CN108764812A - 一种特高压输电线路的数字化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特高压输电线路的数字化设计方法，属于特高压输电线技术领域。一种特高压输电线路的数字化设计方法，包括以下步骤：各专业纳入统一的设计管理平台；准备相关的多元地理信息数据；基于多元地理信息系统，各专业协同配合进行线路选择；各专业展开协同设计，建立多维信息模型，并根据库信息建立目标输电线路的相关模型；统一的编码标准体系贯穿在各专业设计完成的各种结果数据中以及相应的各种过程数据中。本发明的特高压输电线路的数字化设计方法，不仅可以打破专业间设计信息的孤岛，还可以提升设计质量和设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种特高压输电线路的数字化设计方法，属于特高压输电线技术领域。
背景技术
特高压输电线路是电力输送的基础，是社会经济发展的大动脉。而特高压输电线路的线路设计是特高压输电线路建设的前期必要工作，它的严谨和有效直接决定后期建设工作的顺利高效开展。传统的特高压输电线路的线路设计不仅涉及多个不同专业的部门单位之间重复低效的信息交流，设计方法也主要是结合地形图进行，后期还需要大量的勘测确认，这样做不仅设计资源利用率不高，需要大量的外出作业，还容易造成不同专业对相同基础信息的重复勘测，最后的设计结果误差较大，也不容易被其它相关领域直接使用，相关数据也不便于管理。
针对上述目前特高压输电线路的设计工作中的诸多问题，有必要提供一种全新的特高压输电线路的数字化设计方法，不仅可以打破专业间设计信息的孤岛，还可以提升设计质量和设计效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种特高压输电线路的数字化设计方法，不仅可以打破专业间设计信息的孤岛，还可以提升设计质量和设计效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种特高压输电线路的数字化设计方法，包括以下步骤，
1）、各专业纳入统一的设计管理平台；
2）、准备相关的多元地理信息数据；
3）、基于多元地理信息系统，各专业协同配合进行线路选择；
4）、各专业展开协同设计，建立多维信息模型，并根据库信息建立目标输电线路的相关模型；
5）、统一的编码标准体系贯穿在各专业设计完成的各种结果数据中以及相应的各种过程数据中。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1）中统一的设计平台是各专业完成自行设计并在各专业间发布专业成果和信息的平台。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2）中相关的多元地理信息数据包括数字正射影像、数字高程模型、基础矢量数据和电网专题数据。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2）中相关的多元地理信息数据均录入到多元地理信息系统。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3）中基于多元地理信息系统，是在多元地理信息系统基础上，对现有地理信息数据、电网建设区域内的电网专题数据进行集成。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4）中的库信息包含杆塔库、绝缘子串库、导地线库、基础库。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4）中的相关模型包含杆塔、绝缘子串、导地线、基础模型。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4）中建立输电线路的相关模型是进行输电线路的相关模型的电气设计和结构设计。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4）中还包括，库信息不满足相关模型建立需要的，进行专项提资设计。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5）中以编码标准体系贯穿是在设计的全寿命周期内执行统一的数字化形式。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术效果有：
