基于變電站數(shù)字化三維設(shè)計的110kV變電站設(shè)計研究

張飛

摘 要： 當(dāng)前變電站逐漸趨于現(xiàn)代化發(fā)展，為提升變電站建設(shè)效率，需要從設(shè)計層面展開優(yōu)化升級。借助全新的數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)，可以簡化常見的110 kV變電站設(shè)計流程，充分滿足變電站的設(shè)計要求?；诖耍瑢?shù)字化三維設(shè)計展開研究，結(jié)合某110 kV變電站的數(shù)字化三維設(shè)計案例，從軟件選擇到設(shè)計流程進(jìn)行詳細(xì)探究，并分析了數(shù)字化三維設(shè)計在變電站設(shè)計中的發(fā)展影響，以供變電站設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞： 變電站 數(shù)字化三維設(shè)計 110 kV 設(shè)計流程

中圖分類號： TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0032-03

Research on 110 kV Substation Design Based on Substation Digital 3D Design

ZHANG Fei

Luan Mingdu Electric Power Consulting and Design Co.， Ltd.， Luan， Anhui Province， 237000 China

Abstract： The current substation gradually tends to modernise， in order to improve the efficiency of substation construction， it is necessary to carry out optimisation and upgrading from the design level. With the new digital threedimensional design technology， can simplify the common 110 kV substation design process， fully meet the substation design requirements. Based on this， the digital 3D design research， combined with a 110 kV substation digital 3D design case， from the choice of software to the design process for a detailed investigation， and analyses the impact of digital 3D design in the development of substation design， for substation design reference.

Key Words： Substation； Digital 3D design； 110 kV； Design process

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對我國電力系統(tǒng)的優(yōu)化升級具有重要意義，以三維設(shè)計技術(shù)為例，在全面推進(jìn)變電站設(shè)計的進(jìn)程中，三維設(shè)計能夠起到積極的影響?？v觀我國變電站設(shè)計的發(fā)展歷史，從圖版制圖到計算機(jī)制圖，再到計算機(jī)輔助設(shè)計，經(jīng)歷了信息技術(shù)的高速發(fā)展。未來二維模型將會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶓w模型，同時在設(shè)計技術(shù)不斷升級的過程中，也將會出現(xiàn)跨專業(yè)、多平臺的合作。

1 變電站數(shù)字化三維設(shè)計概述

計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展為各行各業(yè)提供了全新動力，電力系統(tǒng)同樣受到計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響，進(jìn)入到數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程中。其中，數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)是電力系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)中最為前沿的應(yīng)用技術(shù)。數(shù)字化三維技術(shù)通過集中數(shù)據(jù)庫、虛擬影像、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，依托于計算機(jī)系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)更新設(shè)計提供了更加先進(jìn)的程序。在電力系統(tǒng)使用該技術(shù)的過程中，通過設(shè)計人員以及技術(shù)人員密切配合，根據(jù)變電站的使用需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)規(guī)劃，提升變電站設(shè)計的科學(xué)性。相較于傳統(tǒng)變電站設(shè)計，利用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)擺脫了圖紙局限，利用智能數(shù)據(jù)識別程序?qū)?shù)據(jù)信息精準(zhǔn)識別，在可視化界面中協(xié)同開展設(shè)計，有助于提升設(shè)計的合理性。

2 110 kV變電站數(shù)字化三維設(shè)計實踐

2.1 變電站概況

基于我國電網(wǎng)公司輸變電通用設(shè)備條例中對于110 kV變電站設(shè)計所提出的要求，某地110 kV變電站按照3臺主變壓器的規(guī)模進(jìn)行設(shè)計，同時接入110 kV/ 10 kV等級的電壓。在110 kV電壓線路中采用一進(jìn)三出的側(cè)接線，進(jìn)出線共計為12回。同時在10 kV側(cè)采用環(huán)形接線，出線共計為48回[1]。此時對該變電站的出線規(guī)模進(jìn)行計算，則按照110 kV線路12回×3+10kV線路48回×1.5，則最終所需108根線路。在該變電站中，設(shè)計了三組變壓器，其中具有1組本期變壓器，并預(yù)留2組，按照南北方向加以布置。同時在本次變電站的合計中，在變電站的東側(cè)設(shè)計了生產(chǎn)綜合樓，利用架空方式從西側(cè)進(jìn)110 kV線路。該變電站的基本設(shè)計技術(shù)指標(biāo)見表1。

