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(jì)層面展開(kāi)優(yōu)化升級(jí)。借助全新的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)，可以簡(jiǎn)化常見(jiàn)的110 kV變電站設(shè)計(jì)流程，充分滿足變電站的設(shè)計(jì)要求?；诖?，對(duì)數(shù)字化三維設(shè)計(jì)展開(kāi)研究，結(jié)合某110 kV變電站的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)案例，從軟件選擇到設(shè)計(jì)流程進(jìn)行詳細(xì)探究，并分析了數(shù)字化三維設(shè)計(jì)在變電站設(shè)計(jì)中的發(fā)展影響，以供變電站設(shè)計(jì)參考。

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

中圖分類號(hào)： TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 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(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)具有重要意義，以三維設(shè)計(jì)技術(shù)為例，在全面推進(jìn)變電站設(shè)計(jì)的進(jìn)程中，三維設(shè)計(jì)能夠起到積極的影響。縱觀我國(guó)變電站設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史，從圖版制圖到計(jì)算機(jī)制圖，再到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了信息技術(shù)的高速發(fā)展。未來(lái)二維模型將會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體模型，同時(shí)在設(shè)計(jì)技術(shù)不斷升級(jí)的過(guò)程中，也將會(huì)出現(xiàn)跨專業(yè)、多平臺(tái)的合作。

1 變電站數(shù)字化三維設(shè)計(jì)概述

計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展為各行各業(yè)提供了全新動(dòng)力，電力系統(tǒng)同樣受到計(jì)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(jì)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(guò)集中數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬影像、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，依托于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為電力系統(tǒng)更新設(shè)計(jì)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(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)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(jì)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)規(guī)劃，提升變電站設(shè)計(jì)的科學(xué)性。相較于傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)，利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)擺脫了圖紙局限，利用智能數(shù)據(jù)識(shí)別程序?qū)?shù)據(jù)信息精準(zhǔn)識(shí)別，在可視化界面中協(xié)同開(kāi)展設(shè)計(jì)，有助于提升設(shè)計(jì)的合理性。

2 110 kV變電站數(shù)字化三維設(shè)計(jì)實(shí)踐

2.1 變電站概況

基于我國(guó)電網(wǎng)公司輸變電通用設(shè)備條例中對(duì)于110 kV變電站設(shè)計(jì)所提出的要求，某地110 kV變電站按照3臺(tái)主變壓器的規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)接入110 kV/ 10 kV等級(jí)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(jì)為12回。同時(shí)在10 kV側(cè)采用環(huán)形接線，出線共計(jì)為48回[1]。此時(shí)對(duì)該變電站的出線規(guī)模進(jìn)行計(jì)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(jì)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(shí)在本次變電站的合計(jì)中，在變電站的東側(cè)設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 選擇設(shè)計(jì)軟件

基于本文中的變電站設(shè)計(jì)案例，其選擇了STD-R 3.0版本的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)變電站展開(kāi)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)軟件的選擇是在綜合了我國(guó)當(dāng)前眾多不同變電站數(shù)字化三維設(shè)計(jì)軟件的實(shí)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(jì)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(jì)算功能的嵌入式變電站三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，從而更好地滿足變電站的不同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需求。該軟件能夠最大限度地滿足國(guó)內(nèi)變電站的設(shè)計(jì)需求，通過(guò)電氣計(jì)算功能的嵌入式引用，可充分提升設(shè)計(jì)效率。當(dāng)前階段該軟件仍未開(kāi)發(fā)完善，有關(guān)電氣二次設(shè)計(jì)方面的功能仍不完善，需要經(jīng)過(guò)外部軟件設(shè)計(jì)后向平臺(tái)導(dǎo)入設(shè)計(jì)成果，才能夠完成變電站設(shè)計(jì)。

2.3 變電站設(shè)計(jì)流程

在本次對(duì)110 kV的變電站展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，遵循國(guó)網(wǎng)公司的變電站三維設(shè)計(jì)試行規(guī)范中的要求，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行設(shè)計(jì)方案[2]。

2.3.1 創(chuàng)建變電站數(shù)據(jù)庫(kù)

在設(shè)計(jì)變電站之初，首先需要?jiǎng)?chuàng)建完善的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)變電站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)加以儲(chǔ)存，利用STD-R軟件平臺(tái)自帶的云端數(shù)據(jù)文件夾，對(duì)變電站的設(shè)計(jì)需求加以設(shè)置，同時(shí)將變電站公共數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容導(dǎo)入到平臺(tái)中。根據(jù)現(xiàn)有的模型信息，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中無(wú)成品的部分提供相應(yīng)的模型，同時(shí)并對(duì)信息展開(kāi)維護(hù)處理。從公共數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出本次設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)標(biāo)記的數(shù)據(jù)信息，對(duì)變電站中主變壓器、隔離開(kāi)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(jì)提供參考。

