石 宏，費(fèi)曉明，沈 愷

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

三維技術(shù)在配電線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

石 宏，費(fèi)曉明，沈 愷

（湖州電力局，浙江 湖州 313000）

利用三維技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行配電線路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程符合一般設(shè)計(jì)思維習(xí)慣，設(shè)計(jì)成果更形象直觀，可大大提升設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀察，模擬安裝拆解全過程，提供豐富的輔助分析功能，便于設(shè)計(jì)成果的交流培訓(xùn)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新.

三維；配電；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

三維技術(shù)具有設(shè)計(jì)成果形象直觀、設(shè)計(jì)效率高、可實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀察，可模擬安裝拆解全過程，提供豐富的高級(jí)輔助分析功能，便于設(shè)計(jì)成果的交流培訓(xùn)等優(yōu)點(diǎn).利用三維技術(shù)還可以模擬實(shí)物試驗(yàn)場(chǎng)景，解決實(shí)物試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長、成本高等問題，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)裝置進(jìn)行研究和改進(jìn)，有利于進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新.

1 三維技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

配電線路是電力系統(tǒng)中面向千家萬戶的重要組成部分，配電線路設(shè)計(jì)水平的高低是決定供用電是否安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的首要因素。傳統(tǒng)的配電線路設(shè)計(jì)大部分采用二維CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)人員一般用2～3個(gè)相互關(guān)聯(lián)的二維投影圖來表達(dá)配電線路的具體設(shè)計(jì)要求，遇到新型配電線路裝置設(shè)計(jì)時(shí)，通常是在原近似的設(shè)計(jì)圖紙上逐一進(jìn)行人工手動(dòng)修改.由于二維機(jī)械CAD技術(shù)的表達(dá)方式抽象、設(shè)計(jì)成果不直觀、設(shè)計(jì)變更后的修改工作量大等缺點(diǎn)限制了其在配電線路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的進(jìn)一步進(jìn)行深化應(yīng)用.三維技術(shù)發(fā)展至今已有30余年，已經(jīng)在機(jī)械、電子、建筑等各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.三維技術(shù)使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造水平、推廣應(yīng)用和更新?lián)Q代效率等方面得到了重大提升，已逐漸成為反映一個(gè)行業(yè)設(shè)計(jì)水平高低的標(biāo)志.目前在國際市場(chǎng)上最有影響的機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件有：Pro／E、CATIA、UG、Auto CAD、Solid Works等.我們?cè)谶M(jìn)行配電線路設(shè)計(jì)時(shí)，總是希望通過計(jì)算機(jī)能模擬施工現(xiàn)場(chǎng)，選用各種材料設(shè)備構(gòu)建出各種配電線路裝置，并能夠隨意拆卸.三維技術(shù)就能滿足設(shè)計(jì)人員的這些常規(guī)設(shè)計(jì)思維習(xí)慣，使用機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件通過零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖設(shè)計(jì)、工藝演示設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)階段，能夠讓我們用零件先構(gòu)造出三維立體的設(shè)計(jì)模型，再自動(dòng)生成二維工程圖，并可進(jìn)行應(yīng)力／應(yīng)變分析、質(zhì)量屬性分析、空間運(yùn)動(dòng)模擬、裝配干涉檢查、造型和外觀的效果渲染等工作.

三維技術(shù)具有設(shè)計(jì)成果形象直觀、設(shè)計(jì)效率高、可實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀察，可模擬安裝拆解全過程，提供豐富的高級(jí)輔助分析功能，便于設(shè)計(jì)成果的交流培訓(xùn)等優(yōu)點(diǎn).利用三維技術(shù)還可以模擬實(shí)物試驗(yàn)場(chǎng)景，解決實(shí)物試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長、成本高等問題，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)裝置進(jìn)行研究和改進(jìn)，有利于進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新.

2 充分利用三維技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行配電線路設(shè)計(jì)

隨著配電技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨完善，新型配網(wǎng)設(shè)備不斷得以應(yīng)用，配電線路裝置的變化速度也越來越快，三維技術(shù)憑借其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，非常適合用來對(duì)零部件密集、形式復(fù)雜多樣、裝置變化速度快的配電線路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以下將闡述如何充分發(fā)揮三維技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的深化設(shè)計(jì).

（1）利用三維建模使設(shè)計(jì)成果更直觀形象，實(shí)現(xiàn)全方位互動(dòng)式觀察.以往的配電線路設(shè)計(jì)普遍采用傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)，只能用有限個(gè)相關(guān)聯(lián)的二維投影圖來闡述全部的設(shè)計(jì)要求.利用三維技術(shù)則可以通過材質(zhì)選擇、顏色設(shè)置、場(chǎng)景渲染之后，建立與配電線路實(shí)物完全相似的三維模型，最終的設(shè)計(jì)成果非常直觀形象.三維技術(shù)把傳統(tǒng)方法只能以抽象形式表達(dá)的各類配電線路桿型裝置以最直觀形象、生動(dòng)具體的方式展示出來，可視化程度高，并且可以進(jìn)行全方位的互動(dòng)觀察，實(shí)現(xiàn)從任意方向和角度觀察裝置的各個(gè)局部.使設(shè)計(jì)人員在初始設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就能全方位接觸虛擬零部件及總裝置圖，了解各個(gè)裝配細(xì)部特征，便于盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)成果的準(zhǔn)確性.