2.2 選擇設(shè)計軟件

基于本文中的變電站設(shè)計案例，其選擇了STD-R 3.0版本的數(shù)字化三維設(shè)計軟件對變電站展開設(shè)計。該設(shè)計軟件的選擇是在綜合了我國當(dāng)前眾多不同變電站數(shù)字化三維設(shè)計軟件的實際應(yīng)用成效之后，所選擇具有最佳功能角度的軟件。該軟件具備良好的三維設(shè)計功能，該軟件基于GIM理念，受到Autodesk Revit環(huán)境影響，進(jìn)而構(gòu)成了具有電氣計算功能的嵌入式變電站三維設(shè)計平臺，從而更好地滿足變電站的不同設(shè)計開發(fā)需求。該軟件能夠最大限度地滿足國內(nèi)變電站的設(shè)計需求，通過電氣計算功能的嵌入式引用，可充分提升設(shè)計效率。當(dāng)前階段該軟件仍未開發(fā)完善，有關(guān)電氣二次設(shè)計方面的功能仍不完善，需要經(jīng)過外部軟件設(shè)計后向平臺導(dǎo)入設(shè)計成果，才能夠完成變電站設(shè)計。

2.3 變電站設(shè)計流程

在本次對110 kV的變電站展開設(shè)計時，遵循國網(wǎng)公司的變電站三維設(shè)計試行規(guī)范中的要求，嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行設(shè)計方案[2]。

2.3.1 創(chuàng)建變電站數(shù)據(jù)庫

在設(shè)計變電站之初，首先需要創(chuàng)建完善的數(shù)據(jù)庫對變電站的各項數(shù)據(jù)加以儲存，利用STD-R軟件平臺自帶的云端數(shù)據(jù)文件夾，對變電站的設(shè)計需求加以設(shè)置，同時將變電站公共數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容導(dǎo)入到平臺中。根據(jù)現(xiàn)有的模型信息，對數(shù)據(jù)庫中無成品的部分提供相應(yīng)的模型，同時并對信息展開維護(hù)處理。從公共數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出本次設(shè)計中所需應(yīng)用到的設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)，并重新創(chuàng)建對應(yīng)標(biāo)記的數(shù)據(jù)信息，對變電站中主變壓器、隔離開關(guān)以及斷路器等設(shè)備數(shù)據(jù)加以完善，為后續(xù)設(shè)計提供參考。

2.3.2 三維建模

對110 kV變電站進(jìn)行建模，首先根據(jù)變電站的二維平面圖，在軟件平臺中按照1∶1的比例展開建模設(shè)計，如圖1所示。在設(shè)計中，針對所有需要重建的結(jié)構(gòu)部分，均設(shè)定了統(tǒng)一的模型單位，創(chuàng)建三維坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為x，縱坐標(biāo)為y，z為上部坐標(biāo)軸。同時將長度單位設(shè)置為mm。根據(jù)該模型單位展開設(shè)計，按照變電站三維設(shè)計交互規(guī)范條例中的要求，對照設(shè)備建模標(biāo)準(zhǔn)，本研究在110 kV變電站設(shè)計中利用了圖元模型創(chuàng)建方式。根據(jù)部件要求，對變電站內(nèi)的各項設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行三維建模，同時在軟件中對其邊緣進(jìn)行渲染，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的模型粗糙程度。

2.3.3 繪制邏輯圖模型

在完成對變電站和其內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)備元件結(jié)構(gòu)的三維建模之后，需要應(yīng)用軟件完成對邏輯模型的繪制。則在本次邏輯、模型繪制中，將基本元件作為繪制基礎(chǔ)，同時按照設(shè)備或是間隔作為邏輯圖基本描繪單位。隨后在軟件中對各項電氣設(shè)備的主接線圖進(jìn)行設(shè)計模擬。創(chuàng)建完整的接線圖之后，結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的信息，在邏輯模型中完成編碼、賦值、標(biāo)注以及位置調(diào)整等，從而創(chuàng)建完整的電氣主接線邏輯模型。根據(jù)上述設(shè)計步驟，完成模型的基本創(chuàng)建之后，還需要對模型進(jìn)行檢查并進(jìn)行優(yōu)化，包括檢查電氣接線之間各電纜是否存在碰撞問題，進(jìn)一步優(yōu)化不合理的位置，最終生成優(yōu)化后的模型。

