±400 kV青藏直流聯網工程換流站三維數字化移交

梅念，陳東，杜曉磊，楊媛，王贊，程煒

(國網北京經濟技術研究院，北京市，100052)

0 引言

作為一種大容量、遠距離的輸電技術，高壓直流輸電在我國省間、區域間聯網工程中的應用日益廣泛。據統計，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域電網互聯的手段之一。

目前已有研究人員在直流系統的次同步振蕩［4-5］、主設備的技術規范［6］、直流保護［7］、交流系統故障對直流系統的影響［8］、閥廳三維電場分析［9-10］等方面進行了有益的探索。作為電力工程領域工程設計及展示的重要手段［11-13］，三維數字化設計在直流工程中也進行了有益的嘗試［14］。對于直流輸電工程，傳統的二維設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施工、設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建設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、滿足三維仿真培訓的需求［14］。因此，青藏工程三維數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行了探索。

本文分析了青藏工程換流站三維數字化移交的總體界面及其設計理念，探討了三維建模、三維發布等技術，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

目前已有公司開發了專用的換流站三維數字化移交管理平臺，編制了專用的數據管理軟件并建立了后臺專用數據庫，管理設計過程中的交互配合文件，實現各專業協同。但是，專用管理平臺涉及安裝和學習專用管理軟件、數據庫，占用資源且過程復雜。

在青藏工程三維數字化移交中，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，其三維數字化移交的主界面如圖1所示。

圖1 三維數字化移交主界面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，便于業主查找和管理。

2 三維建模及發布

2.1 采用通用的設計軟件進行三維建模

青藏工程換流站三維數字化移交，不僅在三維模型的精細化程度，例如基礎、橋架、燈具等方面進行了拓展，還在三維建模軟件的廣普性方面進行了廣泛的前期調研。AutoCAD是在電力設計領域廣泛應用的軟件，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公司用于三維設計的專業化軟件，在三維空間空氣凈距測量方面有突出優點。目前，直流建設公司采用Microstation軟件，已完成向上、寧東、荊滬和青藏工程8個換流站、20個閥廳的施工圖設計。由于AutoCAD和Microstation建立的三維模型可以相互轉換，因此各設計單位完成所負責范圍內的三維模型后，按照統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字化移交的重要內容，對快速獲取設備信息具有重要作用。青藏工程利用AutoCAD和Microstation軟件自帶的簡單數據庫，不僅操作簡單，也避免了專業數據庫帶來的安裝及內存資源的大量占用。

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計成果。

2.2 采用通用的瀏覽軟件發布三維成果

各設計單位將所負責范圍內的三維設計模型轉換成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。經過編譯的瀏覽文件大小明顯優化，顯示速度加快，易于操作和演示，并且可以為每個設備提供單獨的信息查詢界面。此外，當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，便于在設計、建設和運行人員中推廣。

在青藏工程換流站的三維演示中，設計單位采用AutoCAD和Microstation 2種三維軟件建模，并通過Navisworks軟件轉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結合，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則。青藏工程換流站數字化移交編制的文檔查詢系統，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，最終確定了以設計單位的施工圖和廠家資料為基礎，多種檢索主線相結合的方式。

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。

本工程三維數字化移交確定的檢索方式有按區域、按專業、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，每個部分按照專業進行分類。以閥廳區域的“閥廳工藝設計”頁面為例，其展示的二維文檔界面如圖3所示。

圖3 “按區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計單位分為2個部分，每個部分按照專業進行分類。以直流公司設計的“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，將換流站設備的廠家資料按照主接線分區分為若干個部分，每個部分以設備為單位進行分類。以閥廳區域的“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分為若干個部分，每個部分按照最小設備單位進行分類。例如對于高低壓站用變精確到設備，對于400 V開關柜精確到屏柜。以高壓站用變區域的“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行分類。以“極1－1閥內冷控制屏柜”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 結論

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

(2)采用Navisworks軟件進行成果發布，有利于進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。

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