鄭海濤

摘 要 隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)、數(shù)字化變電站等新理念、新技術(shù)的不斷深入，對設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)理念提出了更多的新的要求。如何提升變電工程的設(shè)計(jì)手段，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，滿足業(yè)主日益增長的成品信息量的需求，實(shí)現(xiàn)變電站全過程、全生命周期的管理，成為越來越多的設(shè)計(jì)企業(yè)研究的方向。文章以阿克塞民主330kV變電站工程為依托，利用STD變電數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺對變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)的方法和手段進(jìn)行了研究，并對數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在變電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值和意義進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】變電站 數(shù)字化設(shè)計(jì) 應(yīng)用價(jià)值

傳統(tǒng)的變電站設(shè)計(jì)是用各種設(shè)計(jì)圖紙、文本標(biāo)注設(shè)計(jì)內(nèi)容，而其設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性只能依靠人工校核來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化的變電站設(shè)計(jì)是利用建模技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、管理，其設(shè)計(jì)過程也是構(gòu)造數(shù)字化成果數(shù)據(jù)的過程。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是建模技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的集成創(chuàng)新；是以變電站設(shè)計(jì)對象數(shù)字化表達(dá)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站基礎(chǔ)信息集成化，設(shè)計(jì)過程智能化，設(shè)計(jì)平臺一體化，專業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)同化，設(shè)計(jì)成果數(shù)字化、可視化，應(yīng)用成果全程化，形成包含設(shè)計(jì)對象數(shù)據(jù)、工程過程信息等內(nèi)容的數(shù)字化設(shè)計(jì)成果。

數(shù)字化設(shè)計(jì)是工程全生命周期的要求，設(shè)計(jì)過程生產(chǎn)的所有數(shù)據(jù)，在工程全生命周期的后半程更具價(jià)值。設(shè)計(jì)階段是數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭，數(shù)據(jù)產(chǎn)生機(jī)制會直接影響整個(gè)全生命周期數(shù)字化應(yīng)用的水平。

我院在幾年前采購了北京博超公司的STD變電三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，目前本院大多數(shù)750kV變電工程均采用該平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺應(yīng)用效果良好。

STD數(shù)字化三維變電設(shè)計(jì)平臺是以數(shù)據(jù)庫為核心、以三維技術(shù)為手段，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化知識管理體系的精細(xì)化變電設(shè)計(jì)平臺。平臺通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動與共享實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程的自動化，借助三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的精細(xì)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全專業(yè)模型級的協(xié)同設(shè)計(jì)。

2 實(shí)際工程數(shù)字化設(shè)計(jì)

2.1 工程背景

阿克塞民主330kV變電站是阿克塞哈薩克族自治縣重要的電力樞紐，連接著光伏、風(fēng)電等電力能源供應(yīng)和鐵路、工業(yè)等重要電力用戶。工程本期規(guī)模為主變2*360MVA，2回330kV線路接入沙洲750kV變電站，預(yù)留當(dāng)金山南方向2回330KV出線位置，預(yù)留西北方向各1回330KV出線位置，110kV出線6回。工程遠(yuǎn)景規(guī)模3*360MVA，330KV進(jìn)出線6回，110KV進(jìn)出線20回。圍墻內(nèi)用地面積3.3897公頃，站址總用地面積3.9219公頃。

2.2 設(shè)備建模和入庫

設(shè)備三維建模一般是由工程師參照廠家提供的設(shè)備安裝圖，通過設(shè)計(jì)平臺提供的工具進(jìn)行建模。設(shè)備建模時(shí)，模型尺寸應(yīng)以毫米為單位，比例為1：1，設(shè)備部件顏色應(yīng)合理，同類部件顏色應(yīng)統(tǒng)一，設(shè)備模型的各重要部件應(yīng)有相應(yīng)的類型標(biāo)識，比如帶電體、接地體、絕緣體、支架、機(jī)構(gòu)箱等，便于后續(xù)安全凈距檢查等設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.3 主接線設(shè)計(jì)

主接線設(shè)計(jì)有兩種方式，一是調(diào)用典型回路或典型方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一種是參數(shù)化設(shè)計(jì)。其中，參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種快速靈活的設(shè)計(jì)方式，可以輸入工程的電壓等級、變壓器臺數(shù)、接線方式、進(jìn)出線數(shù)量和回路樣式，就可以自動形成一個(gè)主接線方案。

