關(guān)于架空輸電線路三維設(shè)計(jì)集中平臺的應(yīng)用分析

蔣哲 程俊溢

1 三維設(shè)計(jì)集中平臺

相較于傳統(tǒng)的紙面作業(yè)和人工計(jì)算，目前線路工程設(shè)計(jì)已越來越多的應(yīng)用新技術(shù)和各種軟件來對工程進(jìn)行更為精確的計(jì)算分析。從傳統(tǒng)的二維地形圖到如今的利用遙感等技術(shù)得到的三維電子地形圖，從室內(nèi)選線到三維系統(tǒng)選線，從理論數(shù)值計(jì)算到仿真模擬直觀演示，從線路平斷面圖到三維圖像成果展示，三維技術(shù)的應(yīng)用讓設(shè)計(jì)變得更為簡單直觀。我院應(yīng)用輸電線路三維設(shè)計(jì)集中平臺，將工程原始資料統(tǒng)一于服務(wù)器上，利用云端技術(shù)將各專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容同時體現(xiàn)在服務(wù)器中的三維場景上，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)交互的輸電線路三維設(shè)計(jì)成果。

我院所用輸電線路三維設(shè)計(jì)集中平臺，主要集成有三維數(shù)字化選線系統(tǒng)、架空送電線路平斷面圖處理及定位系統(tǒng)、三維桿塔與基礎(chǔ)系統(tǒng)、三維金具組裝系統(tǒng)及電氣校驗(yàn)、桿塔荷載計(jì)算等軟件。通過加載遙感技術(shù)測量所得的三維地形圖，結(jié)合法律法規(guī)及政府規(guī)劃等要求得到合理的線路路徑走向和對應(yīng)的平斷面圖，最終利用所得的平斷面成果完成桿塔排位和基礎(chǔ)選型等工作。

2 三維數(shù)字化選線系統(tǒng)

三維數(shù)字化選線系統(tǒng)為集中平臺中最為基礎(chǔ)和重要的一個模塊，我院通過將線路沿線的遙感影像地圖和高程數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量疊加，得到基礎(chǔ)的三維地形圖，再對沿線區(qū)域敏感點(diǎn)（房屋、交叉跨越等）進(jìn)行測量調(diào)繪，形成完善的三維數(shù)字地圖。通過在選線系統(tǒng)中加載該數(shù)字地圖，形成初步的沿線地形地物模型，在模型中給定線路起止點(diǎn)、居民區(qū)、規(guī)劃區(qū)、風(fēng)景區(qū)、地質(zhì)不良區(qū)域等敏感區(qū)域范圍，通過自動算法系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動尋線，得到滿足要求的最短路徑。在現(xiàn)場極為復(fù)雜的情況下，還可直接由設(shè)計(jì)人員標(biāo)定線路路徑，避讓沿線障礙。線路路徑確定同時，系統(tǒng)可同步得到該路徑的斷面視圖，便于設(shè)計(jì)人員結(jié)合桿塔排位來優(yōu)化線路路徑。

3 三維桿塔、金具與基礎(chǔ)

線路路徑確定后，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)確定的線路路徑進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。通過加載的冰區(qū)、風(fēng)區(qū)、污區(qū)等專題圖數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)線路覆冰、風(fēng)速和防污等級的設(shè)計(jì)自動取值。在存在有微地形、微氣象地段，也可以通過設(shè)計(jì)人員人工干預(yù)，避免自動計(jì)算取值錯誤。利用確定完成的設(shè)計(jì)基本參數(shù)，設(shè)計(jì)人員對導(dǎo)地線型號進(jìn)行分析選擇，進(jìn)一步確定工程所用桿塔模塊、基礎(chǔ)型式、金具串和各類附件等。最終將線路各部分有機(jī)整合起來，形成統(tǒng)一的整體。

桿塔作為輸電線路的重要組成部分，其三維建模設(shè)計(jì)已有較多的應(yīng)用，我院利用平臺集成的桿塔應(yīng)力計(jì)算軟件，對鐵塔進(jìn)行三維建模和應(yīng)力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)桿塔設(shè)計(jì)條件的最優(yōu)化。同時根據(jù)三維模型校驗(yàn)，確定構(gòu)建的鐵塔模型與基礎(chǔ)及金具串模型的匹配聯(lián)接，最終通過放樣得到鐵塔實(shí)際的三維模型。

