750 kV 智能變電站三維數(shù)字化設(shè)計研究

楊白潔， 衣海東

（1.新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；

2.新疆科林思德新能源責(zé)任有限公司，新疆 阜康 831500）

0 引言

目前，大多數(shù)設(shè)計院的變電站施工圖設(shè)計大都采用二維CAD 平面設(shè)計，雖然二維CAD 設(shè)計系統(tǒng)已經(jīng)具備強大的繪圖和編輯等功能，但是二維設(shè)計工作方式繪圖工作量大，重復(fù)勞動多，可視化性能差，不能夠?qū)崿F(xiàn)資源自動共享等功能，難以滿足當(dāng)前各電網(wǎng)公司對輸變電過程設(shè)計精細(xì)化和信息化的需求[1-4]。三維數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)不僅能夠?qū)υO(shè)計進行整體優(yōu)化，而且還便于投資估算，能實現(xiàn)資源共享和“兩型一化”的具體要求，提高了設(shè)計質(zhì)量，縮短了設(shè)計周期，增強了競爭能力[5]。

三維設(shè)計的設(shè)計理念先進，數(shù)據(jù)庫功能強大，契合了智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，在智能變電站中受到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用。尤其是自2017 年國家電網(wǎng)有限公司提出《關(guān)于印發(fā)變電站（換流站）三維設(shè)計指導(dǎo)意見的通知》及2018 年提出的《關(guān)于全面應(yīng)用輸變電工程三維設(shè)計及建設(shè)工程數(shù)據(jù)中心的意見》以來，變電站三維數(shù)字化設(shè)計已在全國全面推行，變電站的設(shè)計從二維到三維，由串行分割到并行交互設(shè)計，電網(wǎng)設(shè)計領(lǐng)域正在發(fā)生一場重大的變革。

本文通過對某750 kV 智能變電站工程進行三維數(shù)字化設(shè)計，探索了三維設(shè)計軟件在變電站中的各種應(yīng)用功能和技巧，并總結(jié)出了一定的三維數(shù)字化設(shè)計經(jīng)驗，對三維數(shù)字化軟件在智能變電站工程中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 智能變電站三維數(shù)字化設(shè)計

智能變電站的三維數(shù)字化設(shè)計建立基礎(chǔ)是平面和二維設(shè)計，它是新一代數(shù)字化、智能化和虛擬化設(shè)計平臺，是一種新興的設(shè)計方法，可以實現(xiàn)智能變電站的立體化、形象化設(shè)計。

1.1 三維數(shù)字化設(shè)計流程

采用三維數(shù)字化設(shè)計方法在設(shè)計階段就可以直觀地看到建設(shè)后的效果，減少由于程序復(fù)雜出現(xiàn)的設(shè)計不合理或者碰撞等情況，可及時對設(shè)計中出現(xiàn)的問題進行優(yōu)化，極大地提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，三維數(shù)字化設(shè)計流程如圖1 所示。

圖1 三維數(shù)字化設(shè)計流程圖

1.2 三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)特點

三維數(shù)字化設(shè)計不僅可以有效解決二維設(shè)計達(dá)不到的精細(xì)化要求，還可以實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化，提高設(shè)計效率，為數(shù)字化移交提供豐富的三維模型和齊全的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，具有標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、智能化、形象化及出圖準(zhǔn)確、速度快等特點；此外還可以實現(xiàn)設(shè)計的碰撞檢查、計算、渲染及動畫功能。

2 750 kV 智能變電站三維數(shù)字化設(shè)計

2.1 工程簡介

該750 kV 智能變電站位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密地區(qū)，是戶外布置變電站。其工程規(guī)模遠(yuǎn)景為3 臺1 500 MVA 主變壓器，采用單相自耦無勵磁調(diào)壓變壓器。750 kV 母線采用3/2 斷路器接線，220 kV 母線為雙母線雙分段接線，66 kV 母線為單母線接線，主變及66 kV 電容器、電抗器為單母線分段接線。

2.2 軟件選擇

目前，國內(nèi)外三維數(shù)字化設(shè)計平臺有AVEVA公司的工廠設(shè)計管理系統(tǒng)PDMS（plant design management system）、Bentley 公司的Plant Space和北京博超公司的數(shù)字化三維變電協(xié)同設(shè)計平臺STD（substation technology design） 等軟件。通過對比，基于STD 設(shè)計平臺的友好接入和兼容性等特點，本文采用該軟件對此工程進行三維數(shù)字化設(shè)計研究。

2.3 三維建模和模型組裝

a） 三維建模。為實現(xiàn)各專業(yè)之間模型標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，需要對模型單位（一般的，長度為毫米，角度為度）、坐標(biāo)系（Z軸正向朝上）、層次和顏色等進行統(tǒng)一。

b） 模型組裝。三維模型按“專業(yè)組裝—區(qū)域組裝—總裝”的順序依次組裝。

2.4 創(chuàng)建及利用數(shù)據(jù)庫信息

主要是對三維電氣模型賦予一定屬性（包括設(shè)備詳細(xì)參數(shù)、生產(chǎn)廠家、安裝位置編碼和設(shè)備物料編碼等）；補充土建和水暖專業(yè)等設(shè)備；制定有關(guān)電氣設(shè)備及土建工程量的統(tǒng)計功能。