（2）三維建模后，通過自動(dòng)生成三視工程圖，自動(dòng)標(biāo)注零件序號(hào)和統(tǒng)計(jì)材料清單等方法，可以大大減輕設(shè)計(jì)人員的工作量且符合人的一般設(shè)計(jì)思維習(xí)慣.進(jìn)行配電線路裝置設(shè)計(jì)，先利用三維技術(shù)進(jìn)行建模，一旦完成建模即可以方便地產(chǎn)生任意方向的平面投影視圖，自動(dòng)生成零件序號(hào)和材料清單，快速形成設(shè)計(jì)圖紙.對(duì)于局部可以通過剖切形體自動(dòng)獲得剖視、斷面圖.同時(shí)三維技術(shù)可采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)，只需對(duì)零部件的尺寸數(shù)值等參數(shù)進(jìn)行編輯調(diào)整即可完成對(duì)該零部件的三維幾何形狀的自動(dòng)改變，所有采用該零部件的裝置也會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，解決了某個(gè)零部件的變動(dòng)導(dǎo)致整個(gè)系列化設(shè)計(jì)圖紙都需要逐個(gè)進(jìn)行修改的問題，各個(gè)零件完成建模進(jìn)入零件庫后，可以重復(fù)使用裝配成配電線路的各類桿型.如需在裝置中對(duì)某個(gè)零部件進(jìn)行位置調(diào)整或增加刪除變動(dòng)，在形象的三維模型中進(jìn)行操作后對(duì)應(yīng)的投影視圖會(huì)自動(dòng)完成修改，避免了原二維設(shè)計(jì)方法中一處修改后通常需要在三視圖中逐個(gè)修改的情況.如上所述，三維技術(shù)相比原二維機(jī)械CAD的設(shè)計(jì)方法，使配電線路的設(shè)計(jì)過程變的非常輕松和靈活，減輕工作量的同時(shí)減少了設(shè)計(jì)差錯(cuò)，大大提升了設(shè)計(jì)效率.

（3）利用三維空間的距離測(cè)量、裝配干涉檢查等功能保證線路裝置間的電氣安全距離和各零件之間的裝配關(guān)系.如圖1所示，10k V線路裝置的跌落下樁頭距離跌落橫擔(dān)斜撐的空間距離為320.68mm，按照電壓序列優(yōu)化方案如果將原10k V配電線路裝置直接升壓為20k V運(yùn)行，根據(jù)20k V線路對(duì)鐵件的距離不小于350mm的要求，為保證足夠的電氣安全距離，該跌落裝置需要在以下三種方法中選擇一種實(shí)施改造：①加長跌落樣板長度使得跌落下樁頭與跌落橫擔(dān)斜撐的電氣距離滿足安全要求；②跌落橫擔(dān)的水平斜撐改成斜拉；③跌落下樁頭加裝絕緣護(hù)罩.如上所述，利用三維技術(shù)可以在配電線路施工之前進(jìn)行具體桿型的虛擬裝配、電氣安全距離檢查，在設(shè)計(jì)階段就可以發(fā)現(xiàn)線路裝置存在的電氣安全距離不足等裝置性缺陷問題，在配電線路施工之前及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，避免了重復(fù)施工，提高了供電可靠率，保證了配電線路的安全運(yùn)行.

（4）利用三維虛擬技術(shù)可將眾多零部件組裝成標(biāo)準(zhǔn)的線路裝置，同時(shí)也可以將復(fù)雜的裝置拆解成最小的零件單位，可以用視頻動(dòng)畫的方式介紹安裝、拆解的全過程.相比傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)，三維虛擬技術(shù)通過對(duì)線路裝置安裝、拆解的全過程設(shè)計(jì)和形象演示，對(duì)于平常工作中的不可及、不可視部分均可進(jìn)行高仿真虛擬再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)安裝過程的互動(dòng)可視，更有利于詳細(xì)規(guī)范施工人員在操作過程中的各項(xiàng)施工工藝和注意事項(xiàng)，從而使配電線路的設(shè)計(jì)深度得以向施工領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展，規(guī)范了配電線路的施工工藝，保證了電力企業(yè)在配網(wǎng)建設(shè)過程中的施工質(zhì)量，使施工工藝技術(shù)得以延續(xù)和不斷提高.

