±400 kV青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程換流站三維數(shù)字化移交

梅念，陳東，杜曉磊，楊媛，王贊，程煒

(國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，北京市，100052)

0 引言

作為一種大容量、遠(yuǎn)距離的輸電技術(shù)，高壓直流輸電在我國省間、區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)工程中的應(yīng)用日益廣泛。據(jù)統(tǒng)計，我國已有14項投入運行的高壓直流輸電工程和3項建設(shè)中的±800 kV特高壓直流輸電工程，而且1 100 kV特高壓直流輸電的前期研究也已展開［1-3］，并可能成為我國未來大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的手段之一。

目前已有研究人員在直流系統(tǒng)的次同步振蕩［4-5］、主設(shè)備的技術(shù)規(guī)范［6］、直流保護(hù)［7］、交流系統(tǒng)故障對直流系統(tǒng)的影響［8］、閥廳三維電場分析［9-10］等方面進(jìn)行了有益的探索。作為電力工程領(lǐng)域工程設(shè)計及展示的重要手段［11-13］，三維數(shù)字化設(shè)計在直流工程中也進(jìn)行了有益的嘗試［14］。對于直流輸電工程，傳統(tǒng)的二維設(shè)計通常難以解決換流站中空氣凈距校核、施工圖紙相互矛盾造成重復(fù)施工、設(shè)備外形變動較大造成套圖繁瑣等問題。此外，工程竣工時僅提交施工圖紙和廠家資料的電網(wǎng)建設(shè)移交方式具有不直觀、查詢效率低等缺陷，難以輔助管理者決策、滿足三維仿真培訓(xùn)的需求［14］。因此，青藏工程三維數(shù)字化移交著重對三維模型的詳盡程度、三維建模軟件的通用性、三維瀏覽軟件的易用性、二維文檔檢索的便捷性等問題進(jìn)行了探索。

本文分析了青藏工程換流站三維數(shù)字化移交的總體界面及其設(shè)計理念，探討了三維建模、三維發(fā)布等技術(shù)，研究了二維文檔的檢索方式。

1 三維模型和二維文檔的融合

目前已有公司開發(fā)了專用的換流站三維數(shù)字化移交管理平臺，編制了專用的數(shù)據(jù)管理軟件并建立了后臺專用數(shù)據(jù)庫，管理設(shè)計過程中的交互配合文件，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同。但是，專用管理平臺涉及安裝和學(xué)習(xí)專用管理軟件、數(shù)據(jù)庫，占用資源且過程復(fù)雜。

在青藏工程三維數(shù)字化移交中，將三維模型、施工圖和廠家資料等二維文檔嵌入免安裝的移交界面，并利用Windows資源管理器管理二維文檔。以拉薩站為例，其三維數(shù)字化移交的主界面如圖1所示。

圖1 三維數(shù)字化移交主界面Fig.1 Main interface of three-dimensional digitalization transfer

考慮到在二維文檔中，總平面、主接線、站用電主接線、控制室布置圖為司令圖，在主界面上提供這些施工圖的瀏覽按鈕，同時以此類圖為引導(dǎo)派生出檢索施工圖和廠家資料的多種方式。這樣二維文檔就可以有多種檢索途徑，便于業(yè)主查找和管理。

2 三維建模及發(fā)布

2.1 采用通用的設(shè)計軟件進(jìn)行三維建模

青藏工程換流站三維數(shù)字化移交，不僅在三維模型的精細(xì)化程度，例如基礎(chǔ)、橋架、燈具等方面進(jìn)行了拓展，還在三維建模軟件的廣普性方面進(jìn)行了廣泛的前期調(diào)研。AutoCAD是在電力設(shè)計領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的軟件，具有較完善的三維繪圖功能，在青藏工程中，部分設(shè)計單位采用該軟件建立了換流站三維模型； Microstation是Bentley公司用于三維設(shè)計的專業(yè)化軟件，在三維空間空氣凈距測量方面有突出優(yōu)點。目前，直流建設(shè)公司采用Microstation軟件，已完成向上、寧東、荊滬和青藏工程8個換流站、20個閥廳的施工圖設(shè)計。由于AutoCAD和Microstation建立的三維模型可以相互轉(zhuǎn)換，因此各設(shè)計單位完成所負(fù)責(zé)范圍內(nèi)的三維模型后，按照統(tǒng)一的制圖原點拼合在一起，可形成全站總裝后的整體三維模型。

