±400 kV青藏直流联网工程换流站三维数字化移交

梅念，陈东，杜晓磊，杨媛，王赞，程炜

(国网北京经济技术研究院，北京市，100052)

0 引言

作为一种大容量、远距离的输电技术，高压直流输电在我国省间、区域间联网工程中的应用日益广泛。据统计，我国已有14项投入运行的高压直流输电工程和3项建设中的±800 kV特高压直流输电工程，而且1 100 kV特高压直流输电的前期研究也已展开［1-3］，并可能成为我国未来大区域电网互联的手段之一。

目前已有研究人员在直流系统的次同步振荡［4-5］、主设备的技术规范［6］、直流保护［7］、交流系统故障对直流系统的影响［8］、阀厅三维电场分析［9-10］等方面进行了有益的探索。作为电力工程领域工程设计及展示的重要手段［11-13］，三维数字化设计在直流工程中也进行了有益的尝试［14］。对于直流输电工程，传统的二维设计通常难以解决换流站中空气净距校核、施工图纸相互矛盾造成重复施工、设备外形变动较大造成套图繁琐等问题。此外，工程竣工时仅提交施工图纸和厂家资料的电网建设移交方式具有不直观、查询效率低等缺陷，难以辅助管理者决策、满足三维仿真培训的需求［14］。因此，青藏工程三维数字化移交着重对三维模型的详尽程度、三维建模软件的通用性、三维浏览软件的易用性、二维文档检索的便捷性等问题进行了探索。

本文分析了青藏工程换流站三维数字化移交的总体界面及其设计理念，探讨了三维建模、三维发布等技术，研究了二维文档的检索方式。

1 三维模型和二维文档的融合

目前已有公司开发了专用的换流站三维数字化移交管理平台，编制了专用的数据管理软件并建立了后台专用数据库，管理设计过程中的交互配合文件，实现各专业协同。但是，专用管理平台涉及安装和学习专用管理软件、数据库，占用资源且过程复杂。

在青藏工程三维数字化移交中，将三维模型、施工图和厂家资料等二维文档嵌入免安装的移交界面，并利用Windows资源管理器管理二维文档。以拉萨站为例，其三维数字化移交的主界面如图1所示。

图1 三维数字化移交主界面Fig.1 Main interface of three-dimensional digitalization transfer

考虑到在二维文档中，总平面、主接线、站用电主接线、控制室布置图为司令图，在主界面上提供这些施工图的浏览按钮，同时以此类图为引导派生出检索施工图和厂家资料的多种方式。这样二维文档就可以有多种检索途径，便于业主查找和管理。

2 三维建模及发布

2.1 采用通用的设计软件进行三维建模

青藏工程换流站三维数字化移交，不仅在三维模型的精细化程度，例如基础、桥架、灯具等方面进行了拓展，还在三维建模软件的广普性方面进行了广泛的前期调研。AutoCAD是在电力设计领域广泛应用的软件，具有较完善的三维绘图功能，在青藏工程中，部分设计单位采用该软件建立了换流站三维模型； Microstation是Bentley公司用于三维设计的专业化软件，在三维空间空气净距测量方面有突出优点。目前，直流建设公司采用Microstation软件，已完成向上、宁东、荆沪和青藏工程8个换流站、20个阀厅的施工图设计。由于AutoCAD和Microstation建立的三维模型可以相互转换，因此各设计单位完成所负责范围内的三维模型后，按照统一的制图原点拼合在一起，可形成全站总装后的整体三维模型。

三维模型的属性是数字化移交的重要内容，对快速获取设备信息具有重要作用。青藏工程利用AutoCAD和Microstation软件自带的简单数据库，不仅操作简单，也避免了专业数据库带来的安装及内存资源的大量占用。

三维建模完成以后，空气净距的校核、平断面三维切图、换流站三维浏览、施工顺序模拟和视频动画等都是随之附带的设计成果。

2.2 采用通用的浏览软件发布三维成果

各设计单位将所负责范围内的三维设计模型转换成Navisworks三维浏览文件，然后将其拼合在一起，可以形成全站三维浏览文件。

用Navisworks软件整合的三维浏览文件，可比较方便地进行碰撞检测和重力检测、测量安全带电距离、4D仿真(施工模拟)等。经过编译的浏览文件大小明显优化，显示速度加快，易于操作和演示，并且可以为每个设备提供单独的信息查询界面。此外，当用户要浏览三维模型时，直接下载免费的Navisworks软件就能方便地观看全站三维模型，便于在设计、建设和运行人员中推广。

