變電站三維設計中的設備模型庫建設研究

李思浩 周元強

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司）

變電站三維設計中的設備模型庫建設研究

李思浩 周元強

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司）

隨著設計業(yè)務與信息化手段的融和程度日益增加，以三維設計為核心的數(shù)字化設計，將成為貫穿工程全生命周期的主軸線。變電站三維設計以三維模型為基本，建立健全各類模型，是開展變電站三維設計的基礎工作。文章對設備模型庫的建設內(nèi)容、建設方法進行了研究和探討。

三維設計；變電站；設備建模；設備模型庫

0 引言

傳統(tǒng)的變電站設計流程主要使用二維圖紙，沒有設備建模的概念，在設備布置設計過程中，一般根據(jù)設備廠家提供的資料圖紙加以修繕。由于二維直觀性較差，只能依靠工程師的空間想象力和制圖技能完成空間設計，往往造成最終施工效果與設計者的初衷有一定差距。

通過變電工程三維設計，工程師使用三維設備進行空間立體布置設計，可視化程度大大提高，有效提高設計質(zhì)量。依據(jù)目前主流三維軟件平臺的設計模式，三維設備模型存在于設備模型庫中。因此如何建設好設備模型庫是變電站三維設計的重點之一。

1 變電站設備模型庫的建設內(nèi)容

模型庫應包含當前電網(wǎng)中變電站內(nèi)的主要設計專業(yè)的各電壓等級、各設備類型、大部分主流設備制造商的三維模型。

1.1 模型構成

完整的三維模型由幾何要素、約束要素和工程要素構成。

1）幾何要素：三維模型中包含的表達設備幾何特性的模型幾何和輔助幾何等要素。

2）約束要素：三維模型所包含的表達設備內(nèi)部或設備之間的約束性要素，例如尺寸約束、形狀約束、位置約束等。

3）工程要素：三維模型所包含的表達設備工程屬性的要求，例如設備材料名稱、材料特性、質(zhì)量、技術要求等。

1.2 建模深度

模型應便于識別和繪圖，具有主要設備部件的準確外廓形狀，具有專業(yè)間接口的精確尺寸布置，滿足設備的工藝安裝要求，并考慮到三維模型投影為二維工程圖時的狀態(tài)及技術人員的審圖習慣。

為了提高建模效率，節(jié)省存儲空間，提高模型的調(diào)用速度，可以對不影響自身功能表達的部件進行省略，也允許簡化其和安裝無關的內(nèi)部結(jié)構。

如變壓器類模型應繪制出主要設備部件，外形尺寸應與實物保持一致，并賦予使用時的模型插圖點。一臺常規(guī)500kV變壓器建模深度舉例如下。

1）本體：主要繪制油箱及端子箱、在線檢測裝置等外廓形狀。

2）調(diào)壓開關：主要繪制無載或有載調(diào)壓開關外廓形狀。

3） 油枕：主要繪制油枕外廓形狀、與油箱連接管路等。

4） 散熱器：按風扇分塊繪制外廓形狀，與油箱連接管路等。

5） 套管：主要繪制各電壓等級及中性點套管的升高座、瓷瓶、接線端子及均壓環(huán)等。

6） 模型插入點：油箱中心點在油箱底座上的投影。

1.3 模型命名

為了適應三維模型在建模、文件管理、存儲、發(fā)放、傳遞和更改等方面要求，模型應采用統(tǒng)一規(guī)則進行命名，遵循以下原則：

1）使模型文件得到唯一的存儲編號或標識；

2）文件名應盡可能精簡、易讀，便于文件的共享、識別和使用；

3）文件名應便于追溯和版本的有效控制；

4）文件命名規(guī)則亦可參照行業(yè)或企業(yè)規(guī)范進行統(tǒng)一約定。

如： T-500kV-保定天威-ODFS-334。T為變壓器代碼，500kV為電壓等級，保定天威為設備制造商，ODFS為產(chǎn)品型號，334為主要設備參數(shù)（容量334MVA）。