本发明的特高压输电线路的数字化设计方法，结合输电线路工程的特点，是以多元地理信息为基础、多维信息模型作为载体，实现设计的可视化、集成化、并行化、智能化，打破设计信息孤岛，实现全专业、全过程信息共享，进而全面提升工程设计质量和效率，形成包含三维图形信息、结构化和非结构化数据的数字化设计成果。本发明改变了设计工作模式，降低了设计人员现场踏勘的频度与工作强度，将设计人员的精力解放出来，投入到路径方案比选与优化工作中。
本发明通过统一的设计平台实现专业间的异地设计、各专业综合的工程管理及互提资料在内的多专业协同设计。解决了输电线路设计工作中所涉及的测量、电气、结构、技经等各相关专业间的相互提资、工作冲突、成果共享等问题，而且还提供了工程管理、流程管理、成果发布、集成出图、设计成果管理等功能。
本发明通过全面采集地理信息数据，能够全面立体的展示与设计工作各专业相关的基础地理信息，是数字化设计的基础。全面详尽的基础地理信息数据，能大大减少设计人员外出勘测的工作量，提高了设计效率。
本发明中的不断丰富完善的多元地理信息系统，兼纳现有地理信息数据和电网建设区域内的电网专题数据，是统一的设计平台的基础和设计全过程的过程数据和结果数据的载体。
本发明中在设计工作的建立多维模型内存储详尽的库信息，对设计过程中具体设计元素具有参考、校验、对比计算和优化的作用，提高了设计速度。
本发明中设计工作新建多维模型包括电气设计和结构设计，并进行并行设计，引入了可视化技术，使人能够在三维图形世界中直接对具有形体的信息进行操作。
本发明对库信息不满足相关模型建立需要的，进行专项提资设计，严谨了设计工作的流程和分工，并且还提高了设计成果的有效性，准确性；并通过将提资设计的新模型补充到库信息中，不断丰富和完善包括库信息在内的基础数据信息。
本发明中各种数据通过统一的数据模型描述，具备可查询、可追溯的特点，在输变电工程全寿命周期内流转，满足电网企业对数据使用的需求。
附图说明
图1是本发明的特高压输电线路的数字化设计方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明公开了一种特高压输电线路的数字化设计方法，该方法用于特高压输电线路的线路设计。下面是具体的实施例。
本发明公开的是一种特高压输电线路的数字化设计方法，该方法以多元地理信息系统和多维信息模型为支撑，采用3S技术，实现特高压输电线路的数字化设计，图1为该设计方法的流程图，该方法包括以下步骤：
1）、各专业纳入统一的设计管理平台；
所述统一的设计平台是指各专业完成自行设计并在各专业间发布专业成果和信息的平台。在本发明的技术方案中，所述统一的设计平台以多元地理信息系统和多维信息模型为支撑，采用3S技术，以编码标准体系为统一规范，使用数据库、云计算和三维可视化技术，集成各专业设计软件，实现输电线路专业协同数字化设计。
所述3S技术是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geographyinformation systems，GIS)和全球定位系统(Global positioning systems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术的结合。
特高压输电线路设计工作涉及勘测、系统、变电、电气、结构、技经等多个专业，设计工作需要各专业相互交叉，共同完成。
具体的，建立统一的设计平台，并结合不同专业的特点、专业间的业务流程，通过数据同步、碰撞处理、统一版本、局域网内信息公共发布等技术，将各专业纳入统一的数据模型、统一的管理平台，各专业能够并行完成各自设计工作，并及时将专业成果和信息向外发布和传递，实现异地设计、工程管理及互提资料在内的多专业协同设计。
