6厂区枢纽建筑物
通过三维建模展示厂区枢纽建筑物，包括主厂房和副厂房厂区枢纽建筑物，其中主厂房包括发电机层和水轮机层，副厂房包括中央控制室、发电机电压配电装置室、油系统室、空气压缩机室和供水、排水泵房；对设备信息采用图文说用讲解。
4开停机流程
在三维场景中，采用操作票制度，按照步骤操作，完成开停机流程。操作过程中动态展示当前步骤对应操作三维设备，并具有步骤操作文字提示。其中同期并网操作在电气柜三位设备内通过操作实体旋钮、按钮完成，指针、指示灯实时动态展示机组运行状况，满足二三维交互要求，可自由选择手动或自动方式（均可完成并网）。
机组启停及同期并网过程要求通过专业的实时仿真引擎对数学模型实时计算。
4.1开机流程
包括从停机备用态--空转条件满足--制动闸落下--主轴密封水投入—密封围带排气--高压顶起装置投入--技术供水投入—接力器锁锭拔出--调速器开机令--高压油顶起装置退出—转速升至额定转速--灭磁开关合闸—发电机机端电压升高--同期方式选择（手动、自动）--并网完成—同期装置退出（手动、自动）--升负荷等操作。
4.2停机流程
包括并网运行—降负—灭磁—调速器开限全关--高压油顶起装置投入—电气制动投入—电气制动退出--机械制动投入—转速降至0--高压油顶起装置退出—投入接力器锁锭—主轴密封围带充气—主轴密封水退出—技术供水退出等操作。
4.3数学模型算法
应以电厂的基本设备（如水轮机、发电机、调速器等）为单元，根据能量、质量和动量平衡关系建立。以基本设备为对象的算法中每个参数都应有其确切的物理涵义，并应能根据设备的设计规格、外型尺寸、运行特性等的计算得到。
过程模型应参照机组系统划分，按实际设备间的关联关系建立模型。应包含对象主要的状态，包括：转速、导叶开度、流量、水头、系统电压（变压器低压侧）、系统频率、机端电压、机端电流、发电机频率、有功功率、无功功率、功率因数、功角、励磁电压、励磁电流等。其中系统电压、机端电压、机端电流、励磁电压、励磁电流可实时查看数值曲线波形图。
5功能描述
5.1场景学习
1）可飞行模式、漫游模式切换，全场景自由漫游。
2）典型区域一键直达。包括厂站总览、取水口、调压井、水坝顶部、控制层、发电机层、水轮机层、技术供水层、升压站、建筑物等。
5.2设备及系统学习
1）具有设备运行原理动态展示，设备零部件爆炸拆装展示，系统运行原理动态展示，系统组成介绍等功能。
2）范围：
水电站主要设备：混流式水轮机、冲击式水轮机、轴流式水轮机、立式水轮发电机、卧式水轮发电机、升压开关站、励磁装置、同期装置。
水电站主要系统：引水系统、调速器系统、辅助设备系统（蝶阀、球阀、闸阀、压力信号器、温度信号器、油位信号器、水位信号器）、油系统、气系统、供水系统、排水系统。
5.3同期并网操作
包括水流冲击实现发电过程，启动过程实验，包括调速器、如何调励磁实现发电等。操作过程中，可将二维监控画面与三维场景结合。随着操作流程的进行，引导操作者查看相关的三维结构，对水电厂启停流程形成形象生动的认知效果。
5.3.1实现方式
三维显示窗口以水轮机本体为主体，形象化的展示典型开机流程步骤。当涉及到水轮机、发电机部分时，系统跟随操作步骤展示相应的结构与动画。
主要体现以下系统：主接线、技术供水、调速系统、励磁系统、同期并网。
5.3.2记录机组状态
等待机组运行稳定后记录以下数据：机组状态、有功(MW)、无功(Mvar)、机端电流(kA) 、励磁电流(A)、机端电压(A相kV)、机端电压(B相kV)、机端电压(C相kV)。
5.4理论试题
提供理论试题考试系统，包括安全、水动、电气等方面知识。从一定量题库中抽取一部分试题来对学生进行考核，在规定时间内完成，自动评分。可提供修改题库的接口，供老师自由更换试题库。
6实验得分
按照规定的步骤进行。由设备使用、参数设定、操作步骤、实验结果等因素由后台程序对学生实验进行评分。
质保期:24个月