三维技术在配电线路设计中的应用*

石 宏，费晓明，沈 恺

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

三维技术在配电线路设计中的应用*

石 宏，费晓明，沈 恺

（湖州电力局，浙江 湖州 313000）

利用三维技术优势进行配电线路设计，设计过程符合一般设计思维习惯，设计成果更形象直观，可大大提升设计效率，实现全方位互动式观察，模拟安装拆解全过程，提供丰富的辅助分析功能，便于设计成果的交流培训和设计创新.

三维；配电；设计；应用

三维技术具有设计成果形象直观、设计效率高、可实现全方位互动式观察，可模拟安装拆解全过程，提供丰富的高级辅助分析功能，便于设计成果的交流培训等优点.利用三维技术还可以模拟实物试验场景，解决实物试验准备时间长、成本高等问题，方便设计人员对装置进行研究和改进，有利于进行设计创新.

1 三维技术的特点及优势

配电线路是电力系统中面向千家万户的重要组成部分，配电线路设计水平的高低是决定供用电是否安全可靠、经济合理、技术先进的首要因素。传统的配电线路设计大部分采用二维CAD技术，设计人员一般用2～3个相互关联的二维投影图来表达配电线路的具体设计要求，遇到新型配电线路装置设计时，通常是在原近似的设计图纸上逐一进行人工手动修改.由于二维机械CAD技术的表达方式抽象、设计成果不直观、设计变更后的修改工作量大等缺点限制了其在配电线路设计领域的进一步进行深化应用.三维技术发展至今已有30余年，已经在机械、电子、建筑等各领域得到了广泛的应用.三维技术使产品的设计制造水平、推广应用和更新换代效率等方面得到了重大提升，已逐渐成为反映一个行业设计水平高低的标志.目前在国际市场上最有影响的机械三维设计软件有：Pro／E、CATIA、UG、Auto CAD、Solid Works等.我们在进行配电线路设计时，总是希望通过计算机能模拟施工现场，选用各种材料设备构建出各种配电线路装置，并能够随意拆卸.三维技术就能满足设计人员的这些常规设计思维习惯，使用机械三维设计软件通过零件设计、装配设计、工程图设计、工艺演示设计等各个设计阶段，能够让我们用零件先构造出三维立体的设计模型，再自动生成二维工程图，并可进行应力／应变分析、质量属性分析、空间运动模拟、装配干涉检查、造型和外观的效果渲染等工作.

三维技术具有设计成果形象直观、设计效率高、可实现全方位互动式观察，可模拟安装拆解全过程，提供丰富的高级辅助分析功能，便于设计成果的交流培训等优点.利用三维技术还可以模拟实物试验场景，解决实物试验准备时间长、成本高等问题，方便设计人员对装置进行研究和改进，有利于进行设计创新.

2 充分利用三维技术优势进行配电线路设计

随着配电技术的迅速发展和日趋完善，新型配网设备不断得以应用，配电线路装置的变化速度也越来越快，三维技术凭借其强大的技术优势，非常适合用来对零部件密集、形式复杂多样、装置变化速度快的配电线路进行设计，以下将阐述如何充分发挥三维技术优势实现对配电线路的深化设计.

（1）利用三维建模使设计成果更直观形象，实现全方位互动式观察.以往的配电线路设计普遍采用传统的二维CAD技术，只能用有限个相关联的二维投影图来阐述全部的设计要求.利用三维技术则可以通过材质选择、颜色设置、场景渲染之后，建立与配电线路实物完全相似的三维模型，最终的设计成果非常直观形象.三维技术把传统方法只能以抽象形式表达的各类配电线路杆型装置以最直观形象、生动具体的方式展示出来，可视化程度高，并且可以进行全方位的互动观察，实现从任意方向和角度观察装置的各个局部.使设计人员在初始设计环节就能全方位接触虚拟零部件及总装置图，了解各个装配细部特征，便于尽早发现设计缺陷，提高设计成果的准确性.

（2）三维建模后，通过自动生成三视工程图，自动标注零件序号和统计材料清单等方法，可以大大减轻设计人员的工作量且符合人的一般设计思维习惯.进行配电线路装置设计，先利用三维技术进行建模，一旦完成建模即可以方便地产生任意方向的平面投影视图，自动生成零件序号和材料清单，快速形成设计图纸.对于局部可以通过剖切形体自动获得剖视、断面图.同时三维技术可采用参数驱动，只需对零部件的尺寸数值等参数进行编辑调整即可完成对该零部件的三维几何形状的自动改变，所有采用该零部件的装置也会自动进行调整，解决了某个零部件的变动导致整个系列化设计图纸都需要逐个进行修改的问题，各个零件完成建模进入零件库后，可以重复使用装配成配电线路的各类杆型.如需在装置中对某个零部件进行位置调整或增加删除变动，在形象的三维模型中进行操作后对应的投影视图会自动完成修改，避免了原二维设计方法中一处修改后通常需要在三视图中逐个修改的情况.如上所述，三维技术相比原二维机械CAD的设计方法，使配电线路的设计过程变的非常轻松和灵活，减轻工作量的同时减少了设计差错，大大提升了设计效率.