统一的设计平台，是以数字化设计为主，以三维制图为辅，以基础地理信息数据库、协同设计数据库、工程业务数据库等三部分数据库为支撑，搭建输电线路三维设计平台，集成输电线路工程设计所需要的所有工具软件，实现专业间信息共享，数据流通，提高设计质量和效率。
基础地理信息数据库，主要用于基础地理信息数据、电网专题数据、电网空间数据的存储、调度和查询；协同设计数据库，主要用于管理协同设计的过程数据和成果数据等；工程业务数据库，可快速进行本地部署，符合输电工程外业设计工作的业务需求。
三维数字化设计平台中的数据流转和专业贯通主要依赖于建立统一的数据库数据管理体系。通过将原本离散的设计数据和业务数据存储在搭建与服务器的数据库中可以有效的避免在设计业务流转过程中导致的数据丢失问题。不同专业人员的所产生的数据都通过系统总线上传到服务器并最终存储在数据库中。任何其他专业协同工作人员需要访问相关数据时首先需要经过服务器权限认证，然后利用服务器提供的接口从数据库中获取相应的数据。
从组成上看，它具有兼容性很强的数据库作为基础平台，同时集成了很多专业软件模块以及协同管理软件支撑其详细设计和设计管理。
从功能上看，三维设计软件一般分成工艺设计与布置设计两大块。工艺设计重在原理、流程，而布置设计则重在相关位置、几何尺寸等。
从内核上看，它具有数据信息高度关联和统一的特点，这一特点决定了三维设计要想提高效率必须依赖于标准化，同时三维设计的发展也能推进标准化的深入。
从管理上看，一方面多专业协同设计对在同一项目开展设计工作的各专业实行设计数据的统一管理，建立网络数据库；另一方面建立统一管理和维护的公用数据库，包括基础数据库、标准模板定制、管理图纸调用和使用规则等。
统一的设计平台绕输电线路具体设计业务，结合企业一体化运营管理平台和协同校审系统，集成专业设计软件，开放二次开发接口，兼容多源数据格式，构建完整的三维协同设计平台。
2）、准备相关的多元地理信息数据；
地理信息数据是输电线路数字化设计的基础，相关的多元地理信息数据包括数字正射影像、数字高程模型、基础矢量数据和电网专题数据。
所述数字正射影像是对航空相片进行数字微分纠正和镶嵌，按一定图幅范围裁剪生成的数字影像集。
所述数字高程模型是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，常与数字正射影像配合构建地理信息三维场景。
所述基础矢量数据是指按地理信息要素分类的数据，包括水系、居民区、交通和行政区、地貌植被与土质、注记等基础数据。
所述电网专题数据包括污秽区、气象区、覆冰区、雷害区、规划区、自然保护区、风景区、舞动区、煤矿采空区、林区、建筑群、铁路、公路、河流、线路管线等重点区域、交叉跨越及标注数据。
在本发明技术方案中，相关的多元地理信息数据均录入到多元地理信息系统。不同设计阶段需要准备的地理信息数据类型基本相同，但对数据的精度要求不同，具体开展工作时，需要根据设计阶段应用要求进行准备。
3）、基于多元地理信息系统，各专业协同配合进行线路选择；
所述基于多元地理信息系统，是指在多元地理信息系统基础上，对现有地理信息数据、电网建设区域内的电网专题数据进行集成。使输电线路设计相关的专业数据资料信息化、数字化，从而提高路径选择的质量和效率。
具体的，应用高分辨率卫星影像，结和规划区、保护区、煤矿采空区等专题数据，对线路路径进行大范围选择、方案优化等工作，具体可以实现路径选择、方案比对、宏观技术技经指标统计等功能。最终成果包括数字化模型、路径方案图、方案技术经济比较表等，满足可研选线阶段设计应用。
在本发明技术方案中，所述线路选择方法包括以下步骤：
a）、首先新建一个关于目标线路的项目，收集相关信息。所述相关信息的采集包括特高压输电线路的起止点信息和规划输送容量；起止变电站或变电所的进出线架构、换位；杆塔导地线的截面、型号。同时还需要输入通用的规程规范，如标准化设计资料，各电压等级电气、勘测规范等；以及与本工程相关的约束性资料，如依据性文件、核准文件、协议文件、原则性和强制性条款等。
