d x f接口技術(shù)在變壓器主絕緣電場(chǎng)分析專用軟件中的應(yīng)用

呂殿利，景崇友，趙浛宇，王建民，汪友華

（1.河北工業(yè)大學(xué)電磁場(chǎng)與電氣可靠性省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，天津300130；2.天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071051）

變壓器整體絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電場(chǎng)分析軟件（簡(jiǎn)稱：EF2D）是保定天威集團(tuán)有限公司自主開發(fā)的一款專用軟件，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于W INDOWS環(huán)境下的變壓器整體絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電場(chǎng)分析功能[1].EF2D軟件通用性好，使用方便，結(jié)果清晰直觀.然而，EF2D軟件不能直接讀取AutoCAD的工程圖形文件，需要用戶自己提取原始輸入數(shù)據(jù)，這樣就降低了前處理的工作效率.針對(duì)這一問題，本文對(duì)AutoCAD圖形交換文件DXF進(jìn)行研究，編寫接口程序，將DXF文件中的圖形數(shù)據(jù)按照EF2D軟件需要的數(shù)據(jù)要求提取出來.通過該接口程序，可以快速將AutoCAD中的工程圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入EF2D軟件，進(jìn)行前處理，大大提高了EF2D軟件的使用效率.

1 DXF文件的基本結(jié)構(gòu)

DXF是Draw ingeXchange File的縮寫，意思為圖形交換文件，在工程制圖中有廣泛的應(yīng)用，掌握了DXF文件的讀寫對(duì)編寫CAD軟件時(shí)的圖形信息的交換有重要意義.DXF最早產(chǎn)生于AutoCAD所攜帶的一種支持開放數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)格式，它是可以在不同CAD系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的繪圖文件內(nèi)容的ASCII復(fù)制碼.

DXF文件是一種順序文件，它是在一定的組碼符號(hào)的規(guī)定下，包括了實(shí)體命令和幾何數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)文件.一個(gè)DXF文件包括了圖形數(shù)據(jù)庫的有信息.DXF文件由標(biāo)題段、表段、塊段、實(shí)體段和文件結(jié)束段5部分組成[2-4].

1）標(biāo)題段（header），標(biāo)題段記錄AutoCAD系統(tǒng)的所有標(biāo)題變量的當(dāng)前值或當(dāng)前狀態(tài).

2）表段（tables），表段共包含4個(gè)表，依次為線型表（ltype）、圖層表（layer）、字樣表（style）和視圖表（view）.

3）塊段（block），塊段記錄了所用塊的塊名、當(dāng)前圖層層名、塊的種類、塊的插入基點(diǎn)及組成該塊的所有成員.

4）實(shí)體段（entities），實(shí)體段記錄了每個(gè)實(shí)體的名稱、所在圖層及其名字、線型和顏色等.

5）文件結(jié)束段（end of file）：DXF文件結(jié)束標(biāo)志.

每個(gè)段都是由組構(gòu)成.組是DXF文件書寫的基本單位，每個(gè)組分2行，第1行為組碼，代表該組數(shù)據(jù)的意義,其數(shù)據(jù)類型規(guī)定為整數(shù)；第2行為組值，即這種數(shù)據(jù)的具體數(shù)值.每個(gè)段都以一個(gè)后跟字符串SECTION的組碼0開始，其后是組碼2和表示該段名稱的字符串（例如，HEADER）.每個(gè)段都以一個(gè)后跟字符串ENDSEC的組碼0結(jié)束[5].

DXF文件的格式規(guī)范，描述各個(gè)段和實(shí)體的組碼和組值很有規(guī)律，因此便于用高級(jí)語言來編寫程序.讀取DXF文件的一般處理方法，如圖1.

2 實(shí)體段中的直線和圓弧

圖1 讀取DXF文件的流程圖Fig.1 Flow chart of DXF file's reading

本文主要涉及的圖形數(shù)據(jù)信息主要保存在實(shí)體段中，所以對(duì)ENTITIES進(jìn)行詳細(xì)說明.

ENTITIES段：包含圖形中出現(xiàn)的所有圖形對(duì)象，也包含對(duì)塊的引用.記錄了每個(gè)實(shí)體的名稱、線型名、顏色號(hào)、圖層名和重要的幾何數(shù)據(jù)，例如每條直線和圓弧的坐標(biāo)數(shù)據(jù).因?yàn)榇顺绦蛑饕崛≈本€和圓弧的數(shù)據(jù)，其組碼和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1和表2.

