三維輔助設(shè)計模塊在變電站工程中的應(yīng)用

李俊林

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

三維輔助設(shè)計模塊在變電站工程中的應(yīng)用

李俊林

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

論述了在本格拉南220 kV變電站工程數(shù)據(jù)庫和三維模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維平臺的輔助設(shè)計模塊對變電站導(dǎo)線、接地、防雷系統(tǒng)進行進一步的完善和優(yōu)化設(shè)計，并按檢查規(guī)則對三維模型中的設(shè)備、結(jié)構(gòu)等三維實體進行碰撞檢查。

輔助設(shè)計模塊；三維模型；本格拉南220 kV變電站

1 概況

近年來，三維設(shè)計已逐步進入水利電力行業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。在變電站工程設(shè)計中，相對于傳統(tǒng)的二維設(shè)計，三維設(shè)計以其直觀、高效、精準的優(yōu)勢成為未來工程設(shè)計手段的發(fā)展趨勢。本文在利用Bentley MicroStation建立的220 kV本格拉南變電站工程數(shù)據(jù)庫和三維模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Bentley Substation提供的輔助設(shè)計模塊完成變電站的三維導(dǎo)線設(shè)計、接地系統(tǒng)設(shè)計、防雷系統(tǒng)設(shè)計等設(shè)計工作，并對主要設(shè)備進行安全凈距校驗和碰撞檢查。

220 kV本格拉南變電站（見圖1）站址坐落于安哥拉共和國本格拉市南部，變電站主變壓器為100 MVA，一期220 kV側(cè)為1進1出，采用單母線接線；60 kV側(cè)為1進3出，采用雙母線接線；30 kV側(cè)為1進3出，采用單母線接線。

圖1 220 kV本格拉南變電站鳥瞰圖

2 輔助設(shè)計應(yīng)用

2.1 三維導(dǎo)線設(shè)計應(yīng)用

通過三維導(dǎo)線設(shè)計模塊，基于已建立好的圖形符號庫和產(chǎn)品型號，在變電站三維布置圖中進行軟導(dǎo)線（包括跨線、引線、設(shè)備線）和硬導(dǎo)線的布置設(shè)計。在設(shè)計導(dǎo)線過程中，按照規(guī)范要求輸入導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線間距等參數(shù)，模擬三維導(dǎo)線進行導(dǎo)線受力分析，并對絕緣子和金具進行合理的選型。導(dǎo)線設(shè)計完成后，通過報表生成器，自動統(tǒng)計導(dǎo)線、絕緣子和金具的數(shù)量，生成材料表。

2.2 接地系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

基于三維布置圖，通過接地系統(tǒng)設(shè)計模塊對變電站進行接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。在產(chǎn)品型號數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建不同規(guī)格的鍍鋅扁鋼（用于水平接地干線）、集中接地裝置、鍍銅鋼釬（用于垂直接地極）等接地材料型號，通過接地設(shè)計模塊的調(diào)用功能從產(chǎn)品型號庫中調(diào)出已創(chuàng)建的接地導(dǎo)體材料型號，最后通過該模塊根據(jù)設(shè)置智能地布置水平接地干線，并在出線架構(gòu)、母線架構(gòu)、變壓器接地點附近敷設(shè)垂直接地體，最終完成本格拉南變電站接地系統(tǒng)的設(shè)計。

2.3 防雷系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

本格拉南變電站屬于三類防雷建筑物，采用9根避雷針對全站戶外電氣進行防直擊雷保護，避雷針安裝于變電站龍門構(gòu)架上，220 kV側(cè)避雷針距水平地面高度為31 m，60 kV側(cè)避雷針距水平地面高度為25 m。

防雷設(shè)計模塊提供了滾球法和折線法兩種避雷裝置確定保護范圍的方法，滾球法針對不同的防雷類別，采用不同的滾球半徑，從而得到不同的保護范圍，比折線法更科學(xué)、更合理。本文采用滾球法確定和校驗變電站避雷針的保護范圍是否滿足要求，三類防雷建筑物運用滾球法進行保護范圍計算時的滾球半徑取60，并確定水平面坐標的基準值，輸入各避雷針的坐標參數(shù)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)置的防雷公式計算，得出如圖2所示的三維避雷針保護范圍示意圖。

在直觀的三維可視化避雷針保護范圍示意圖中，設(shè)計人員可改變避雷針的高度、位置、數(shù)量或采用其他方式保護，給設(shè)計人員優(yōu)化設(shè)計方案、節(jié)省投資成本提供了可靠的依據(jù)。

