三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用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(chǎng)設(shè)計(jì)所面對(duì)的需求和挑戰(zhàn)。在比較了三維設(shè)計(jì)和二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了某換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)中電氣和土建專業(yè)采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用情況，尤其是在設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)在換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)中的體會(huì)。關(guān)鍵詞：三維數(shù)字化；換流站；直流場(chǎng)；設(shè)計(jì)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(lái)，由于其輸送容量大，輸送距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)迅速發(fā)展起來(lái)，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(shì)非常明顯1。直流

2、場(chǎng)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(diǎn)。而直流場(chǎng)電壓等級(jí)多、電極形狀復(fù)雜等都對(duì)直流場(chǎng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，尤其對(duì)空氣間隙凈距測(cè)量、碰撞檢查和設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)的應(yīng)用1.1 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)目前常規(guī)的設(shè)計(jì)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(jì)，不僅帶有局限性和特殊性，且在工程進(jìn)度的約束下對(duì)詳細(xì)布置的經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化缺乏控制，效率也比較低。并且傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，各專業(yè)之間只是通過(guò)互提的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)資料的交換，專業(yè)設(shè)計(jì)工作是在相對(duì)獨(dú)立的范圍內(nèi)開(kāi)展，專業(yè)之間信息共享程度較低。直流場(chǎng)設(shè)計(jì)是在滿足直流場(chǎng)電氣接線和不同電

3、壓等級(jí)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(jì)，直流場(chǎng)電壓等級(jí)多、電極形狀復(fù)雜等特點(diǎn)對(duì)如何優(yōu)化直流場(chǎng)設(shè)計(jì)方案提出了新的挑戰(zhàn)2。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，各個(gè)專業(yè)、各個(gè)設(shè)計(jì)人員溝通和協(xié)同工作的效率不高，難免會(huì)出現(xiàn)一些碰、漏問(wèn)題。三維設(shè)計(jì)中，各個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員在一個(gè)協(xié)同的環(huán)境下建立一個(gè)三維模型，而這個(gè)模型又是全信息、立體、可視、多方位查看瀏覽的，設(shè)計(jì)人員就容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再通過(guò)碰撞檢查，可以檢查出專業(yè)之間的碰撞，將設(shè)計(jì)中差、錯(cuò)和碰等問(wèn)題降至最低，大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量3。1.2 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的應(yīng)用在某換流站直流場(chǎng)設(shè)計(jì)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(chǎng)設(shè)計(jì)方案，然后專業(yè)內(nèi)部在三

4、維布置模型的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了評(píng)審。在優(yōu)化了初步設(shè)計(jì)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(jì)資料，保證了相關(guān)設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將電氣專業(yè)數(shù)據(jù)資料在Staad軟件中建模分析計(jì)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(diǎn)板等細(xì)部構(gòu)件在結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件中完善，完成了構(gòu)架的三維設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)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(jì)階段，將復(fù)雜設(shè)備支架模型采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)手段反映，如極線雙靜觸頭隔離開(kāi)關(guān)其動(dòng)側(cè)和靜側(cè)支架的相對(duì)關(guān)系就比較復(fù)雜，采用三維設(shè)計(jì)如圖1-1所示，使設(shè)計(jì)意圖更加直觀和清晰。圖1-1 直流極線雙靜觸頭隔離開(kāi)關(guān)支架示意圖電氣專業(yè)在防雷計(jì)算的基礎(chǔ)上，利用土建專

5、業(yè)構(gòu)架和避雷線塔模型，將直流場(chǎng)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(chǎng)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(jì)圖紙中的信息。圖1-2 直流場(chǎng)避雷線布置電氣專業(yè)采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能夠更方便的進(jìn)行帶電距離校驗(yàn)和硬碰撞檢查等工作。電氣關(guān)鍵點(diǎn)的帶電距離校驗(yàn)（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(jì)中依靠設(shè)計(jì)人員的空間想象力和復(fù)雜計(jì)算相比，提高了校驗(yàn)的效率。電氣設(shè)備相對(duì)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(chǎng)布置如圖1-4所示。圖1-3 直流場(chǎng)帶電距離的校驗(yàn)圖1-4 優(yōu)化后的直流場(chǎng)布置對(duì)于傳統(tǒng)的二

6、維設(shè)計(jì)模式，各專業(yè)負(fù)責(zé)各自的設(shè)計(jì)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(wèn)題的發(fā)生。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)中，各專業(yè)采用了協(xié)同設(shè)計(jì)，可以直觀地了解其他專業(yè)的設(shè)計(jì)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(jì)階段將差錯(cuò)及時(shí)改正，避免了現(xiàn)場(chǎng)的返工。圖1-5 直流場(chǎng)硬碰撞的檢查區(qū)別于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)時(shí)直接對(duì)三維模型進(jìn)行布置，然后通過(guò)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(guò)三維設(shè)計(jì)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(guò)簡(jiǎn)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(chǎng)布置圖中抽取斷面圖圖1-7 直流場(chǎng)抽取的斷面圖2 應(yīng)用體會(huì)及思考采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠更加直觀的反映工程師的設(shè)計(jì)理念，尤其是在直流場(chǎng)等復(fù)雜配電裝置區(qū)域的設(shè)計(jì)中，能夠合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，且設(shè)計(jì)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(jì)人員之間能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)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(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。3 結(jié)語(yǔ)電力工業(yè)是資金和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，設(shè)計(jì)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(jì)能力和設(shè)計(jì)質(zhì)量。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在國(guó)內(nèi)電力設(shè)計(jì)行