2.3.2 三維建模

對(duì)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(tái)中按照1∶1的比例展開(kāi)建模設(shè)計(jì)，如圖1所示。在設(shè)計(jì)中，針對(duì)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(shí)將長(zhǎng)度單位設(shè)置為mm。根據(jù)該模型單位展開(kāi)設(shè)計(jì)，按照變電站三維設(shè)計(jì)交互規(guī)范條例中的要求，對(duì)照設(shè)備建模標(biāo)準(zhǔn)，本研究在110 kV變電站設(shè)計(jì)中利用了圖元模型創(chuàng)建方式。根據(jù)部件要求，對(duì)變電站內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行三維建模，同時(shí)在軟件中對(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)各項(xiàng)電氣設(shè)備的主接線圖進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬。創(chuàng)建完整的接線圖之后，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)步驟，完成模型的基本創(chuàng)建之后，還需要對(duì)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(wèn)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(jì)

在完成變電站邏輯模型圖的三維設(shè)計(jì)之后，以此為依據(jù)對(duì)變電站展開(kāi)三維設(shè)計(jì)。在STD-R軟件平臺(tái)中開(kāi)展設(shè)計(jì)，可對(duì)變電站展開(kāi)基于邏輯與物理層面的模型聯(lián)動(dòng)，借助于自動(dòng)材料生成表，掌握變電站不同結(jié)構(gòu)部分在設(shè)計(jì)中所需應(yīng)用的材料。同時(shí)基于軟件平臺(tái)當(dāng)中的自由剖切斷面設(shè)計(jì)功能，也能夠更好地對(duì)各設(shè)備元件的位置進(jìn)行調(diào)整。借助于STD-R軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)輔助卷冊(cè)功能，提交專業(yè)材料，對(duì)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(jì)

除了STD-R軟件平臺(tái)之外，TLD數(shù)字化三維送電平臺(tái)也是在變電站設(shè)計(jì)中常用的軟件之一。該平臺(tái)基于開(kāi)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(jì)模型，基于施工圖全階段設(shè)計(jì)、數(shù)字化移交以及集選線等，實(shí)現(xiàn)了一體化的應(yīng)用設(shè)計(jì)效果，能夠打造更加完整的設(shè)計(jì)方案。

與此同時(shí)，在該送電設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用下，可滿足數(shù)據(jù)共享需求，在對(duì)變電站展開(kāi)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)、GIS展示、路徑及斷面設(shè)計(jì)等聯(lián)動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)效果，同時(shí)囊括了電氣計(jì)算、路徑設(shè)計(jì)、桿塔規(guī)劃、器具組裝以及附件配置等在內(nèi)的多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)功能。應(yīng)用該設(shè)計(jì)平臺(tái)，可同步設(shè)計(jì)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(jì)需求，有助于提升設(shè)計(jì)效率[4]。

3 變電站數(shù)字化三維設(shè)計(jì)發(fā)展的影響

應(yīng)用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)后，變電站設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的人員結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變。借助數(shù)字化三維設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)提出建議，提升變電站設(shè)計(jì)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(jì)軟件，確保其功能完善，并創(chuàng)建變電站設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)創(chuàng)建新型物理模型，并維護(hù)現(xiàn)有模型數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)對(duì)電纜、照明等敷設(shè)路線展開(kāi)卷冊(cè)設(shè)計(jì)[5]。

（3）技術(shù)專業(yè)工程師的工作內(nèi)容相對(duì)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(jì)變電站的過(guò)程中，需要為變電站編訂主要設(shè)計(jì)方案，并對(duì)重點(diǎn)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行羅列，結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(xiàng)設(shè)備的物理模型，并通過(guò)三維可視化軟件模擬模型運(yùn)行過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)碰撞問(wèn)題。

總之，在利用數(shù)字化三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)變電站開(kāi)展設(shè)計(jì)之后，簡(jiǎn)化了原有的設(shè)計(jì)人員結(jié)構(gòu)，更加先進(jìn)智能的設(shè)計(jì)軟件提升了設(shè)計(jì)效率，逐漸成為變電站設(shè)計(jì)的主要手段。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某110 kV變電站的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)為例開(kāi)展研究，從創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)、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(jì)參考，并印證數(shù)字化三維設(shè)計(jì)將會(huì)成為今后變電站設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)，從而可為后續(xù)變電站設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

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