2.5 二維和三維之間的貫通

a） 二維智能主接線與三維模型之間的數(shù)據(jù)貫通是通過數(shù)據(jù)庫建立的二維符號和三維模型關(guān)聯(lián)功能實現(xiàn)的。

b） 二維平、斷面圖通過三維剖切來實現(xiàn)。

2.6 750 kV 三維數(shù)字化變電站的設(shè)計

2.6.1 三維數(shù)字化變電站電氣圖

通過三維數(shù)字化平臺設(shè)計的全站電氣平面布置如圖2 所示。從圖2 可以直觀地看到設(shè)備的空間位置，也可抽取各個配電區(qū)域的軸側(cè)圖、各間隔的平面圖和斷面圖。

圖2 變電站軸測圖

2.6.2 三維數(shù)字化變電站構(gòu)筑物

三維數(shù)字化構(gòu)筑物的模型建立可以讓智能變電站的設(shè)計更立體、更形象，包含構(gòu)筑物的質(zhì)量、材料、結(jié)構(gòu)等物理、工程特性及數(shù)字化信息，實現(xiàn)真正意義上的虛擬設(shè)計，本站構(gòu)架如圖3 所示。

圖3 變電站構(gòu)架圖

2.6.3 軟和硬碰撞檢查

變電站總平面布置完成后，可以對設(shè)備布置進行軟、硬碰撞檢查，軟碰撞是對設(shè)備帶電距離進行校驗；硬碰撞是對設(shè)備間是否發(fā)生位置沖突進行檢查，包括電氣設(shè)備之間，電氣與土建和水暖專業(yè)等設(shè)備的碰撞[6]，避免工程設(shè)計失誤。碰撞檢查如圖4 所示。

圖4 變電站碰撞檢查

2.7 主要設(shè)備材料和工程量統(tǒng)計

在三維數(shù)字化設(shè)計中，可以通過對三維模型的精確統(tǒng)計，生成設(shè)備材料清冊和工程量清單，便于工程的施工采購。

2.8 三維數(shù)字化移交

通過對750 kV 智能變電站三維數(shù)字化設(shè)計，形成全站的全信息三維模型，可實現(xiàn)三維數(shù)字化移交。智能變電站工程的三維數(shù)字化移交過程主要分三步進行：數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)移交[7]。

2.9 三維模型的可視化展示和動態(tài)漫游

三維數(shù)字化設(shè)計的成果可直接用于三維仿真動畫及效果圖的制作，以展現(xiàn)整個工程的面貌。

3 三維數(shù)字化設(shè)計實現(xiàn)的成果

本文基于STD 軟件對某750 kV 智能變電站進行三維數(shù)字化設(shè)計，主要實現(xiàn)了以下兩項成果。

a） 提升了750 kV 智能變電站的設(shè)計手段。第一，實現(xiàn)智能變電站的三維布置設(shè)計，達(dá)到變電站可視化設(shè)計的目標(biāo)。第二，實現(xiàn)二維和三維的貫通，直接由三維剖切平、斷面及軸側(cè)圖，提高了設(shè)計質(zhì)量和效率。第三，實現(xiàn)了設(shè)備間的三維校驗，可消除設(shè)計中常見的碰撞問題，優(yōu)化設(shè)計。第四，實現(xiàn)主要設(shè)備參數(shù)、設(shè)計和材料數(shù)據(jù)的自動匯總統(tǒng)計。第五，建立企業(yè)級三維設(shè)計元件庫，為以后工程快速復(fù)用創(chuàng)造條件。

b） 為業(yè)主提供增值服務(wù)。第一，為業(yè)主選擇更合理、經(jīng)濟的布置方案。第二，可以按照國網(wǎng)統(tǒng)一的SG186 物料編碼體系，為物資采購提供更便捷的服務(wù)。第三，為業(yè)主提供詳細(xì)的帶三維模型的設(shè)備臺賬數(shù)據(jù)，并可與設(shè)備狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)鏈接，實現(xiàn)對設(shè)備全壽命周期的管理。第四，為業(yè)主提供數(shù)字化的變電產(chǎn)品，包括工程設(shè)計、材料和物料采購數(shù)據(jù)等，為變電工程的后期維護和改造提供方便[8]。

4 結(jié)論

通過對750 kV 智能變電站三維數(shù)字化設(shè)計，完成了750 kV 智能變電站的三維平面布置圖、并行協(xié)同設(shè)計、軟硬碰撞檢查、工程量統(tǒng)計、數(shù)字化移交等。三維數(shù)字化設(shè)計具有立體的展現(xiàn)手段，強大的數(shù)據(jù)庫功能，可自動進行工程量統(tǒng)計，有效地按需求提供設(shè)備材料清單，并實現(xiàn)對設(shè)備的軟硬碰撞檢查，是今后設(shè)計方式的發(fā)展趨勢。