圖2 避雷針防雷保護范圍軸測圖

2.4 安全凈距校驗應(yīng)用

保證電氣設(shè)備的最小安全凈距滿足規(guī)范要求是關(guān)系到人身和設(shè)備安全的一項重要指標，是電氣設(shè)計中最基本的要求，也是以往電氣設(shè)計中最容易出現(xiàn)失誤的地方。

通過對本格拉南變電站的電氣設(shè)備關(guān)鍵點及導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與設(shè)備之間進行校驗（見圖3），站內(nèi)接線錯綜復(fù)雜，特別是導(dǎo)線與設(shè)備間的距離不能通過簡單的線性計算獲得，導(dǎo)線與設(shè)備間的距離校核帶來一定困難。利用安全凈距校驗?zāi)K，可直觀地觀察到導(dǎo)線與設(shè)備間是否滿足安全距離，保證設(shè)計成果的準確性、安全性。在校驗過程中，軟件可以從底層的數(shù)據(jù)庫中獲取允許的安全值，以方便校驗。該安全值標準庫可以擴充和編輯[1]。

圖3 220 kV進線母線安全凈距校驗

2.5 碰撞檢查

本文的碰撞檢查是要自動地找出本格拉南變電站電纜橋架之間、橋架與建筑物之間在空間位置上是否有重疊發(fā)生，電纜橋架的空間位置是否滿足檢修要求。

碰撞檢查可以從專業(yè)、模型或局部按照層、命名組等3方面，按檢查規(guī)則對三維模型中的設(shè)備、結(jié)構(gòu)等三維實體進行碰撞檢查，并列出碰撞檢查結(jié)果報表以及碰撞局部圖，實現(xiàn)快速、實時查詢碰撞節(jié)點并修改[1]。

通過碰撞檢查結(jié)果（見圖4），可直觀地觀察到變電站電纜橋架與主控樓的建筑墻之間發(fā)生了兩處硬碰撞，并高亮顯示，輸出碰撞報表。

圖4 直通橋架與建筑墻發(fā)生碰撞

3 結(jié)語

（1）導(dǎo)線設(shè)計方面。輔助設(shè)計模塊解決了二維CAD設(shè)計中導(dǎo)線弧度繪制不標準的弊端，提高了設(shè)計成果的質(zhì)量；

（2）接地系統(tǒng)設(shè)計方面。由于受地形或土建結(jié)構(gòu)的制約，接地網(wǎng)的形狀往往不是標準的正方形或長方形，這就給接地電阻、跨步電壓、接觸電壓的計算帶來了一定的困難。以往的接地系統(tǒng)，計算工作量大，影響設(shè)計工作的效率。接地設(shè)計模塊中集成了相關(guān)接地設(shè)計規(guī)范和導(dǎo)則的計算方法，自動提取接地網(wǎng)的接地形狀、接地面積，通過輸入土壤的電阻率、單相接地短路電流等相關(guān)參數(shù)，就可完成標準的接地電阻、跨步電壓、接觸電壓的計算，計算結(jié)果也相對準確；

（3）防雷系統(tǒng)設(shè)計方面。三維設(shè)計使原本抽象的避雷針、避雷線保護范圍可視化，設(shè)計人員對防雷網(wǎng)絡(luò)一目了然，在設(shè)計過程中避免了僅憑人為的主觀空間想象而造成的設(shè)計失誤，保證了設(shè)計成果的準確性；通過三維防雷網(wǎng)絡(luò)也便于設(shè)計人員對變電站的防雷系統(tǒng)進行校驗和防雷設(shè)計方案優(yōu)化。

Application of IEC norm and GB code in wire wind load calculation for a 220kV power transmission line in Angola and comparison of difference

GAN Kai-yuan
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

Taking a 220 kV power transmission line in Republic of Angola as example,the Code for designing of 110～750kV overhead transmission line（GB50545-2010）of China was compared with the Design criteria of over?head transmission lines（IEC 60826-2003）.Their difference in wire wind load calculation was analyzed.The re?sults of calculation demonstrate that their principles of defining basic wind velocity are identical;but different reoc?currence periods were adopted for different voltage levels in accordance with GB code.For the wire wind load calcu?lation of 2C-SZ41-24 type tower,the standard wind pressure and horizontal wire wind load of IEC norm are about 1.81and 1.3 times as much as that of GB code respectively.

Power transmission line;basic wind velocity;wire wind load

TP391.72

B

1003-1510（2016）01-0041-02

2015-12-02

李俊林（1987-），男（壯族）廣西德?？h人，廣西水利電力勘測設(shè)計研究院助理工程師，學(xué)士，主要從事電氣設(shè)計工作。