三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在換流站直流場設(shè)計中的應(yīng)用

6/6三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在換流站直流場設(shè)計中的應(yīng)用摘要：概要描述了直流輸電技術(shù)的發(fā)展，提出了換流站直流場設(shè)計所面對的需求和挑戰(zhàn)。在比較了三維設(shè)計和二維設(shè)計的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了某換流站直流場設(shè)計中電氣和土建專業(yè)采用三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用情況，尤其是在設(shè)計方案優(yōu)化、專業(yè)資料共享、軟硬碰撞檢查和抽取平斷面圖等方面的應(yīng)用，最后總結(jié)了三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在換流站直流場設(shè)計中的體會。關(guān)鍵詞：三維數(shù)字化；換流站；直流場；設(shè)計Applicationof3DDigitalDesignTechniqueintheConverterStationDCZHAOXiao-hui1，YANGMeng-meng2，ZHANGHu1，SHENWei-hua1，LIXue-peng1，YANGGang11NorthwestElectricPowerDesignInstitute,Xi’2CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027Abstract：Thispaperintroducesthedevelopmentofdirectcurrenttransmissiontechniquesbriefly，andputsforwardnewrequirementsandchallengestodesigninconverterstation.Onthebasisofcomparisonto2Dtechniqueand3Dtechnique,thispaperindetailintroducestheapplicationof3DdigitaldesigntechniqueonelectricalspecialtyandcivilconstructionelectricalspecialtyintheconverterstationDCyard,especiallyoptimizationofdesignproposal,professionaldatasharing,collisioncheckandextractionplanecrosssection.Finally,thispapersummarizesexperienceon3DdigitaldesigntechniqueintheconverterstationDCyard.Keywords：3DDigitization；ConverterStation；DCYard；Design0應(yīng)用背景直流輸電技術(shù)從20世紀(jì)50年代在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用以來，由于其輸送容量大，輸送距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，已經(jīng)迅速發(fā)展起來，尤其將電能從能源基地直接送到負(fù)荷中心的狀態(tài)下，直流輸電技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯[1]。直流場作為換流站中的重要配電裝置區(qū)域，具有設(shè)備種類多和設(shè)備布置復(fù)雜等特點。而直流場電壓等級多、電極形狀復(fù)雜等都對直流場的設(shè)計提出了更高的要求，尤其對空氣間隙凈距測量、碰撞檢查和設(shè)計方案的優(yōu)化都提出了新的挑戰(zhàn)。1三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用1.1三維數(shù)字化設(shè)計的特點目前常規(guī)的設(shè)計手段主要是依靠工程師的空間想象力和基本二維繪圖技能完成三維空間設(shè)計，不僅帶有局限性和特殊性，且在工程進(jìn)度的約束下對詳細(xì)布置的經(jīng)濟性和優(yōu)化缺乏控制，效率也比較低。并且傳統(tǒng)的設(shè)計中，各專業(yè)之間只是通過互提的數(shù)據(jù)實現(xiàn)資料的交換，專業(yè)設(shè)計工作是在相對獨立的范圍內(nèi)開展，專業(yè)之間信息共享程度較低。直流場設(shè)計是在滿足直流場電氣接線和不同電壓等級空氣凈距要求等規(guī)范的基礎(chǔ)上，依據(jù)設(shè)備外形尺寸而作的布置設(shè)計，直流場電壓等級多、電極形狀復(fù)雜等特點對如何優(yōu)化直流場設(shè)計方案提出了新的挑戰(zhàn)[2]。傳統(tǒng)的二維設(shè)計，各個專業(yè)、各個設(shè)計人員溝通和協(xié)同工作的效率不高，難免會出現(xiàn)一些碰、漏問題。三維設(shè)計中，各個專業(yè)設(shè)計人員在一個協(xié)同的環(huán)境下建立一個三維模型，而這個模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設(shè)計人員就容易發(fā)現(xiàn)問題，再通過碰撞檢查，可以檢查出專業(yè)之間的碰撞，將設(shè)計中差、錯和碰等問題降至最低，大大提高設(shè)計質(zhì)量[3]。