2.3.4 變電站三維設(shè)計

在完成變電站邏輯模型圖的三維設(shè)計之后，以此為依據(jù)對變電站展開三維設(shè)計。在STD-R軟件平臺中開展設(shè)計，可對變電站展開基于邏輯與物理層面的模型聯(lián)動，借助于自動材料生成表，掌握變電站不同結(jié)構(gòu)部分在設(shè)計中所需應(yīng)用的材料。同時基于軟件平臺當(dāng)中的自由剖切斷面設(shè)計功能，也能夠更好地對各設(shè)備元件的位置進(jìn)行調(diào)整。借助于STD-R軟件平臺的設(shè)計輔助卷冊功能，提交專業(yè)材料，對變電站的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維描繪[3]。

2.4 TLD數(shù)字化三維送電設(shè)計

除了STD-R軟件平臺之外，TLD數(shù)字化三維送電平臺也是在變電站設(shè)計中常用的軟件之一。該平臺基于開放化的平調(diào)架構(gòu)，借助變電站的工程數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了全范圍覆蓋的設(shè)計模型，基于施工圖全階段設(shè)計、數(shù)字化移交以及集選線等，實現(xiàn)了一體化的應(yīng)用設(shè)計效果，能夠打造更加完整的設(shè)計方案。

與此同時，在該送電設(shè)計平臺的應(yīng)用下，可滿足數(shù)據(jù)共享需求，在對變電站展開設(shè)計的過程中，可實現(xiàn)三維設(shè)計、GIS展示、路徑及斷面設(shè)計等聯(lián)動協(xié)同設(shè)計效果，同時囊括了電氣計算、路徑設(shè)計、桿塔規(guī)劃、器具組裝以及附件配置等在內(nèi)的多項基礎(chǔ)設(shè)計功能。應(yīng)用該設(shè)計平臺，可同步設(shè)計變電站多視圖模型，并基于數(shù)字化三維技術(shù)一鍵生成模型，滿足共同作業(yè)設(shè)計需求，有助于提升設(shè)計效率[4]。

3 變電站數(shù)字化三維設(shè)計發(fā)展的影響

應(yīng)用數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)后，變電站設(shè)計團(tuán)隊的人員結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變。借助數(shù)字化三維設(shè)計軟件先進(jìn)的智能化表現(xiàn)，進(jìn)一步優(yōu)化了原有的設(shè)計人員構(gòu)成，當(dāng)前僅需要包括建模工程師、軟件工程師與技術(shù)專業(yè)工程師在內(nèi)的三類人員即可完成設(shè)計工作，極大程度地節(jié)約了人力成本，并能夠從更加專業(yè)的視角為變電站設(shè)計提出建議，提升變電站設(shè)計效率。

不同人員的工作內(nèi)容具體如下。

（1）軟件工程師主要負(fù)責(zé)維護(hù)管理數(shù)字化三維設(shè)計軟件，確保其功能完善，并創(chuàng)建變電站設(shè)計數(shù)據(jù)庫，滿足設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)調(diào)用需求。

（2）建模工程師主要為變電站的設(shè)計創(chuàng)建新型物理模型，并維護(hù)現(xiàn)有模型數(shù)據(jù)庫，同時對電纜、照明等敷設(shè)路線展開卷冊設(shè)計[5]。

（3）技術(shù)專業(yè)工程師的工作內(nèi)容相對較為復(fù)雜，以變電站中的電氣一次專業(yè)工程師為例，在設(shè)計變電站的過程中，需要為變電站編訂主要設(shè)計方案，并對重點技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行羅列，結(jié)合設(shè)計數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容，繪制變電站邏輯模型圖。電氣一次工程師在完成上述工作之后，應(yīng)利用專業(yè)技術(shù)，籌備變電站中各項設(shè)備的物理模型，并通過三維可視化軟件模擬模型運(yùn)行過程中是否會出現(xiàn)碰撞問題。

總之，在利用數(shù)字化三維設(shè)計軟件對變電站開展設(shè)計之后，簡化了原有的設(shè)計人員結(jié)構(gòu)，更加先進(jìn)智能的設(shè)計軟件提升了設(shè)計效率，逐漸成為變電站設(shè)計的主要手段。

4 結(jié)語

本文以某110 kV變電站的數(shù)字化三維設(shè)計為例開展研究，從創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、三維建模、繪制邏輯模型圖等角度進(jìn)行闡述，形成了完整的設(shè)計參考，并印證數(shù)字化三維設(shè)計將會成為今后變電站設(shè)計的主流趨勢，從而可為后續(xù)變電站設(shè)計提供參考。

參考文獻(xiàn)

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