罗永清
（深圳唯诚电力技术有限公司）
摘要：本论文从输电线路近几年国内外发展现状及在线监控建设与应用的作用与意义，在此基础上，为了能够实时、直观地获得输电线路运转信息，开展输电线路三维可视化系统开发，具备重要意义。
本文采用了基于Google Earth和Sketch Up对输电线路进行三维建模与仿真的方法，利用Sketch Up绘制出杆塔模型，根据杆塔坐标在Google Earth建立数学模型，将建立的杆塔模型导入Google Earth对输电线路进行仿真，并把输电线路基本信息集成到仿真系统中，将输电线路在虚拟平台中呈现出来。
建模与仿真结果表明，通过三维建模与仿真，用户能够在Google Earth上看到相应区域输电线路的整体线路布局，并对其进行管理，同时可根据需要在仿真系统中搜索和查看相应的线路信息。
关键词：输电线路；三维建模；SketchUp；Google Earth
1 绪 论
1.1研究背景及意义
输电线路是电力系统的主体构成部分之一和首要部分。
对输电线路采取积极的防范措施，及时推断、发现以及解决各种故障和隐患是必要的。
1.2国内外输电线路在线检测技术研究的现状
目前国内的在线监测研究方面取得了很大进展，气象数据在线监测、绝缘子污秽在线监测等，但监测项目单一，缺乏综合性的多功能高压输电线路在线监测系统[3]。
近年间，华北电网公司、华中电网公司等多个省网公司也都在输电线路中应用了在线监测技术，包括大跨越微风震动在线监测、输电线路动态增容系统等，实事证明现有的监测手段、通讯方法及数据的计算处理方法[1，2]。
美国最先开展以在线监测为前提的状态检修工作，日本从上世纪80年代开始对电力设备实施以状态分析和在线监测为基础的状态检修工作，欧洲许多国家也采用此技术来提高电气设备的检修效率[3]。
1.3 发展趋势
对于城市规划而言，能够直观的反映出输电线路的路径以及周边的环境，清楚的反映出与城市规划之间的问题；对于输电线路设计来说，成熟的输电线路三维建模与仿真能够准确的表示输电线路各种状态；从业主单位来看，可简化管理及运维，减少工作量及提前预防故障。
1.4 研究目标
1）通过输电线路路径图中杆塔坐标得到数学模型；
2）使用Sketch Up工具进行输电线路杆塔建模；
3）基于Google Earth平台，建立输电线路三维仿真系统；
4）在系统中集成输电线路组成信息。
2输电线路的数学模型
2.1输电铁塔的分类
杆塔是架空输电线路中最重要的组成部分之一，杆塔结构设计是否合理和正确使用，直接关系到输电线路的建设速度、经济性、可靠性以及施工、维护、检修等各个方面。
杆塔按照材料不同可以划分为钢筋混凝土杆、铁塔、钢管式杆塔。
2.2架空线
架空线路的导线和避雷线统称为架空线，它们长年累月曝露在大自然当中，经受各种各样恶劣气候的影响。
风速、覆冰厚度和温度，被称为用的气象条件的三个主要因素。
2.3气象条件
本文按照以下气象条件进行计算见表2-1
2.4导线型号及参数
导地线型号及参数见表2-2
表2-2 导地线型号及参数见
3输电杆塔及线路的建模
3.1 Google Earth软件的概述
Google Earth是一款Google公司开发的一款虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和地理信息系统布置在一个地球的三维模型上。
3.2 SketchUp软件的概述
Sketch Up 软件结合了精简而功能强大的工具箱和智能推断导引系统主要特点如下：
1）适用范围广；
2）无需进行复杂操作的三维建模；
3）能快速生成任何位置的剖面图，可导入Auto CAD中进行处理；
4）自带组件库和材质库；
3.3 建模的方法
1）在Sketch Up中建立杆塔三维立体图形，为杆塔添加绝缘子串，建模比例为1：1，以杆塔的塔号命名；
2）根据路径图中每个杆塔的位置坐标换算出经纬度，再用经纬度计算出输电杆塔之间的相对位置，在Sketch Up中建立数学模型。
3）将杆塔按序号分别导入到数学模型的对应位置中
4）根据路径图得到杆塔转角，确定杆塔横担方向，将杆塔模型旋转到横担与计算方向匹配，导出DAE格式三维模型；
5）在Google Earth中导入杆塔模型DAE文件，以Sketch Up中坐标原点上的杆塔的坐标定义模型的坐标位置，实现坐标定位；
6）把杆塔的信息分别输入到Excel表格内，包括塔形、弧垂高度、转角度数、回路数、导线型号、地线型号、绝缘子串数和片数、金具类型等，并截图保存为JPG格式；
