浅谈变电站三维协同设计的应用

浅谈变电站三维协同设计的应用

朱克平1何英静1应雪正2马炯2盛文洋2

（1.国网浙江省电力有限公司经济技术研究院；2.杭州市电力设计院有限公司）

摘要：变电站三维协同设计是一项涉及多个专业的复杂工程，对设计平台及各专业间的配合都有很高的要求。发展三维协同设计和数字化移交，是设计手段发展的方向和必然趋势，也是电力工程公司提升核心竞争力，保持行业领先地位的客观需要。

关键词：变电站；三维协同设计；应用

1三维协同设计方案

1.1电气系统模块设计

电气系统模块的设计主要包括电气设备建模定位以及悬线布置和安全距离校验等方面的工作。

首先，对电气设备建模定位。设计思路为：对项目系统回路中的设备名称以及设备的排列顺序进行自动检索，从而生成回路中的各类设备模型并实现各设备模型的定位。电气设备模型定位的实施方式主要有两种，分别为：（1）轴网定位，事先选出两条交叉点进行定位，在向其中加入第三个方向的偏移实现设备的定位；（2）相对定位，以当前其他设备的位置为依据进行定位。此外，电器设备模型还需根据其轴网定位或是相对定位实现联动功能，即此设备同选定其当前位置的参照物进行联动，当轴网或是相对设备本身发生位置偏移时，设备应自动更新定位。

其次，进行悬线布置工作。设计思路为：选取悬垂线最大弧垂与两处挂线点的高度作为参考，进而对悬线在三维空间中的形态进行模拟，同时，对三维空间进行检查，判断其是否满足具体的设计要求。实施方案如下：对悬线进行分析可知，由于其在空间是具有相对位置的方位的，而绝缘子串则以大量金具的空间的非直角形式存在。因此，可利用PDMS对架构上挂点进行确定的方式实现悬线同绝缘子串的连接。还需说明的是，由于绝缘子串是由用于连接的金具和片数可变的绝缘子共同组成的，故可通过定义模板的方法来实现其空间定位。对于用户而言，只需指定模板的类型以及所需的绝缘子片数即可。

最后，进行安全距离的校验。由于变电站三维协同设计是多专业基于统一数据库进行工作的，而一类变电设备能够对其周边特定范围内具有特定含义的元件进行捕捉，因此，为带电设备全距离校验工作的实现提供了可能。根据《电力工程电气设计手册》，根据不同等级的电压，将不同工况下带电设备的安全距离以数据的形式输入至SQL数据库中，确保相关数据的安全性。同时，系统设计人员在项目设置中对各类带电设备的电压等级进行规定，从而确保安全距离校验数据的准确性和权威性。安全距离的校验主要包括两种形式，分别为单个检查和批量检查。在单个检查方面，校验人员可先将某一配电装置打开，进而对其单独工作下的安全空间进行确定，同时进行碰撞检查与区域显示，从而获取实时碰撞结果。在批量检查方面，当所需检查的设备较多且工况较为复杂时，则可向系统提交检查请求，服务器端则在制定的时间内对全部的提交的检查申请的数据进行安全距离的校验，并将结果存入数据库中工用户和电力维护人员查看。

1.2变电土建模块设计

变电土建模块的设计工作主要包括了沟道布置、道路布置与架构布置三方面工作。

首先，进行沟道布置。建立专用数据库，实现对变电站电缆沟道的材料统计。当前，电缆沟道的等级主要由0.4m×1.0m、0.6m×1.0m、0.8m×1.0m、1.0m×1.0m、1.2m×1.0m和2m×1.0m，在按照设计图纸和具体工况对沟道进行上述等级的分层后，便可建立起沟道系统，即主沟道、次沟道以及主次沟道的T型连接和L型连接程序，从而为用户对沟道的快速建模提供依据。在具体实施方面，由于PDMS是三维建模工具，并不具备结构计算功能，因此，可先在土建结构中加入荷载，并将中间文件安全导出，在经PDMS接口程序的处理后，生成符合PKPM（建筑工程软件研究所）规范的数据，并进行计算，生成沟道施工图纸。其次，进行道路布置。变电站三维模型中道路布置的实现方法同沟道布置方法相似，也由结构截面拉伸形成。以参数化道路90°直角的可变参数弯路为例，该元件为90°固定直角的转弯道路，出入口的长度以及宽度和高度与转弯半径均能够自由调整。将元件的origin点设置为其出入点的交接口，利用PDMS以土建的方式实现道路设置，进而实现系统对道路的安全距离校验，确保道路布置的合理性。最后，进行架构布置。变电土建架构由人字柱和三角柱两部分组成，以专业提资的要求为依据，将爬梯、鼠笼以及避雷针等设置在架构柱处，并通过程序开发以模板的形式生成。

2变电站三维协同设计应用

以某330kV变电站三维协同设计为例,在设计过程中,进行三维设计优化,使站区功能分区明确，工艺流程合理，布置紧凑，进出线方便三维设计软件可按电力设计现行规范，按照不同的电压等级，自动寻找三维设备之间的最短带电距离。软件发现不符合安全净距要求的地方会用颜色和框线表示出来，保证设计人员会及时发现并修改，很好的保证设计的安全性，给业主提供最优的解决方案。

某330kV变电站地下设施包括：构支架基础、电气设备基础、电缆沟、道路基础、围栏基础、避雷线塔基础、生活给水管网、消防给水管网、排水管网等，这些设施的定位及尺寸信息散落在不同专业不同分册的不同图纸中。为了保证设计的准确性和设计周期，采用三维协同设计之后，设计人员按照事先规定好的文档结构，将相关的地下设施模型参考至设计模型中来完成设计。并利用软件的碰撞检查功能对原设计模型进行校核及修改避免碰撞的发生。因为330kV变电站工程中电缆数量多，沟道网络复杂，为了保证设计质量和进度要求，在三维设计中通过建立参数化的电缆桥架、电缆沟、埋管等缆道系统，使得自动精确统计电缆及护管长度，设备材料表；电缆敷设功能按照可配置的敷设规则自动化完成全站的电缆敷设路径优化与长度统计，精确统计电缆长度。

本次330kV变电站使用了三维协同设计工作模式，借助数字化信息模型、协同工作平台、工作进度管理工具等手段，及时沟通、紧密配合，把错误和风险化解到最小，把工程造价降到最低，把效率最大化。三维协同设计工作模式下，利用三维设计成果，三维模型与图纸之间的导航管理，模型碰撞检查，空间距离校验等，帮助设计人员在尽早发现存在的缺陷，并及时提出可行的意见，通过方案优化和设计优化，实现降低造价、节约投资和可持续发展。

通过三维设计优化，330kV变电站占地面积减少百分之十八点五，总建筑面积减少百分之四十九，施工图阶段专业间数据校对工日减少百分之二十五，人力资源节约百分之二十五，材料实现自动统计，准确率达到百分之百，建成了新一代智能变电站。

3结语

总之，通过三维协同设计提供可视化、精细化的三维设计图纸成果，满足业主、用户三维数字化移交技术要求，进一步扩大和延伸设计服务及市场，为智能电网、全寿命周期管理提供三维数字化、智能化管理平台建设奠定坚实基础。

参考文献

[1]林榕，李中，蔡桂华.智能变电站三维设计系统构建[J].中国电业技术，2012,6,27.

[2]赵雅媛，许万军，韩永兴，等.智能变电站三维设计在陕西院的发展与应用[J].电力勘测设计，2014，4（16）：8-9.