d x f接口技術在變壓器主絕緣電場分析專用軟件中的應用

呂殿利，景崇友，趙浛宇，王建民，汪友華

（1.河北工業大學電磁場與電氣可靠性省部共建國家重點實驗室培育基地，天津300130；2.天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071051）

變壓器整體絕緣結構設計及電場分析軟件（簡稱：EF2D）是保定天威集團有限公司自主開發的一款專用軟件，可實現運行于W INDOWS環境下的變壓器整體絕緣結構設計及電場分析功能[1].EF2D軟件通用性好，使用方便，結果清晰直觀.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據，這樣就降低了前處理的工作效率.針對這一問題，本文對AutoCAD圖形交換文件DXF進行研究，編寫接口程序，將DXF文件中的圖形數據按照EF2D軟件需要的數據要求提取出來.通過該接口程序，可以快速將AutoCAD中的工程圖形數據導入EF2D軟件，進行前處理，大大提高了EF2D軟件的使用效率.

1 DXF文件的基本結構

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用，掌握了DXF文件的讀寫對編寫CAD軟件時的圖形信息的交換有重要意義.DXF最早產生于AutoCAD所攜帶的一種支持開放數據交換的數據格式，它是可以在不同CAD系統間進行數據交換的繪圖文件內容的ASCII復制碼.

DXF文件是一種順序文件，它是在一定的組碼符號的規定下，包括了實體命令和幾何數據信息在內的數據文件.一個DXF文件包括了圖形數據庫的有信息.DXF文件由標題段、表段、塊段、實體段和文件結束段5部分組成[2-4].

1）標題段（header），標題段記錄AutoCAD系統的所有標題變量的當前值或當前狀態.

2）表段（tables），表段共包含4個表，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、當前圖層層名、塊的種類、塊的插入基點及組成該塊的所有成員.

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

5）文件結束段（end of file）：DXF文件結束標志.

每個段都是由組構成.組是DXF文件書寫的基本單位，每個組分2行，第1行為組碼，代表該組數據的意義,其數據類型規定為整數；第2行為組值，即這種數據的具體數值.每個段都以一個后跟字符串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）.每個段都以一個后跟字符串ENDSEC的組碼0結束[5].

DXF文件的格式規范，描述各個段和實體的組碼和組值很有規律，因此便于用高級語言來編寫程序.讀取DXF文件的一般處理方法，如圖1.

2 實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據信息主要保存在實體段中，所以對ENTITIES進行詳細說明.

ENTITIES段：包含圖形中出現的所有圖形對象，也包含對塊的引用.記錄了每個實體的名稱、線型名、顏色號、圖層名和重要的幾何數據，例如每條直線和圓弧的坐標數據.因為此程序主要提取直線和圓弧的數據，其組碼和數據對應關系如表1和表2.

根據表1和表2提供的數據說明，可以編寫程序將DXF文件中所有的圓弧和直線信息全部讀取出來.

3 EF2D輸入數據格式

表1 圓弧的實體描述數據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軟件導入.因此需要對提取的數據信息進行分類和處理，使之符合EF2D軟件需要的輸入數據格式.

軟件EF2D所需要的原始輸入數據格式，是以整體和各個部件為單元的數據，主要包括3種元件：絕緣板、角環和線圈.主要包括的輸入數據內容如下：

1）整個場域邊界的坐標；

2）線圈和靜電環的總數及具體幾何尺寸，幾何尺寸標注示意圖如圖2；

3）絕緣板的總數及具體幾何尺寸，幾何尺寸標注示意圖如圖3；

4）角環的總數及具體幾何尺寸，幾何尺寸標注示意圖如圖4.

根據上述要求，采用C++語言將DXF文件提取出來的圖形數據信息進行分類、計算，輸出為EF2D軟件所需要的數據文件形式，即可實現與EF2D軟件的接口.

表2 直線的實體描述數據Tab.2 Entity data of line entity

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

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

4 實例驗證

以一臺110 kV變壓器主絕緣結構的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，經過格式轉換，輸出為EF2D所需的數據文件，用記事本打開，如圖6所示.

圖4 角環的幾何尺寸標注示意圖Fig.4 The geometry sketch map of angle ring

圖5 110 kV變壓器主絕緣結構的圖形文件Fig.5 The graphics file of 110 kV transformer main insulation structure

此數據與EF2D所需數據格式完全吻合，可正常導入到EF2D軟件中進行前處理操作，如圖7所示.

EF2D軟件下，進行網格剖分后，繼續執行有限元分析命令（EF3），軟件正常運行，如圖8.

進而，可以進行數據后處理與圖形顯示等操作，可實現EF2D軟件提供的各項功能.

圖6 經接口程序轉換后的數據結果Fig.6 Data conversion results by running the interface program

圖7 數據導入成功Fig.7 The success of data import

5 結論

經過對DXF文件內容的分析，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構模型的圖形文件，轉化為EF2D軟件所需要的數據格式，大大簡化了該軟件的前處理的操作過程，大幅縮短了用戶進行變壓器整體絕緣結構設計及電場分析的時間，提高了工作效率和質量.

圖8 程序運行成功Fig.8 The success of running the program

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

[2]梁海濤，馬軍林，童創明，等.基于DXF模型的數據讀取與分析方法 [J].空軍工程大學學報（自然科學版），2007，8（2）：46-48.

[3]姚宜斌，孔建.基于DXF文件的圖件轉換方法研究及程序實現 [J].大地測量與地球動力學，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].軟件開發與應用，2008，27（7）：83-85.

[5]郭朝勇.AutoCADR14二次開發技術[M].北京：清華大學出版社.