实验简介：
水电站虚拟仿真实验软件要求技术先进、功能完善，具有结构展示、虚实结合与人机交互等功能，具备水电站枢纽布置、水电站厂房内部结构、蜗壳和尾水管结构、水轮机结构、混流式水轮发电机组发电过程、机组检修过程的三维全景虚拟现实功能、以及专业知识动态链接讲解等功能；水电站虚拟仿真软件应能模拟水力发电机组安装、检修过程；水电站厂房施工过程；水轮发电机组运行过程；主变压器场、高压开关站的布置与运行过程。能满足学生学习、考核，教师管理等要求。该实验软件的开发突出了寒区工程特色，对立轴混流式机组的水电站进行虚拟仿真。
实验背景：
实际的水电站枢纽工程规模大，工程建设周期长。在建设过程中学生在现场实习，看到的只是某个局部，而建成的工程学生看到的只是工程的外部结构，不能够详细了解建筑物结构的完整施工过程、内部构造，对水电站机电设备的结构组成、安装与拆卸的步骤，水电站的发电运行过程缺乏感性认识，对理论知识难于理解。因次有必要开发本虚拟仿真软件，以满足教学要求。真对黑龙江省的地域的特点，现开发“寒区平原河流水电站虚拟仿真实验软件”。
设计原则：
实验内容分为两大类：演示性实验和实践动手操性实验。
（1）演示性实验：
①区域地形地貌、水电站厂房、大坝、溢洪道、主变压器场和高压开关站等主要枢纽部件的三维空间虚拟工程场景。学生通过对枢纽各组成部件的学习，可以掌握枢纽的布置原理，建筑物的功能以及运行模式。这部分内容采取弹出窗口的型式来实现。（环节一的子环节1）
②舌瓣门的弧形钢闸门与进水口前的拦污索配合工作防凌汛、清浮冰。（通过环节二实现）
（2）实践动手操性实验
学生要完成下列三类实验。学生通过设计实验方案、调整实验参数来实现工程的运行过程。
A.水轮发电机组检修实验模块（通过环节一的子环节2实现）
发电机、水轮机的结构复杂，包括发电机的上机架、转子、下机架、推力轴承，水轮机的顶盖、水轮机的转轮、连接轴（看具体的电站来定），检修过程拆卸、吊运、安装的程序复杂，有严格的操作规程，学生在实验操作过程中要能按步骤进行操作，给模拟带来了困难。
B.水电站厂房施工过程虚拟仿真操作实验模块（通过环节一的子环节3实现）
主厂房分为上部结构、下部结构。上部结构分为屋盖结构、排架柱、吊车梁、发电机层和安装间楼板、围护结构；下部结构分为发电机机墩、蜗壳和水轮机座环（固定导叶）、尾水管、基础。副厂房按照工业厂房布置。
厂房的结构复杂，构筑物多，混凝土浇筑要分期分块。一期混凝土：底板、尾水管、尾水闸墩、尾水平台、混凝土蜗壳外的混凝土、上下游边墙、厂房构架、吊车梁、部分楼板等，在施工时先期浇筑，以便利用吊车进行机组安装。二期混凝土：为了机组安装和埋件需要而预留的，要等到机组和有关设备到货后、尾水管圆锥钢板内衬和金属蜗壳安装完毕后，再进行浇筑。二期混凝土包括金属蜗壳外的部分混凝土、尾水管直锥段外包混凝土、机座、发电机风罩外壁、部分楼层的楼板。
模拟实际的水电站厂房，按照施工顺序进行虚拟，学生分部位进行虚拟实验，虚拟仿真难度大。
C.水轮发电机组运行过程动态虚拟仿真实验模块（通过环节三实现）
压力管道将水流引进厂房后，由阀门（蝴蝶阀）控制，过了阀门，进入水轮机的蜗壳，经水轮机的坐环、导叶进入转轮，推动转轮做功后经尾水管流出厂房。
阀门只有全开与全关两种状态，只有水轮机检修时才关闭。通过水轮机的发点流量都由导叶的开度控制，导叶开度由调速器来调整。水轮机的出力输入发电机，带动发电机发电。发电机发出的电经由引出线接入母线，母线将电引出厂房接入主变压器。
要对水流的流经路线进行模拟，能实时显示工作参数，虚拟实现有难度。
实验软件分成几个模块来实现上述实验功能，每个模块可以单独地运行，同时又是完整地模拟一个水电站枢纽
实验目标：
软件对工程和实验资源实现了三维全景的虚拟现实，是基于区域地形地貌、水轮机、发电机、水电站厂房和坝体等而开发的，能够模拟出一个可交互的、虚拟的水电站内部设备和厂房的三维空间虚拟工程场景，其中包括所有相应内部结构部件、施工及运行等实际过程的多比例、多视角切换的三维空间虚拟工程场景，以弥补在水利工程教学过程中因不具备实际工程场景与资源，而难以完成的相应教学环节，使学生通过在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果，提高学生创新和实践能力。
实验要求：
第一类：演示性实验资源模块
（1）学习水利水电工程枢纽的布置设计
（2）了解库区地形特点，河流的特性
（3）熟悉枢纽的组成建筑物及作用
（4）了解虚拟工程的运行特点，主要是船闸的运行。
第二类：实验实践性资源模块
舌瓣门和泄洪闸运行实验模块
（1）学会泄洪闸、舌瓣门的组成结构
（2）掌握舌瓣门排冰工作过程
（3）学会泄洪闸泄洪运行过程管理
水轮发电机组检修实验模块
（1）学会水轮发电机组的组成结构
（2）掌握机组各部件的几何形状
（3）学会机组拆装的程序
（4）学会拆卸部件的吊运与部件放置位置的确定
水电站厂房施工过程虚拟仿真操作实验模块
（1）学会水电站主厂房的布置
（2）学会水电站副厂房的位置确定及布置
（3）掌握主厂房的结构组成
（4）学会水电站厂房的混凝土分期分块
（5）学会水电站厂房的施工技术
水轮发电机组运行过程动态虚拟仿真实验模块
（1）学会水轮机的水流系统部件组成
（2）掌握水轮发电机组的运行参数
（3）掌握水流在水轮机中的流动过程
（4）学会发电机电流的动态产生过程
（5）学会发电机到变压器的输电过程
