关于架空输电线路三维设计集中平台的应用分析

蒋哲 程俊溢

1 三维设计集中平台

相较于传统的纸面作业和人工计算，目前线路工程设计已越来越多的应用新技术和各种软件来对工程进行更为精确的计算分析。从传统的二维地形图到如今的利用遥感等技术得到的三维电子地形图，从室内选线到三维系统选线，从理论数值计算到仿真模拟直观演示，从线路平断面图到三维图像成果展示，三维技术的应用让设计变得更为简单直观。我院应用输电线路三维设计集中平台，将工程原始资料统一于服务器上，利用云端技术将各专业的设计内容同时体现在服务器中的三维场景上，实现各专业交互的输电线路三维设计成果。

我院所用输电线路三维设计集中平台，主要集成有三维数字化选线系统、架空送电线路平断面图处理及定位系统、三维杆塔与基础系统、三维金具组装系统及电气校验、杆塔荷载计算等软件。通过加载遥感技术测量所得的三维地形图，结合法律法规及政府规划等要求得到合理的线路路径走向和对应的平断面图，最终利用所得的平断面成果完成杆塔排位和基础选型等工作。

2 三维数字化选线系统

三维数字化选线系统为集中平台中最为基础和重要的一个模块，我院通过将线路沿线的遥感影像地图和高程数据进行矢量叠加，得到基础的三维地形图，再对沿线区域敏感点（房屋、交叉跨越等）进行测量调绘，形成完善的三维数字地图。通过在选线系统中加载该数字地图，形成初步的沿线地形地物模型，在模型中给定线路起止点、居民区、规划区、风景区、地质不良区域等敏感区域范围，通过自动算法系统可实现自动寻线，得到满足要求的最短路径。在现场极为复杂的情况下，还可直接由设计人员标定线路路径，避让沿线障碍。线路路径确定同时，系统可同步得到该路径的断面视图，便于设计人员结合杆塔排位来优化线路路径。

3 三维杆塔、金具与基础

线路路径确定后，设计人员需根据确定的线路路径进行工程设计。通过加载的冰区、风区、污区等专题图数据，可实现线路覆冰、风速和防污等级的设计自动取值。在存在有微地形、微气象地段，也可以通过设计人员人工干预，避免自动计算取值错误。利用确定完成的设计基本参数，设计人员对导地线型号进行分析选择，进一步确定工程所用杆塔模块、基础型式、金具串和各类附件等。最终将线路各部分有机整合起来，形成统一的整体。

杆塔作为输电线路的重要组成部分，其三维建模设计已有较多的应用，我院利用平台集成的杆塔应力计算软件，对铁塔进行三维建模和应力计算，实现杆塔设计条件的最优化。同时根据三维模型校验，确定构建的铁塔模型与基础及金具串模型的匹配联接，最终通过放样得到铁塔实际的三维模型。

金具串的三维建模在当前的线路设计应用较少，本工程通过对不同种类的金具和绝缘子进行三维建模，合理设置其连接点和连接方式，在三维实体中对各种金具串进行组装、拆分等逼真模拟。通过对金具参数的详细设定，实现连接金具间的板厚与开口大小、螺栓直径与孔径大小、球头与碗头、标称破坏荷载与实际荷载的自动校验，有效的避免了金具不成串的情况发生。同时通过第一联接金具与铁塔挂点的自动分析比对，避免金具串与铁塔无法联接或联接不紧密的情况。另外，通过对三维金具不同视角处理，可以得到该金具串的二维平面组装图。

在完成杆塔和金具串数据库后，设计人员根据此前的平断面进行杆塔排位。确定位置后，根据实际地质情况设计杆塔所用基础型式。最终将杆塔、基础和金具等有机结合起来，形成线路的统一整体，得到输电线路的三维设计图。

在以上的设计过程中，设计单位可充分利用平台的集成优势，将不同专业的设计进度和完成的工作实时展现在服务器上并实现同步交互，使输电线路设计工作更加有序、统一的进行，也避免了因不同专业间交、提资不规范引起的质量问题。

4 电气校验

目前我院设计平台中的架空送电线路平断面图处理及定位系统基本包含了大部分電气计算和校验的功能，不同工况下绝缘子风偏情况和导地线的运行状态则可通过在三维成品中设定不同的运行工况，直观观测到大风、覆冰、高温等气象条件下导地线的弧垂及偏移，同时可通过测量导线风偏时对危险点的空间距离以判断线路设计是否合理，并进行针对性优化设计。

在实际应用中，除以上对方式对电气距离进行测量与校验外，还可通过开放软件数据接口集成的其他软件对导地线张力、电磁环境、短路电流、脱冰跳跃等进行分析和计算，通过对所分析对象的精确赋值，最终模拟出一个与实际运行相似的结果，为线路运维和检修提供指导意见。另外，还可通过设定地质条件、线路荷载等对基础承载力和铁塔应力进行计算和校验，通过模拟情况分析避免今后运行中的线路安全隐患。

5 成果展示

本工程设计完成后可得到的与实际情况基本一致的三维成果图，设计的基本信息均内置与该成品中。实际应用中可据此提取常用的二维图形以方便施工和存档。

另外，根据所得三维成品模型，还可直接统计工程中铁塔、混凝土、导地线、绝缘子、金具等的所有材料耗量统计，自动完成对工程的各种技术指标分析，并依此对工程造价进行计算，得到最为优化的线路设计方案。

6 结论

通过对输电线路三维设计平台的应用，我院得到了直观可视的三维成果。通过建立交互式信息数据平台，将测量、地质、电气、结构等专业在平台上进行有效整合，实现工程数据的同步上传和修改，避免因为专业间配合导致设计时间增加和错误。通过计算机智能化分析计算，实现线路路径最优选择，精简工程中杆塔数量，减少现场工作量，提高数据准确性。通过建立实物模型，对现场实际情况进行模拟分析，展示线路在不同工况下的运行情况，在设计阶段排除运行中存在的危险因素，指导线路的运行检修工作。

（作者单位：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院）