（5）三維模型具有質(zhì)量等物理特性，可進(jìn)一步進(jìn)行重量測(cè)試、受力分析等物理分析（具體見圖2），三維實(shí)體只需要在建模的時(shí)候明確實(shí)體的材質(zhì)等，就可以自動(dòng)計(jì)算建模實(shí)體的重量與重心，從而可以計(jì)算得出各類配電線路桿型的自重.另外利用三維軟件提供的各種工具，還可以進(jìn)一步做受力、運(yùn)動(dòng)、熱效應(yīng)等高級(jí)分析，在配電線路投運(yùn)之前就可以虛擬桿塔、鐵件的受力情況，分析各個(gè)零部件的應(yīng)力、應(yīng)變等情況，從而可以發(fā)現(xiàn)在什么情況下容易出現(xiàn)斷裂等危險(xiǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平，保證施工安全和質(zhì)量.

（6）利用三維技術(shù)進(jìn)行配電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)還可使設(shè)計(jì)成果的培訓(xùn)和技術(shù)交流變得更高效.電力企業(yè)對(duì)員工的技能培訓(xùn)特別是對(duì)一線員工的培訓(xùn)要求越來越高，傳統(tǒng)采用二維機(jī)械CAD方法進(jìn)行的配電線路設(shè)計(jì)，圖紙抽象難以直觀表達(dá)，理解上易產(chǎn)生偏差，設(shè)計(jì)成果培訓(xùn)和技術(shù)交流的過程往往比較枯燥.三維技術(shù)將圖像、動(dòng)畫、文字等設(shè)計(jì)方法進(jìn)行整合，有利于將設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)意圖用生動(dòng)、形象、直觀的形式準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行表達(dá)，設(shè)計(jì)成果便于結(jié)合電力企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例進(jìn)行培訓(xùn)交流，三維設(shè)計(jì)成果可明顯增強(qiáng)受眾的理解力和認(rèn)知程度，使學(xué)員易于學(xué)習(xí)和吸收，通過全方位互動(dòng)式觀察給觀者留下深刻印象，縮短人員的培訓(xùn)周期，使成果培訓(xùn)變得更高效，更有利于相互間的技術(shù)交流，提高企業(yè)整體的技術(shù)水準(zhǔn).

3 深化應(yīng)用前景

目前的配電線路仍普遍采用傳統(tǒng)的二維機(jī)械CAD軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用三維建模技術(shù)進(jìn)行配電線路設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)的二維機(jī)械CAD設(shè)計(jì)方法，具有可視化程度高、成果形象直觀、設(shè)計(jì)工作量小、高級(jí)分析功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，目前的三維技術(shù)只零星應(yīng)用于個(gè)別配網(wǎng)設(shè)備廠家的新產(chǎn)品開發(fā)過程，而在配電線路設(shè)計(jì)方面特別是配電線路的系列化、通用化設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍是一個(gè)空白，因此在配電線路設(shè)計(jì)領(lǐng)域三維技術(shù)具有廣闊的深化應(yīng)用前景，其取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)已成為今后發(fā)展的必然趨勢(shì).

傳統(tǒng)的配電線路設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)程等僅僅依靠文字表述或靜態(tài)二維圖形，一些信息（如隱蔽部分）無法以傳統(tǒng)的拍攝模式進(jìn)行傳達(dá)，而文字表達(dá)較抽象，對(duì)規(guī)程內(nèi)容的交流和培訓(xùn)效果較差，三維技術(shù)可以完全對(duì)配網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維模擬，可任意剖切實(shí)體，觀察局部配合，對(duì)于宏觀、微觀、不可視、不可及、遮擋包覆部分均可進(jìn)行高仿真虛擬再現(xiàn)，將難以表達(dá)清楚的場(chǎng)景和過程，準(zhǔn)確清晰的一一列舉，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)安裝過程的互動(dòng)可視，無需抽象理論性的理解轉(zhuǎn)化過程，因此三維技術(shù)可進(jìn)一步用于配電線路標(biāo)準(zhǔn)施工工藝手冊(cè)、運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)的編制、將維修和維護(hù)的方法直觀地演示給用戶，直觀形象，使用戶更容易理解，貼近企業(yè)實(shí)際應(yīng)用，以便能準(zhǔn)確操作，提高工作效率.

三維技術(shù)軟件具備的自動(dòng)化設(shè)計(jì)功能，減輕了大量簡(jiǎn)單煩瑣的設(shè)計(jì)工作量，使設(shè)計(jì)人員能集中精力用于考慮裝置的合理性和進(jìn)行創(chuàng)新型的開發(fā).為滿足新的配電線路裝置設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)人員可以構(gòu)思并嘗試前所未有的、全新的配電線路裝置，對(duì)配電線路裝置進(jìn)行裝配模擬，預(yù)期所有零件的實(shí)際位置，可以任意嘗試在實(shí)物上不允許的失敗，針對(duì)存在的問題進(jìn)行合理性論證和交流探討，實(shí)現(xiàn)配電線路設(shè)計(jì)創(chuàng)新.

［1］王建賡，胡鵬，于洪俠.變壓器結(jié)構(gòu)的三維模塊化設(shè)計(jì)［J］.變壓器，2009（3）.

TM726

A

1009-1734（2011）S0-0148-03

2011-09-10

石宏，工程師，從事中壓配網(wǎng)工程管理研究.