三維模型的屬性是數(shù)字化移交的重要內(nèi)容，對快速獲取設(shè)備信息具有重要作用。青藏工程利用AutoCAD和Microstation軟件自帶的簡單數(shù)據(jù)庫，不僅操作簡單，也避免了專業(yè)數(shù)據(jù)庫帶來的安裝及內(nèi)存資源的大量占用。

三維建模完成以后，空氣凈距的校核、平斷面三維切圖、換流站三維瀏覽、施工順序模擬和視頻動畫等都是隨之附帶的設(shè)計成果。

2.2 采用通用的瀏覽軟件發(fā)布三維成果

各設(shè)計單位將所負(fù)責(zé)范圍內(nèi)的三維設(shè)計模型轉(zhuǎn)換成Navisworks三維瀏覽文件，然后將其拼合在一起，可以形成全站三維瀏覽文件。

用Navisworks軟件整合的三維瀏覽文件，可比較方便地進(jìn)行碰撞檢測和重力檢測、測量安全帶電距離、4D仿真(施工模擬)等。經(jīng)過編譯的瀏覽文件大小明顯優(yōu)化，顯示速度加快，易于操作和演示，并且可以為每個設(shè)備提供單獨的信息查詢界面。此外，當(dāng)用戶要瀏覽三維模型時，直接下載免費的Navisworks軟件就能方便地觀看全站三維模型，便于在設(shè)計、建設(shè)和運行人員中推廣。

在青藏工程換流站的三維演示中，設(shè)計單位采用AutoCAD和Microstation 2種三維軟件建模，并通過Navisworks軟件轉(zhuǎn)換為換流站三維瀏覽文件，給用戶直觀上的展示。拉薩換流站三維模型如圖2所示。

圖2 拉薩換流站三維模型鳥瞰圖Fig.2 Aerial view of Lhasa converter station by three-dimensionalm odel

3 施工圖和廠家資料的檢索方式

三維數(shù)字化移交中的另一個重點是換流站施工圖紙和廠家資料的整合。通過將二維文檔與三維模型有機(jī)結(jié)合，并有序地管理二維文檔，方便用戶的查詢和更新。

在以往工作的基礎(chǔ)上，已自行摸索出一套青藏工程換流站特有的二維文檔管理細(xì)則。青藏工程換流站數(shù)字化移交編制的文檔查詢系統(tǒng)，充分考慮了用戶在檢索方便的同時盡量減少資料二次整合的工作量，最終確定了以設(shè)計單位的施工圖和廠家資料為基礎(chǔ)，多種檢索主線相結(jié)合的方式。

各種檢索主線的界面分別如圖3～7所示，其中左欄上部提供目錄檢索方式，方便了熟悉換流站通用設(shè)計的人員；左欄下部提供圖形檢索方式，方便了熟悉換流站實際布置的運行人員。

本工程三維數(shù)字化移交確定的檢索方式有按區(qū)域、按專業(yè)、按主接線、按站用電主接線、按控制室布置圖檢索這5種檢索方式。

(1)“按區(qū)域檢索施工圖和廠家資料”界面以總平面為司令圖，將換流站二維文檔按照區(qū)域分為閥廳、油抗/換流變及換流變廣場、直流場等13個部分，每個部分按照專業(yè)進(jìn)行分類。以閥廳區(qū)域的“閥廳工藝設(shè)計”頁面為例，其展示的二維文檔界面如圖3所示。

圖3 “按區(qū)域檢索施工圖和廠家資料”界面Fig.3 Inter face of search system for construction draw ings and manufacturer data by station areas

(2)“按專業(yè)檢索施工圖和廠家資料”界面以總平面為司令圖，將換流站二維文檔按照設(shè)計單位分為2個部分，每個部分按照專業(yè)進(jìn)行分類。以直流公司設(shè)計的“閥廳工藝電氣”頁面為例，其展示的二維文檔界面如圖4所示。

圖4 “按專業(yè)檢索施工圖和廠家資料”界面Fig.4 Inter face of search system for construction draw ings and manufacturer data by station profession