7）在库里对应的模型上添加相应的截图图片，杆塔的信息截图将附在杆塔位置上。
杆塔建模的一般步骤如下：首先确定杆塔型号，弧垂高度。通过查阅《南方电网公司110kV杆塔总册》里找出对应的杆塔，根据杆塔尺寸，在Sketch Up中以1：1的比例画出来。
将代表杆塔根开的长度线段、塔身和塔头分界线的长度线段和塔顶的长度线段分别在中心直线的相应位置画出来，以中心直线为中心线，按顺序把线段两端断点直接连接起来，得到了杆塔的主支架，把支架内部构架和横担按照尺寸和位置添加上去，这里面涉及大量计算，杆塔尺寸图里面只给出部分尺寸，大多是支架的位置是根据已有尺寸和数量关系推算出来。
将视角转为等轴侧视图，将平面图复制3份，使用旋转把其中两个旋转90°，将得到三维图形的四个面，把杆塔平面图中塔腿部分向外旋转一定角度，把四个平面图以塔腿最低断点首尾相连的方式移动到一起，得到杆塔三维立体图形。
此时得到的三维立体图形构架都是以线条的形式展现出来，在Sketch Up中安装SUAPP插件，使用SUAPP里的三维成形，根据杆塔材料形状和大小，以杆塔模型线条为路径，导出实体构架边，由于杆塔构架错综分布，数量众多，且不连续。
在将构架线条三维成形之后，框选整个模型，使用材质工具更改模型材质为钢材，得到最终的建模效果图（如图3-1）。
3.4 输电杆塔效果图
图3-1 正视图及左视图
4基于Google Earth的线路方案展示
4.1 输电杆塔及架空线三维模型的导入
本文所做的仿真包括几个要素，一是地理位置，二是线路结构，三是线路组成。建立输电杆塔数据库，对杆塔位置添加地标，放进相应的文件夹内，用地标坐标定义位置，并在文件夹内添加线路信息统计截图，定义照片位置。
4.2 仿真的具体步骤
1）建模
2）模型导入
3）添加导线
4）集成线路杆塔信息
4.3 集成杆塔线路的详细信息
集成杆塔信息，以图片的形式加载到Google Earth中的杆塔模型上。具体步骤如下：
1）制作信息表格图片
2）为每基杆塔建立管理系统
以地标地理位置重置文件夹视图信息，双击文件夹的时候视角自动跳到相应杆塔上，进入管理系统，管理系统界面如图4-2所示。
图4-2 信息管理系统界面
3）集成图片于Google Earth杆塔模型中
对位置栏内相应的杆塔文件夹添加照片，并以相应杆塔的经纬度定义照片的位置。效果图如图4-3所示。
图4-3 集成照片效果图
4.4 仿真系统应用示范
通过上述步骤，对改迁输电线路进行仿真系统应用示范，经过仿真得到如图4-4的仿真效果图。
图4-4 仿真效果图
4.5 仿真系统管理
以地标地理位置重置文件夹视图信息，则双击文件夹时视角自动跳到相应杆塔上。
登陆Google Earth把模型信息上传到网络上，将同一线路仿真系统的库文件以KML格式导出，以线路实际名字命名并存档。模型应该跟库文件一起保存。
5总结
本文的研究内容以及成果：
（1）分析了Google Earth的技术特点及其优势，提出基于Google Earth进行模拟输电线路的设想，应用了SketchUp软件进行输电线路三维模型的构建。
（2）分析了输电线路实时监控在电力系统中的重要地位，和建设输电线路在线监控系统的必要性和紧迫性。
（3）对输电线路杆塔和架空线的选型进行了分析，对其可能遭受的损害进行了分析，并依照论文的需要选定塔型、导线及地线型号。
下列仍然需要进一步改进和提升：
（1）架空线的三维模型不够详细真实，悬挂曲线的状态未能如实地反映在结果里。
（2）建模较繁琐，可考虑杆塔模块化，实现快速建模，减轻工作量。
下一步的研究方向和前景
（1）在线监控系统的反应速度、维护的工作量、降低成本和提高系统可靠性。
（2）建设自动诊断的功能，为管理人员提供建议。
参考文献：
[1]国家电网公司.生[2003]481号.架空输电线路管理规范.北京：国家电网，2003
[2]国家电网公司.Q/GDW 174-2008.架空输电线路状态检修导则.北京：中国电力出版社，2008
[3]北京交通大学. 高压输电线路杆塔运行安全监测器[P]. 中国：CN101354271，2009-1-28
论文作者:罗永清
论文发表刊物:《河南电力》2019年4期
论文发表时间:2019/10/30
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