b）、结合多元地理信息系统与计算机三维显示技术，采集已有的多元地理信息数据，生成线路选择方案的概案。在本发明的技术方案中，采用三维地理信息系统（Geographic Information System，GIS）采集、集成地面影像数据、高程数据、专题信息数据、规划和已建线路数据等，作为数字化选线的底层平台，并可以自动初步形成一个线路大方案。
利用三维地理信息系统实现数字化选线的技术方案大大简化了选线工作的强度，提高了工作效率。同时，通过这样的数字化选线平台将所有相关信息综合展示在一起，并在三维仿真场景中进行选线，大大提高了线路选择的准确性、有效性。
同时，利用三维地理信息系统中电网专题数据、电网空间数据、通道走廊数据，以及系统中已有的控制点（避让点）信息，可以借助系统平台自动生成一个路径大方案，即为线路选择方案的概案，其主要考虑了已知避让点和曲折系统信息，形成了一个理论上可以通过的路径走廊。
c）、协同相关路径协议；包括协同影响线路选择的军事区、水域保护区、机场控制区、自然保护区、风景区、采矿区、规划区及危险品区的信息，并签订路径协议。
同时，核实线路大方案的相关重点信息；包括对关键交叉跨越点和线路走廊紧张地带的补充勘测；对水文气象的现场调查；对地质灾害易发区的打钻勘探。
而且还丰富已有的多元地理信息数据；将相关路径协议和相关重点信息存储到现有的多元地理信息系统中。
d）、进行线路选择方案的调整及完善。首先，建立线路起始点和终止点的航空线。所述航空线会与需要避让的图层区域发生相交，通过用数字化算法增加一些转角桩点，实现对这些区域的避让。其次，在优化的航空线的基础上初步确定线路方案，进行自动初步排位，进一步量化计算线路的造价，做深入的线路方案对比。根据补充完善后的多元地理信息系统，进行线路方案的优化，并根据细节信息，不断完善，直至形成最终的线路方案。最后对最终的线路方案进行完善，具体就是在线路选择方案的最终线路方案的基础上，全程考虑确定的线路走廊边线范围，补充标绘沿线跨房屋、交叉跨越、跨树的相关信息。
在本发明的技术方案中，通过三维地理信息系统，计算线路沿线房屋拆迁量、树木的砍伐量。并通过三维地理信息系统的分析功能，计算线路经过山区、丘陵、平原的比例，减少线路开断。
e）、确定最终的线路选择方案，并将选线结果数字化，利用数字化选线结果，排位、量化比较线路工程的建设成本，生成相关图纸及报告，包括详细线路图、平均海拔高度图、线路平断面图及线路统计分析报告。
所述线路平断面图包括确定的走廊边线范围内的沿线跨房屋、交叉跨越、跨树等信息。所述线路统计分析报告包括山区、平原、丘陵各占比例，跨各电压等级线路统计，跨各等级冰区污区统计，平均耐张段统计及曲折系数。
4）、各专业展开协同设计，建立多维信息模型，并根据库信息建立目标输电线路的相关模型；所述多维信息模型包括杆塔库、绝缘子串库、导地线库、基础库等，根据已有的成熟的设计成果自动形成的相关设计元素的三维模型文件。
具体的，所述库信息包含杆塔库、绝缘子串库、导地线库、基础库。所述建立输电线路的相关模型是指进行输电线路的相关模型的电气设计和结构设计，并进行并行设计。
输电线路设计元素包括导地线、绝缘子串及其他金具，杆塔、基础及附属设施。在开展数字化设计时，需要调用数据库中设计元素参数，进行校核、计算和优化，建立相应设计元素的信息模型。
在本发明技术方案中，利用建立的多维信息模型，开展线路数字化设计。所有设计信息加载于多维信息模型中。输电线路的多维信息模型库包含杆塔库、绝缘子串库、导地线库、基础库等。杆塔、基础、绝缘子串模型建立的过程其实就是相关专业设计的过程。依靠计算机技术，实现由设计成果参数自动形成输电线路设备的三维模型文件。
具体的，在电气设计方面，应用标准数据库，结合空间分析技术、动态规划算法等相关技术，在选线成果基础上进行杆塔选型、排位等工作，具体提供杆塔排位、杆塔选型、电气计算、空间距离校验及材料设备统计等功能。最终成果包括数字化模型、排位后的平断面图、路径图、电气特性图、计算书、杆塔明细表、材料设备统计清册等，满足初步设计及施工图设计阶段的业务应用。