（3）利用三维空间的距离测量、装配干涉检查等功能保证线路装置间的电气安全距离和各零件之间的装配关系.如图1所示，10k V线路装置的跌落下桩头距离跌落横担斜撑的空间距离为320.68mm，按照电压序列优化方案如果将原10k V配电线路装置直接升压为20k V运行，根据20k V线路对铁件的距离不小于350mm的要求，为保证足够的电气安全距离，该跌落装置需要在以下三种方法中选择一种实施改造：①加长跌落样板长度使得跌落下桩头与跌落横担斜撑的电气距离满足安全要求；②跌落横担的水平斜撑改成斜拉；③跌落下桩头加装绝缘护罩.如上所述，利用三维技术可以在配电线路施工之前进行具体杆型的虚拟装配、电气安全距离检查，在设计阶段就可以发现线路装置存在的电气安全距离不足等装置性缺陷问题，在配电线路施工之前及时对设计进行修改，避免了重复施工，提高了供电可靠率，保证了配电线路的安全运行.

（4）利用三维虚拟技术可将众多零部件组装成标准的线路装置，同时也可以将复杂的装置拆解成最小的零件单位，可以用视频动画的方式介绍安装、拆解的全过程.相比传统的二维CAD技术，三维虚拟技术通过对线路装置安装、拆解的全过程设计和形象演示，对于平常工作中的不可及、不可视部分均可进行高仿真虚拟再现，实现对整个安装过程的互动可视，更有利于详细规范施工人员在操作过程中的各项施工工艺和注意事项，从而使配电线路的设计深度得以向施工领域进行扩展，规范了配电线路的施工工艺，保证了电力企业在配网建设过程中的施工质量，使施工工艺技术得以延续和不断提高.

（5）三维模型具有质量等物理特性，可进一步进行重量测试、受力分析等物理分析（具体见图2），三维实体只需要在建模的时候明确实体的材质等，就可以自动计算建模实体的重量与重心，从而可以计算得出各类配电线路杆型的自重.另外利用三维软件提供的各种工具，还可以进一步做受力、运动、热效应等高级分析，在配电线路投运之前就可以虚拟杆塔、铁件的受力情况，分析各个零部件的应力、应变等情况，从而可以发现在什么情况下容易出现断裂等危险，进而实现对配电线路装置的优化设计，提高设计水平，保证施工安全和质量.

（6）利用三维技术进行配电线路优化设计还可使设计成果的培训和技术交流变得更高效.电力企业对员工的技能培训特别是对一线员工的培训要求越来越高，传统采用二维机械CAD方法进行的配电线路设计，图纸抽象难以直观表达，理解上易产生偏差，设计成果培训和技术交流的过程往往比较枯燥.三维技术将图像、动画、文字等设计方法进行整合，有利于将设计要求和设计意图用生动、形象、直观的形式准确无误地进行表达，设计成果便于结合电力企业的现场实例进行培训交流，三维设计成果可明显增强受众的理解力和认知程度，使学员易于学习和吸收，通过全方位互动式观察给观者留下深刻印象，缩短人员的培训周期，使成果培训变得更高效，更有利于相互间的技术交流，提高企业整体的技术水准.

3 深化应用前景

目前的配电线路仍普遍采用传统的二维机械CAD软件进行设计，利用三维建模技术进行配电线路设计相比传统的二维机械CAD设计方法，具有可视化程度高、成果形象直观、设计工作量小、高级分析功能丰富等优点，目前的三维技术只零星应用于个别配网设备厂家的新产品开发过程，而在配电线路设计方面特别是配电线路的系列化、通用化设计领域仍是一个空白，因此在配电线路设计领域三维技术具有广阔的深化应用前景，其取代传统的纯二维CAD系统已成为今后发展的必然趋势.

传统的配电线路设计规范、施工验收规程等仅仅依靠文字表述或静态二维图形，一些信息（如隐蔽部分）无法以传统的拍摄模式进行传达，而文字表达较抽象，对规程内容的交流和培训效果较差，三维技术可以完全对配网设备实现三维模拟，可任意剖切实体，观察局部配合，对于宏观、微观、不可视、不可及、遮挡包覆部分均可进行高仿真虚拟再现，将难以表达清楚的场景和过程，准确清晰的一一列举，实现对整个安装过程的互动可视，无需抽象理论性的理解转化过程，因此三维技术可进一步用于配电线路标准施工工艺手册、运行维护手册的编制、将维修和维护的方法直观地演示给用户，直观形象，使用户更容易理解，贴近企业实际应用，以便能准确操作，提高工作效率.

三维技术软件具备的自动化设计功能，减轻了大量简单烦琐的设计工作量，使设计人员能集中精力用于考虑装置的合理性和进行创新型的开发.为满足新的配电线路装置设计要求，设计人员可以构思并尝试前所未有的、全新的配电线路装置，对配电线路装置进行装配模拟，预期所有零件的实际位置，可以任意尝试在实物上不允许的失败，针对存在的问题进行合理性论证和交流探讨，实现配电线路设计创新.

［1］王建赓，胡鹏，于洪侠.变压器结构的三维模块化设计［J］.变压器，2009（3）.

TM726

A

1009-1734（2011）S0-0148-03

2011-09-10

石宏，工程师，从事中压配网工程管理研究.