1.4 設備分類

模型庫需具備分類合理、參數(shù)詳盡、查詢方便的特征，當設備模型庫中加入足夠多的模型后，應賦予一定的分類規(guī)則，對設備模型加以排序，以便于工程師檢索使用。

對于變電站的設備模型，可按：設計專業(yè)（如電氣一次、電氣二次、土建）， 設備類型（如變壓器、斷路器、隔離開關等），電壓等級（750kV、500kV、220kV等），設備制造商（如北京ABB、西安西電等），設備型號等分類，形成樹形結(jié)構方便查找。

設計單位可根據(jù)自己的設計習慣對設備模型分類管理。

2 變電站設備模型庫的建設方法

設備模型庫的建設主要是依托軟件公司的三維設計平臺，各類設備模型的積累、完善過程。

主要工作流程如下：

1）統(tǒng)計待建模型庫各類設備需求，列設備清單；

2）收集CAD圖紙、實體相片等建模所需素材；

3）建模人員軟件培訓，熟練掌握建模操作；

4）依據(jù)三維軟件商的設計平臺的基礎模型庫建庫方式，如Bentley公司的Substation電氣設計軟件的建庫方式是繪制三維立體模型，匯入公用數(shù)據(jù)庫，建立基礎模型庫；將三維設備關聯(lián)進設備符號表，填寫設備電氣參數(shù)等信息，建立設備符號庫。

5）以剖切斷面圖方法保存設備建模圖形，供輔助校審；保留CAD圖紙等建模依據(jù)以供后續(xù)設計人員參考。根據(jù)相關規(guī)定，實行模型從繪制、校核、審核到入庫的管理流程機制，保證模型庫的正確性和規(guī)范性。

6）與電力行業(yè)內(nèi)的通用設計、標準化方案建立工作密切配合，不斷補充模型庫內(nèi)容。

7）根據(jù)實際工程各設備廠家完善基礎模型庫。

3 需遵循的原則

變電設備模型庫由各種類別各種形式的設備模型組成，設備的建模、入庫需遵循一定的原則。

SDJ 51—84《電力勘測設計制圖統(tǒng)一規(guī)定》、DL/ T5350—2006《水電水利工程電氣制圖標準》、DL/ T5028—2015《電力工程制圖標準》以及有關國標行標，對電網(wǎng)工程制圖作出了相關的規(guī)定，對于目前電網(wǎng)工程的數(shù)字化三維設計里的設備建模建庫可起一定的指導作用。

在開展模型庫建設時采用的模型與參數(shù)等應統(tǒng)一、規(guī)范，模型的分類與構成應清晰且合理，模型文件的命名應便于查詢使用。嚴格把關設備模型的建模質(zhì)量、入庫質(zhì)量，才能有效提升變電工程的三維設計質(zhì)量。

最后，入庫的設備模型必須滿足國家電力公司、省電力公司當前的通用設計、通用設備的基本要求，滿足“四統(tǒng)一”的各種接口要求。對于現(xiàn)階段因無法避開而采用的非通用設備模型，應加以標識區(qū)分，在以后的模型庫使用中，盡量避免使用。

4 結(jié)束語

三維設計是目前變電工程數(shù)字化設計發(fā)展的重點，而設備模型是三維設計的基礎。在目前的電氣發(fā)展時代，設備制造工藝不斷優(yōu)化，對標準化設備的要求也日益提高。變電站設備模型庫的建立需要日積月累的疊加，非一朝一日可見成果，可能需要各設計單位各工程人員的不斷努力和付出。隨著三維設計平臺的逐漸完善，健全的設備模型庫必將是變電站數(shù)字化三維設計的堅強支撐。

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[2]項玲，邵俊偉，譚海蘭，李思浩．智能變電站的三維協(xié)同設計[J]．中國電業(yè)(技術版)，2012（11）．

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2017-03-17）