2.4 工程設(shè)備編碼

為使電網(wǎng)工程建設(shè)各方與業(yè)主或運(yùn)營方共享工程信息，確保在電網(wǎng)工程建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)過程中信息的可識性和共享性，提高電網(wǎng)工程的數(shù)字化管理和安全運(yùn)行水平，需要為工程中主要設(shè)備進(jìn)行編碼。

2.5 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)

變電站設(shè)計(jì)需要多個(gè)專業(yè)共同完成設(shè)計(jì)，數(shù)字化設(shè)計(jì)同樣需要進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)需要在同一個(gè)平臺下進(jìn)行，在平臺上進(jìn)行數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)，首先要建立協(xié)同工作空間，然后在協(xié)同空間里建立協(xié)同樹，包括總的部分、各配電裝置區(qū)域和主控樓，再細(xì)分為各個(gè)專業(yè)和專業(yè)內(nèi)的主體內(nèi)容等。然后，再在各協(xié)同節(jié)點(diǎn)設(shè)置負(fù)責(zé)人和權(quán)限，各負(fù)責(zé)人在各自的協(xié)同工作空間下開展設(shè)計(jì)工作。

2.6 總圖設(shè)計(jì)

總圖設(shè)計(jì)依賴于數(shù)字化地形圖，設(shè)計(jì)開始首先要導(dǎo)入本工程的數(shù)字化地形圖。在數(shù)字化地形圖上進(jìn)行場地平整和土方量計(jì)算。并進(jìn)行總圖規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括各配電裝置區(qū)域、進(jìn)出線位置、主控樓和大門、道路、圍墻、排水溝等。

總圖設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)成果需遷入到工程數(shù)據(jù)庫中，各配電裝置區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)均需以總圖設(shè)計(jì)成果為基準(zhǔn)，在總圖中規(guī)劃的區(qū)域上進(jìn)行各配電裝置的設(shè)計(jì)和布置。

2.7 配電裝置設(shè)計(jì)

配電裝置設(shè)計(jì)時(shí)可以直接利用主接線設(shè)計(jì)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)。可自動獲取間隔和回路信息、設(shè)備信息進(jìn)行軸網(wǎng)設(shè)計(jì)；可以根據(jù)軸網(wǎng)確定設(shè)備布置點(diǎn)，按照設(shè)備類型、相間距和支架高度可自動進(jìn)行設(shè)備布置。然后，進(jìn)行導(dǎo)線連接完成配電裝置設(shè)計(jì)。配電裝置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)成果可以通過協(xié)同工作空間遷入到工程數(shù)據(jù)庫中，并自動更新到三維總平圖上。

2.8 土建專業(yè)設(shè)計(jì)

土建專業(yè)設(shè)計(jì)包括建筑、水暖、結(jié)構(gòu)、總圖，各專業(yè)可以在各自的協(xié)同工作空間下開展各自專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，也可以利用各自常用的專業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算校核，比如Midas、巖拓、PKPM、飛時(shí)達(dá)等專業(yè)軟件。設(shè)計(jì)完成后，可以通過接口將設(shè)計(jì)成果導(dǎo)入到平臺完成土建專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.9 計(jì)算校核

設(shè)計(jì)完成后需要對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行計(jì)算校核。在數(shù)字化的設(shè)計(jì)成果上，設(shè)備模型的屬性信息和空間位置關(guān)系獲取非常方便，可以直接進(jìn)行計(jì)算校核。

2.9.1 計(jì)算

設(shè)計(jì)完成后，可直接從數(shù)字化設(shè)計(jì)成果上直接獲取屬性信息和空間位置關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，比如防雷計(jì)算、導(dǎo)線力學(xué)計(jì)算、管母力學(xué)計(jì)算、支撐管母計(jì)算、母線感應(yīng)電壓計(jì)算、導(dǎo)體相間距離計(jì)算、跳線相間距離計(jì)算、跳線相地距離計(jì)算等。

2.9.2 安全距離檢查

在數(shù)字化設(shè)計(jì)成果上，其設(shè)備模型的空間位置關(guān)系表達(dá)的更加直觀、更加準(zhǔn)確，進(jìn)行電氣安全距離檢查是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無法比擬的，對于空間狹窄、各電壓等級設(shè)備設(shè)施對象多、空間關(guān)系復(fù)雜的環(huán)境，可以發(fā)揮獨(dú)特的優(yōu)勢，從而大大減少設(shè)計(jì)事故和返工。