金具串的三維建模在當(dāng)前的線路設(shè)計(jì)應(yīng)用較少，本工程通過對不同種類的金具和絕緣子進(jìn)行三維建模，合理設(shè)置其連接點(diǎn)和連接方式，在三維實(shí)體中對各種金具串進(jìn)行組裝、拆分等逼真模擬。通過對金具參數(shù)的詳細(xì)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)連接金具間的板厚與開口大小、螺栓直徑與孔徑大小、球頭與碗頭、標(biāo)稱破壞荷載與實(shí)際荷載的自動校驗(yàn)，有效的避免了金具不成串的情況發(fā)生。同時通過第一聯(lián)接金具與鐵塔掛點(diǎn)的自動分析比對，避免金具串與鐵塔無法聯(lián)接或聯(lián)接不緊密的情況。另外，通過對三維金具不同視角處理，可以得到該金具串的二維平面組裝圖。

在完成桿塔和金具串?dāng)?shù)據(jù)庫后，設(shè)計(jì)人員根據(jù)此前的平斷面進(jìn)行桿塔排位。確定位置后，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況設(shè)計(jì)桿塔所用基礎(chǔ)型式。最終將桿塔、基礎(chǔ)和金具等有機(jī)結(jié)合起來，形成線路的統(tǒng)一整體，得到輸電線路的三維設(shè)計(jì)圖。

在以上的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)單位可充分利用平臺的集成優(yōu)勢，將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)進(jìn)度和完成的工作實(shí)時展現(xiàn)在服務(wù)器上并實(shí)現(xiàn)同步交互，使輸電線路設(shè)計(jì)工作更加有序、統(tǒng)一的進(jìn)行，也避免了因不同專業(yè)間交、提資不規(guī)范引起的質(zhì)量問題。

4 電氣校驗(yàn)

目前我院設(shè)計(jì)平臺中的架空送電線路平斷面圖處理及定位系統(tǒng)基本包含了大部分電氣計(jì)算和校驗(yàn)的功能，不同工況下絕緣子風(fēng)偏情況和導(dǎo)地線的運(yùn)行狀態(tài)則可通過在三維成品中設(shè)定不同的運(yùn)行工況，直觀觀測到大風(fēng)、覆冰、高溫等氣象條件下導(dǎo)地線的弧垂及偏移，同時可通過測量導(dǎo)線風(fēng)偏時對危險點(diǎn)的空間距離以判斷線路設(shè)計(jì)是否合理，并進(jìn)行針對性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在實(shí)際應(yīng)用中，除以上對方式對電氣距離進(jìn)行測量與校驗(yàn)外，還可通過開放軟件數(shù)據(jù)接口集成的其他軟件對導(dǎo)地線張力、電磁環(huán)境、短路電流、脫冰跳躍等進(jìn)行分析和計(jì)算，通過對所分析對象的精確賦值，最終模擬出一個與實(shí)際運(yùn)行相似的結(jié)果，為線路運(yùn)維和檢修提供指導(dǎo)意見。另外，還可通過設(shè)定地質(zhì)條件、線路荷載等對基礎(chǔ)承載力和鐵塔應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算和校驗(yàn)，通過模擬情況分析避免今后運(yùn)行中的線路安全隱患。

5 成果展示

本工程設(shè)計(jì)完成后可得到的與實(shí)際情況基本一致的三維成果圖，設(shè)計(jì)的基本信息均內(nèi)置與該成品中。實(shí)際應(yīng)用中可據(jù)此提取常用的二維圖形以方便施工和存檔。

另外，根據(jù)所得三維成品模型，還可直接統(tǒng)計(jì)工程中鐵塔、混凝土、導(dǎo)地線、絕緣子、金具等的所有材料耗量統(tǒng)計(jì)，自動完成對工程的各種技術(shù)指標(biāo)分析，并依此對工程造價進(jìn)行計(jì)算，得到最為優(yōu)化的線路設(shè)計(jì)方案。

6 結(jié)論

通過對輸電線路三維設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用，我院得到了直觀可視的三維成果。通過建立交互式信息數(shù)據(jù)平臺，將測量、地質(zhì)、電氣、結(jié)構(gòu)等專業(yè)在平臺上進(jìn)行有效整合，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的同步上傳和修改，避免因?yàn)閷I(yè)間配合導(dǎo)致設(shè)計(jì)時間增加和錯誤。通過計(jì)算機(jī)智能化分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)線路路徑最優(yōu)選擇，精簡工程中桿塔數(shù)量，減少現(xiàn)場工作量，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。通過建立實(shí)物模型，對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行模擬分析，展示線路在不同工況下的運(yùn)行情況，在設(shè)計(jì)階段排除運(yùn)行中存在的危險因素，指導(dǎo)線路的運(yùn)行檢修工作。

（作者單位：國網(wǎng)湖南省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院）