在本发明技术方案中，所述电气化设计方法包括以下步骤：
a）、建立设计项目，确定线路路径。该步骤主要是确定需要进行电气设计的对象，也就是说需要确定是对哪一条的特高压输电线路进行电气设计。
b）、确定设计输入的参数类型及内容并形成相应的数据库。该步骤中涉及到的参数类型及内容包括导地线型号参数、气象组合、绝缘子串型号参数。其中，导地线型号根据系统、变电提资结合实际线路确定；具体的操作为从导地线参数数据库中选择或指定新型导地线并参数录入到导地线数据库中，给定导地线的安全系数和应力百分比。气象组合根据气象报告，结合附近运行线路的气象条件，在气象条件数据库中选择或指定新的气象条件并录入到气象条件数据库中。绝缘子串型号参数在绝缘子串数据库中选择标准串，或者设计新的绝缘子串并将其录入到绝缘子串数据库中；选择已建模好的金具和绝缘子进行三维组装，并进行连接判定。
c）、按线路路径及参数进行杆塔规划。杆塔规划过程如下，首先需要判断杆塔数据库汇总是否已有适合该工程的塔型；如杆塔数据库中已有适合该工程的塔型，可以直接从杆塔数据库里选择；如杆塔数据库里没有适合该工程的塔型，则需进行新的杆塔规划。即电气专业绘制间隙圆、编制荷载计算书提供给结构专业，结构专业根据电气专业的需求进行新的杆塔设计。
d）、将平断面图结合塔型提资进行优化排位的设计，并且在设计过程中进行排位校验和电气力学计算。电气力学的计算内容包括，导地线配合计算、孤立档计算、直线塔摇摆角计算、杆塔单侧最大档距计算、耐张塔挂板倾角计算、绝缘子强度计算、悬垂串串长调整计算、连续上下山线夹调整计算，瓶口呼垂校验、线间距离校验、交叉跨越距离校验、风偏校验、杆塔悬点应力校验和杆塔使用条件的校验。该步骤使用到的平断面图为航测或者工测，并且优先地使用航测图，航测图的测量更加方便精确。
e）、如果在排位校验计算中杆塔使用条件不符合设计要求，则返回至步骤c重新进行杆塔规划；如果排位校验计算中杆塔使用条件符合设计要求则进行成果输出。具体的成果输出包括最终确定的平断面图和电气明细表。为了保证电气设计在使用中能够最大限度的满足结构的需求，电气设计的工作人员根据电气明细表向结构提资，电气和结构反复沟通确定塔型、呼高、降基，生成最终的平断面图、电气明细表。
进一步地，在结构设计方面，应用数据库中电气、测量、水文、地质等相关专业的提资数据，结合力学计算、强度计算、稳定计算、连接计算等相关技术，开展杆塔结构设计、基础结构设计工作，具体提供杆塔受力分析、塔材优化、有限元分析、大开挖基础设计、原状土基础设计、铁塔高低腿配置、基础配置等功能。最终成果包括数字化模型、杆塔结构施工图、基础结构图、设计参数等。
在本发明技术方案中，所述结构化设计方法包括以下步骤：
a）、在确定线路路径后由电气专业提出杆塔设计要求，结构专业在数据库中遴选有无符合条件的杆塔；如果有则反馈电气专业并配合开展基础设计的工作，如果没有电气专业提出新的杆塔需求，结构人员介入开始设计新的杆塔。在设计新杆塔时需要将电气专业设计的新杆塔的结果输出作为设计依据。该步骤中在设计新杆塔时需要将电气专业设计的新杆塔的结果输出作为设计依据，具体指的是设计新杆塔时需要将电气专业设计新杆塔的间隙圆与荷载计算书作为设计依据。该步骤在杆塔设计时所需要的实际使用条件等可以从数字化平台中电气专业的设计成果直接提取，实现两个专业间的数据资料共享，减少信息的重复录入。
b）、杆塔结构设计完成后生成杆塔结构图，根据杆塔结构图生成杆塔数字化模型并录入系统数据库，然后配合电气专业开展选线和排位的工作同时进行基础设计工作。杆塔结构设计的成果一般是图纸，是非结构化数据。线路电气专业使用时，还需要对照图纸输入相关的尺寸参数，效率比较低。在数字化设计条件下，就要求杆塔设计成果是数字化、结构化的，能够直接被线路电气相关软件直接读入的。杆塔的数字化设计成果可以是附加大量属性的杆塔模型。