2.9.3 碰撞檢查

碰撞檢查分為軟碰撞和硬碰撞，其中硬碰撞是設(shè)備設(shè)施實(shí)體之間直接發(fā)生位置沖突，包括電氣設(shè)備與土建結(jié)構(gòu)的碰撞、電纜溝與碰撞基礎(chǔ)、水工暖通與建筑、水工暖通管道之間的碰撞等；軟碰撞是設(shè)備設(shè)施之間空間距離不能滿足相關(guān)規(guī)范要求。針對數(shù)字化設(shè)計(jì)成果進(jìn)行碰撞檢查可以精確到對象級，碰撞檢查精度較高，可以避免工程設(shè)計(jì)中各種碰撞問題。

2.10 成果輸出

變電站工程數(shù)字化設(shè)計(jì)完成后，可以輸出以下主要設(shè)計(jì)成果：

（1）全站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模型。

（2）站址平整土方量計(jì)算結(jié)果表。

（3）主接線設(shè)計(jì)圖紙。

（4）總平圖和間隔斷面圖，包括三維總平圖、電氣總平圖、土建總平圖、間隔斷面圖、各配電裝置平面圖。

（5）材料統(tǒng)計(jì)表，包括全站主要設(shè)備材料表和電氣材料表、各配電裝置主要設(shè)備材料表和電氣材料表、電纜清冊、工程量統(tǒng)計(jì)表等。

（6）計(jì)算結(jié)果表和計(jì)算書，包括短路電流計(jì)算表和計(jì)算書、高壓設(shè)備選型表、防雷保護(hù)表、接地計(jì)算書、導(dǎo)體力學(xué)計(jì)算書等。

（7）安全凈距校核和碰撞檢查。

（8）全站三維漫游。

（9）數(shù)字化移交成果。

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)優(yōu)勢

（1）數(shù)字化設(shè)計(jì)具有形象化、具象化的視覺效果，可以避免二維設(shè)計(jì)所不能解決的問題，減少人為的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（2）數(shù)字化設(shè)計(jì)是對三維設(shè)計(jì)和信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在信息模型上直接進(jìn)行安全距離校驗(yàn)、導(dǎo)體力學(xué)計(jì)算、防雷設(shè)計(jì)、碰撞檢查等重要計(jì)算和校核，彌補(bǔ)常規(guī)設(shè)計(jì)的缺陷，為業(yè)主提供更優(yōu)秀的解決方案。

4 數(shù)字化設(shè)計(jì)意義

變電站工程采用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，不僅可以提升設(shè)計(jì)手段，還可以在為業(yè)主提供常規(guī)二維設(shè)計(jì)成品的同時(shí)，提供一個(gè)可以支撐工程全生命周期應(yīng)用的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)成果，包括工程信息、全站三維模型信息、所有設(shè)備設(shè)施屬性信息及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)圖紙資料、完整的設(shè)計(jì)圖檔。業(yè)主可以利用工程數(shù)字化設(shè)計(jì)成果指導(dǎo)施工、運(yùn)維、檢修和退役等。

數(shù)字化設(shè)計(jì)不僅是提升設(shè)計(jì)企業(yè)技術(shù)能力的主要手段，還是設(shè)計(jì)企業(yè)全面進(jìn)入電網(wǎng)信息化服務(wù)領(lǐng)域，拓展以設(shè)計(jì)成果數(shù)字化移交為手段的電網(wǎng)全生命周期信息化服務(wù)盈利模式的主要舉措。這將開拓設(shè)計(jì)企業(yè)面向未來的生存與發(fā)展能力。

5 結(jié)論

變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是面向變電站工程全設(shè)計(jì)階段，從可研、初設(shè)、施工圖和竣工圖設(shè)計(jì)到數(shù)字化成果移交，均采用同一套設(shè)計(jì)模型，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的自動化和智能化。

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是以數(shù)字化為根本，采用數(shù)據(jù)庫管理模式，在變電站設(shè)計(jì)的過程中存儲了從變電站邏輯模型、變電站布置模型、設(shè)備參數(shù)到工程量等各類數(shù)據(jù)，可以直接用于采購、施工、運(yùn)行維護(hù)、退役等，實(shí)現(xiàn)為工程全生命周期服務(wù)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]林榕，李中，蔡桂華.智能變電站三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)建[J].中國電業(yè)技術(shù)，2012/6 P27.

[2]王志毅.智能化三維變電設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用[J].華東電力，2011/5 0750.

[3]冉瑞江.如何通過三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變電站精細(xì)化設(shè)計(jì)[J].行業(yè)與應(yīng)用2012/3 P20.

[4]李穎瑾 李波 王樂天 變電站三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討[J].中國電業(yè)（技術(shù)版）2012/4 P182.

作者單位

中國能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司 甘肅省蘭州市 730050