在青藏工程换流站的三维演示中，设计单位采用AutoCAD和Microstation 2种三维软件建模，并通过Navisworks软件转换为换流站三维浏览文件，给用户直观上的展示。拉萨换流站三维模型如图2所示。

图2 拉萨换流站三维模型鸟瞰图Fig.2 Aerial view of Lhasa converter station by three-dimensionalm odel

3 施工图和厂家资料的检索方式

三维数字化移交中的另一个重点是换流站施工图纸和厂家资料的整合。通过将二维文档与三维模型有机结合，并有序地管理二维文档，方便用户的查询和更新。

在以往工作的基础上，已自行摸索出一套青藏工程换流站特有的二维文档管理细则。青藏工程换流站数字化移交编制的文档查询系统，充分考虑了用户在检索方便的同时尽量减少资料二次整合的工作量，最终确定了以设计单位的施工图和厂家资料为基础，多种检索主线相结合的方式。

各种检索主线的界面分别如图3～7所示，其中左栏上部提供目录检索方式，方便了熟悉换流站通用设计的人员；左栏下部提供图形检索方式，方便了熟悉换流站实际布置的运行人员。

本工程三维数字化移交确定的检索方式有按区域、按专业、按主接线、按站用电主接线、按控制室布置图检索这5种检索方式。

(1)“按区域检索施工图和厂家资料”界面以总平面为司令图，将换流站二维文档按照区域分为阀厅、油抗/换流变及换流变广场、直流场等13个部分，每个部分按照专业进行分类。以阀厅区域的“阀厅工艺设计”页面为例，其展示的二维文档界面如图3所示。

图3 “按区域检索施工图和厂家资料”界面Fig.3 Inter face of search system for construction draw ings and manufacturer data by station areas

(2)“按专业检索施工图和厂家资料”界面以总平面为司令图，将换流站二维文档按照设计单位分为2个部分，每个部分按照专业进行分类。以直流公司设计的“阀厅工艺电气”页面为例，其展示的二维文档界面如图4所示。

图4 “按专业检索施工图和厂家资料”界面Fig.4 Inter face of search system for construction draw ings and manufacturer data by station profession

(3)“按主接线检索厂家资料”界面以主接线为司令图，将换流站设备的厂家资料按照主接线分区分为若干个部分，每个部分以设备为单位进行分类。以阀厅区域的“换流阀及阀避雷器”为例，其展示的厂家资料界面如图5所示。

图5 “按主接线检索厂家资料”界面Fig.5 Interface of search system for manufacturer data by main connection

(4)“按站用电接线检索厂家资料”界面以站用电主接线为司令图，将站用电厂家资料按照站用电主接线分区分为若干个部分，每个部分按照最小设备单位进行分类。例如对于高低压站用变精确到设备，对于400 V开关柜精确到屏柜。以高压站用变区域的“1号站用高压220 kV工作变”界面为例，其展示的厂家资料如图6所示。

图6 “按站用电接线检索厂家资料”界面Fig.6 Interface of search system for manufacturer data by station power connection

(5)“按控制室检索厂家资料”界面以控制室布置图为司令图，将屏柜厂家资料按照屏柜所在的控制室分为若干个部分，每个部分按照屏柜用途进行分类。以“极1－1阀内冷控制屏柜”界面为例，其展示的厂家资料如图7所示。

图7 “按控制室检索厂家资料”界面Fig.7 Interface of search system for manufacturer data by station control rooms

4 结论

(1)采用AutoCAD及Microstation软件建模，便于设计人员使用。

(2)采用Navisworks软件进行成果发布，有利于进行冲突管理和碰撞检测，界面友好，便于实施施工模拟和实时浏览，展示效果好。

(3)提供施工图和厂家资料等多种检索方式，便于用户查找和管理。

(4)使用成本低。Navisworks和二维文档编译的界面均可免费使用，不用购置专门的软件。

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