1.2三維數(shù)字化設(shè)計的應(yīng)用在某換流站直流場設(shè)計中，電氣專業(yè)依據(jù)電氣接線圖和設(shè)備外形尺寸初步布置了直流場設(shè)計方案，然后專業(yè)內(nèi)部在三維布置模型的基礎(chǔ)上對設(shè)計方案進(jìn)行了評審。在優(yōu)化了初步設(shè)計方案后，電氣專業(yè)向結(jié)構(gòu)和總圖專業(yè)提交了設(shè)計資料，保證了相關(guān)設(shè)計工作的順利開展。結(jié)構(gòu)設(shè)計將電氣專業(yè)數(shù)據(jù)資料在Staad軟件中建模分析計算，并將構(gòu)架和避雷線塔等的主體三維模型直接導(dǎo)出，節(jié)點板等細(xì)部構(gòu)件在結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計軟件中完善，完成了構(gòu)架的三維設(shè)計，并將設(shè)計成果返回給電氣專業(yè)校核。在設(shè)備支架的詳細(xì)設(shè)計階段，將復(fù)雜設(shè)備支架模型采用三維數(shù)字化設(shè)計手段反映，如極線雙靜觸頭隔離開關(guān)其動側(cè)和靜側(cè)支架的相對關(guān)系就比較復(fù)雜，采用三維設(shè)計如圖1-1所示，使設(shè)計意圖更加直觀和清晰。圖1-1直流極線雙靜觸頭隔離開關(guān)支架示意圖電氣專業(yè)在防雷計算的基礎(chǔ)上，利用土建專業(yè)構(gòu)架和避雷線塔模型，將直流場防雷布置采用三維數(shù)字化方式展示，如圖1-2所示，使直流場比較復(fù)雜的避雷線布置更加形象和直觀，使施工單位在此基礎(chǔ)上能夠充分理解設(shè)計圖紙中的信息。圖1-2直流場避雷線布置電氣專業(yè)采用三維數(shù)字化設(shè)計能夠更方便的進(jìn)行帶電距離校驗和硬碰撞檢查等工作。電氣關(guān)鍵點的帶電距離校驗（軟碰撞）可在三維布置中直接量取，如圖1-3所示。與傳統(tǒng)二維設(shè)計中依靠設(shè)計人員的空間想象力和復(fù)雜計算相比，提高了校驗的效率。電氣設(shè)備相對位置關(guān)系在滿足空氣凈距規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行布置的進(jìn)一步優(yōu)化，優(yōu)化后的直流場布置如圖1-4所示。圖1-3直流場帶電距離的校驗圖1-4優(yōu)化后的直流場布置對于傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式，各專業(yè)負(fù)責(zé)各自的設(shè)計范疇，極易發(fā)生溝通不到位，或考慮不周全而導(dǎo)致碰撞問題的發(fā)生。三維數(shù)字化設(shè)計中，各專業(yè)采用了協(xié)同設(shè)計，可以直觀地了解其他專業(yè)的設(shè)計內(nèi)容，最大限度地減少或杜絕硬碰撞，如圖1-5所示，并且在設(shè)計階段將差錯及時改正，避免了現(xiàn)場的返工。圖1-5直流場硬碰撞的檢查區(qū)別于傳統(tǒng)二維設(shè)計方式，設(shè)計時直接對三維模型進(jìn)行布置，然后通過三維模型根據(jù)工程需要任意的抽取軸視圖或者平斷面圖，如圖1-6所示。通過三維設(shè)計出圖從數(shù)量和信息量上都較原有二維出圖方式有很大地提高，經(jīng)過簡單修改和標(biāo)注后可用于施工圖，如圖1-7所示。軸視圖和斷面圖兩者結(jié)合可以更清晰、更直觀、更精確地指導(dǎo)施工，提高施工質(zhì)量和工作效率，縮短施工周期。圖1-6直流場布置圖中抽取斷面圖圖1-7直流場抽取的斷面圖2應(yīng)用體會及思考采用三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能夠更加直觀的反映工程師的設(shè)計理念，尤其是在直流場等復(fù)雜配電裝置區(qū)域的設(shè)計中，能夠合理優(yōu)化設(shè)計方案，且設(shè)計成品能形象的指導(dǎo)施工，提高工程建設(shè)質(zhì)量和效率。此外，設(shè)計人員之間能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計資料的有效共享和利用，在此基礎(chǔ)上減少了因配合疏忽而造成的差、碰和漏等問題，提高設(shè)計質(zhì)量。3結(jié)語電力工業(yè)是資金和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，設(shè)計作為電力工程建設(shè)中的龍頭也在不斷的采用新技術(shù)提高設(shè)計能力和設(shè)計質(zhì)量。三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在國內(nèi)電力設(shè)計行業(yè)中的應(yīng)用正在不斷發(fā)展，雖然目前三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)和設(shè)計軟件都還有需要改進(jìn)和完善的環(huán)節(jié)，但我們期待在今后的工程設(shè)計中進(jìn)一步深入開展三維數(shù)字化設(shè)計實踐，為數(shù)字電網(wǎng)及智能電網(wǎng)的建設(shè)夯實基礎(chǔ)，為我國的電力發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。參考文獻(xiàn)[1]趙畹君.\o"高壓直流輸電工程技術(shù)（第二版）"高壓直流輸電工程技術(shù)（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2011.[2]HYPERLINK"/Main/Search.aspx?w=%e4%b