c）、基础设计时先确定杆塔的参数并进行相关提资后进行地形判断；如果线路位于平地，则直接从系统数据库遴选有无符合条件的模块；如果线路位于山区或丘陵则将杆塔进行调整设计后从系统数据库遴选有无符合条件的模块，对杆塔的调整设计包括调整杆塔长短腿与高低柱基础组合配置及降基调整。对杆塔进行调整设计时需要依据数字化信息的地形图、水文地质资料、电气杆塔明细及预降基值利用软件进行长短腿与高低柱组合配置，产生的基础降基值反馈电气专业校验直至平衡。该步骤中的相关提资包括测量提资、地质提资和水文提资。
步骤c中如果系统数据库中有符合条件的模块则直接输出全线基础数据模型；如果数据库中没有符合条件的模块则先进行相关的基础计算并输入系统数据库中后再进行全线基础数据模型的输出。
进一步地，结合电气设计和结构设计，进行并行设计，汇总完成输电线路中主要设备元素的三维模型文件。
进一步地，库信息不满足相关模型建立需要的，需要进行专项提资设计，新建设计元素，其信息模型的设计也包括电气设计和结构设计两部分。
5）、统一的编码标准体系贯穿在各专业设计完成的各种结果数据中以及相应的各种过程数据中。以编码标准体系贯穿是指在设计的全寿命周期内执行统一的数字化形式。
具体的，输电线路数字化设计全寿命周期内产生的过程数据和结果数据，均以统一的数字化形式通过数据库技术进行存储、组织管理，形成数字化的设计成果，包括工程数据、地理信息数据、文件资料以及三维模型的四种类型数据。
基于全寿命周期管理理念，以执行统一的数字化形式贯穿始终，以设计单位为信息源头，通过统一的数字化形式的应用，使设计相关的数字化信息在设计单位、业主单位、设计监理、地方政府、厂家、施工单位、勘测单位等各工程参与方之间高效传递，在工程可行性研究、初步设计、招投标、建设、运行和退役等各个阶段实现全过程管理。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，
1）、各专业纳入统一的设计管理平台；
2）、准备相关的多元地理信息数据；
3）、基于多元地理信息系统，各专业协同配合进行线路选择；
4）、各专业展开协同设计，建立多维信息模型，并根据库信息建立目标输电线路的相关模型；
5）、统一的编码标准体系贯穿在各专业设计完成的各种结果数据中以及相应的各种过程数据中。
2.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤1）中统一的设计平台是各专业完成自行设计并在各专业间发布专业成果和信息的平台。
3.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤2）中相关的多元地理信息数据包括数字正射影像、数字高程模型、基础矢量数据和电网专题数据。
4.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤2）中相关的多元地理信息数据均录入到多元地理信息系统。
5.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤3）中基于多元地理信息系统，是在多元地理信息系统基础上，对现有地理信息数据、电网建设区域内的电网专题数据进行集成。
6.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤4）中的库信息包含杆塔库、绝缘子串库、导地线库、基础库。
7.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤4中的相关模型包含杆塔、绝缘子串、导地线、基础模型。
8.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤4）中建立输电线路的相关模型是进行输电线路的相关模型的电气设计和结构设计。
9.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤4）中还包括，库信息不满足相关模型建立需要的，进行专项提资设计。
10.根据权利要求1所述的一种特高压输电线路的数字化设计方法，其特征在于：步骤5）中以编码标准体系贯穿是在设计的全寿命周期内执行统一的数字化形式。
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