根據(jù)表1和表2提供的數(shù)據(jù)說明，可以編寫程序?qū)XF文件中所有的圓弧和直線信息全部讀取出來.

3 EF2D輸入數(shù)據(jù)格式

表1 圓弧的實(shí)體描述數(shù)據(jù)Tab.1 Entity data of arc entity

將DXF文件中的圖形信息提取出來之后，并不能直接被EF2D軟件導(dǎo)入.因此需要對(duì)提取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類和處理，使之符合EF2D軟件需要的輸入數(shù)據(jù)格式.

軟件EF2D所需要的原始輸入數(shù)據(jù)格式，是以整體和各個(gè)部件為單元的數(shù)據(jù)，主要包括3種元件：絕緣板、角環(huán)和線圈.主要包括的輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容如下：

1）整個(gè)場(chǎng)域邊界的坐標(biāo)；

2）線圈和靜電環(huán)的總數(shù)及具體幾何尺寸，幾何尺寸標(biāo)注示意圖如圖2；

3）絕緣板的總數(shù)及具體幾何尺寸，幾何尺寸標(biāo)注示意圖如圖3；

4）角環(huán)的總數(shù)及具體幾何尺寸，幾何尺寸標(biāo)注示意圖如圖4.

根據(jù)上述要求，采用C++語言將DXF文件提取出來的圖形數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類、計(jì)算，輸出為EF2D軟件所需要的數(shù)據(jù)文件形式，即可實(shí)現(xiàn)與EF2D軟件的接口.

表2 直線的實(shí)體描述數(shù)據(jù)Tab.2 Entity data of line entity

圖2 線圈和靜電環(huán)的幾何尺寸標(biāo)注示意圖Fig.2 The geometry sketch map of coil and electrostatic ring

圖3 絕緣板的幾何尺寸標(biāo)注示意圖Fig.3 The geometry sketch map of insulation board

4 實(shí)例驗(yàn)證

以一臺(tái)110 kV變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)的AutoCAD圖形文件為例，如圖5.首先將該圖形文件用AutoCAD保存為DXF文件格式.通過接口程序讀取該DXF文件，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換，輸出為EF2D所需的數(shù)據(jù)文件，用記事本打開，如圖6所示.

圖4 角環(huán)的幾何尺寸標(biāo)注示意圖Fig.4 The geometry sketch map of angle ring

圖5 110 kV變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)的圖形文件Fig.5 The graphics file of 110 kV transformer main insulation structure

此數(shù)據(jù)與EF2D所需數(shù)據(jù)格式完全吻合，可正常導(dǎo)入到EF2D軟件中進(jìn)行前處理操作，如圖7所示.

EF2D軟件下，進(jìn)行網(wǎng)格剖分后，繼續(xù)執(zhí)行有限元分析命令（EF3），軟件正常運(yùn)行，如圖8.

進(jìn)而，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理與圖形顯示等操作，可實(shí)現(xiàn)EF2D軟件提供的各項(xiàng)功能.

圖6 經(jīng)接口程序轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果Fig.6 Data conversion results by running the interface program

圖7 數(shù)據(jù)導(dǎo)入成功Fig.7 The success of data import

5 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)DXF文件內(nèi)容的分析，編寫了與EF2D軟件的接口程序.利用該接口程序，可方便的將AutoCAD下的變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)模型的圖形文件，轉(zhuǎn)化為EF2D軟件所需要的數(shù)據(jù)格式，大大簡(jiǎn)化了該軟件的前處理的操作過程，大幅縮短了用戶進(jìn)行變壓器整體絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電場(chǎng)分析的時(shí)間，提高了工作效率和質(zhì)量.

圖8 程序運(yùn)行成功Fig.8 The success of running the program

[1]王建民，張喜樂，張國(guó)強(qiáng)，等.大型變壓器主絕緣電場(chǎng)的全域分析工程仿真軟件開發(fā) [J].變壓器，2010，47（9）：15-20.

[2]梁海濤，馬軍林，童創(chuàng)明，等.基于DXF模型的數(shù)據(jù)讀取與分析方法 [J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，8（2）：46-48.

[3]姚宜斌，孔建.基于DXF文件的圖件轉(zhuǎn)換方法研究及程序?qū)崿F(xiàn) [J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2011，31（1）：117-121.

[4]李芳珍，徐倫輝.DXF文件格式及其外部接口的研究 [J].軟件開發(fā)與應(yīng)用，2008，27（7）：83-85.

[5]郭朝勇.AutoCADR14二次開發(fā)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社.