(3)“按主接線檢索廠家資料”界面以主接線為司令圖，將換流站設(shè)備的廠家資料按照主接線分區(qū)分為若干個部分，每個部分以設(shè)備為單位進(jìn)行分類。以閥廳區(qū)域的“換流閥及閥避雷器”為例，其展示的廠家資料界面如圖5所示。

圖5 “按主接線檢索廠家資料”界面Fig.5 Interface of search system for manufacturer data by main connection

(4)“按站用電接線檢索廠家資料”界面以站用電主接線為司令圖，將站用電廠家資料按照站用電主接線分區(qū)分為若干個部分，每個部分按照最小設(shè)備單位進(jìn)行分類。例如對于高低壓站用變精確到設(shè)備，對于400 V開關(guān)柜精確到屏柜。以高壓站用變區(qū)域的“1號站用高壓220 kV工作變”界面為例，其展示的廠家資料如圖6所示。

圖6 “按站用電接線檢索廠家資料”界面Fig.6 Interface of search system for manufacturer data by station power connection

(5)“按控制室檢索廠家資料”界面以控制室布置圖為司令圖，將屏柜廠家資料按照屏柜所在的控制室分為若干個部分，每個部分按照屏柜用途進(jìn)行分類。以“極1－1閥內(nèi)冷控制屏柜”界面為例，其展示的廠家資料如圖7所示。

圖7 “按控制室檢索廠家資料”界面Fig.7 Interface of search system for manufacturer data by station control rooms

4 結(jié)論

(1)采用AutoCAD及Microstation軟件建模，便于設(shè)計人員使用。

(2)采用Navisworks軟件進(jìn)行成果發(fā)布，有利于進(jìn)行沖突管理和碰撞檢測，界面友好，便于實施施工模擬和實時瀏覽，展示效果好。

(3)提供施工圖和廠家資料等多種檢索方式，便于用戶查找和管理。

(4)使用成本低。Navisworks和二維文檔編譯的界面均可免費使用，不用購置專門的軟件。

［1］劉振亞，舒印彪，張文亮，等.直流輸電系統(tǒng)電壓等級序列研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28(10)：1-8.

［2］舒印彪，劉澤洪，高理迎，等.±800 kV 6 400 MW特高壓直流輸電工程設(shè)計［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(1)：1-8.

［3］張文亮，周孝信，郭劍波，等.±1 000 kV特高壓直流在我國電網(wǎng)應(yīng)用的可行性研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27(28)：1-5.

［4］黃勝利，宋瑞華，趙宏圖.應(yīng)用動態(tài)相量模型分析高壓直流輸電引起的次同步振蕩現(xiàn)象［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2003，23(7)： 1-4.

［5］周長春，徐政.由直流輸電引起的次同步振蕩的阻尼特性分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2003，23(10)：6-10.

［6］樂波，張燕秉，鄭勁，等.±800 kV直流干式平波電抗器的技術(shù)規(guī)范［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(12)：170-173.

［7］梅念，李銀紅，劉登峰，等.高壓直流輸電中閥短路保護(hù)的動作方程研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2009，29(1)：40-47.

［8］馬玉龍，肖湘寧，姜旭.交流系統(tǒng)接地故障對HVDC的影響分析［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2006，26(11)：144-149.

［9］田冀煥，周遠(yuǎn)翔，郭紹偉，等.直流換流站閥廳內(nèi)三維電場的分布式并行計算［J］.高電壓技術(shù)，2010，36(5)：1205-1210.

［10］王棟，阮江軍，杜志葉，等.±500 kV直流輸電系統(tǒng)換流站閥廳內(nèi)金具表面電場數(shù)值求解［J］.高電壓技術(shù)，2011，37(2)：404-410.

［11］姜芳芳，來文青，龔慶武，等.虛擬現(xiàn)實在變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.高電壓技術(shù)，2005，31(7)：68-70.

［12］張全貴，閆健卓，王普.基于智能組件的虛擬場景建模［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，37(7)：967-971.

［13］侯永濤，王國林，劉建，等.汽車三維虛擬道路重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.機(jī)械工程學(xué)報，2011，47(8)：126-133.

［14］丁永福，劉皓，萬明忠，等.寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程三維數(shù)字化移交［J］.電力建設(shè)，2011，32(2)：39-42.