电力工程建设三维模型智能参数化技术研究

电力工程建设三维模型智能参数化技术研究

吴雪 1 戴欣 2

1. 国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 江苏省淮安市 223002

2. 2.国网江苏省电力有限公司淮安供电分公司 江苏省淮安市 223002

摘要：本文研究一种关键电气一次设备三维模型智能参数化技术，三维设计作为行业的变革性技术，在建筑、结构专业已得到了广泛应用，三维设计软件使建筑、结构、给排水、暖通和电气等各个专业基于同一个模型进行工作，信息共享，三维集成，协同设计。

关键词：电气设备 三维模型 电气设计

引言

对于大多数从事变电站设计、设备建模的单位来说,设备三维模型的快速搭建、可强复用性尤为关键。可以说,变配电三维设计周期的长短，很大一部分因素取决于模型。近年来,在市场经济和信息化大潮的推动下,国内许多设计院都纷纷引进专业的三维设计软件。经过几年的应用发现，绝大多数三维设计软件的快速参数化建模能力，仍满足不了市场的需要。目前，大多数三维设计软件没有直接的参数化数据驱动功能,设计人员需要花大量时间和精力,进行重复性设备建模。

1 关键电气一次设备的研究

国网公司为规范工程设计管理，提高工程设计效率和质量，2011年以来，先后研究、编制了智能变电站通用设计、通用设备。变电站工程设计时，原则上应直接采用通用设计方案作为变电站本体设计，在不影响“基本模块”和本身合理性的前提下，可考虑方案之间的模块拼接，同时对拼接方案进行整体优化。

根据《国家电网公司“两型一化”变电站设计建设导则》基本要求，变电站建设应全面开展“资源节约型、环境友好型、工业化”设计，按照变电站的功能要求，进一步明确其工业性设施的功能定位和配置要求，实现变电站全过程、全寿命周期内“资源节约、环境友好”。

江苏电力公司110kV变电站主要采用110-A2-6方案，此方案的变电站为户内站，建设规模一般为：主变压器本期及远期3台50MVA；110kV本期及远期6回电缆出线，单母线分段接线；10kV本期及远期36回全电缆出线，单母线三分段接线/单母线四分段接线；每台主变压器10kV侧本期及远期配置2组4.8Mvar无功补偿装置。

通用设计110-A2-6方案主要电气一次设备全部采用国网通用设备，按公司《物资采购标准》配置设备标准接口。

主变压器采用三相双绕组有载调压分体式主变压器，冷却方式采用全自冷；110kV电气设备采用三相共箱式户内GIS，断路器操动机构为弹簧机构。10kV高压开关柜采用户内金属铠装移开式开关柜；10kV并联电容器采用户内框架式成套设备；10kV接地变及消弧线圈采用10kV接地变压器、消弧线圈组合柜。

变压器：变压器的用途是将电网电压进行转换以便实现电能传递，变压器的分类

按绝缘介质的不同可分为：油浸式、SF6气体绝缘和环氧树脂浇注绝缘式。变电站的主变压器一般都采用油浸式变压器。

GIS：GIS是一种采用SF6气体作为灭弧和绝缘介质，将断路器、电流和电压互感器、隔离开关、接地开关、电流电压互感器、母线等电气设备组合在一起, 封闭在金属外壳内, 充以气体绝缘，构成的电器。

开关柜：是一种用于接受和分配电能，并具有对电路和设备有保护、控制和监测功能的电器。

并联电容器组：用来改善电力系统的功率因数、改善电压质量、降低线路损耗、提高系统的有功输出。

2 设备与已有的GIM模型差异

国网通用模型以通用设计、通用设备为依据，按照三维设计相关规范，遵循“标准统一、兼容交互、模型通用”的总体原则，建模的深度、细节、风格、比例、层次、命名、属性、编码、色彩、度量单位、坐标等，按照《国网基建部关于印发<输变电工程三维设计模型交互规范>等6项标准的通知》的要求执行。采用标准存储格式，满足公司变电站（换流站）三维设计全过程应用需求。全面应用通用设备和通用设计，严格按照通用设备“四统一”的要求（统一技术参数、统计电气接口、统计一二次接口、统一土建接口）建模，实现模型的通用性，满足初步设计阶段的应用要求。适用于国网公司全系统变电站初步设计阶段的三维设计。

由此可知原本的GIM模型只适用于初设阶段，在更复杂的施工图阶段，这些基本的GIM模型不能完全满足各个省的需求，甚至还有一种情况这些GIM模型只符合国网通用设计，现实情况中，有些省份会对通用设计做本地化修改例如：江苏110kV变压器与国网通用模型之间本身就有些区别，高低压套管为了电缆出线与GIM模型是相反的，这个时候如果江苏的设计院需要使用变压器，需要重新建模，这个情况就会大大增加时间。

依然以GIM的变压器为例，如果需要用在江苏的变电站设计方案，主变的高低压套管为了电缆进出线方便，国网提供的GIM模型就需要把原来的高低压套管进行位置调换，其他部分考虑到初设深度，基本不需要改动。按照《变电站（换流站）三维设计建模规范》和《基建技经〔2019〕44号国网基建部关于印发输变电工程三维设计初设评审大纲》的要求，初设深度主要检查设备和导体是否完整，建模深度是否满足建模规范要求、建模方法是否满足模型交互规范要求，检查相关设备属性是否正确。按照平常的思路我们需要对国网GIM进行修改，重新创建一个新的模型。如果当变压器的油枕或者端子箱需要进行位置变动时候，因为变压器等关键一次设备是不允许进行镜像的，所有我们必须要每次为不同的方案进行重复的创建模型，如果设计人员对软件不熟悉的话，需要花费大量的时间，进行重复性的劳动。如果能实现间隔模型、基本部件模型的智能参数化，所有的模型其实都是由基本的部件组成，可以直接进行高低压套管的拼装和互换，省去了重新建模的时间，缩短了项目设计的时间，降低了设计人员对软件的操作要求。

3 模型的智能参数化

参数化建模是BIM建模的基础，通过用参数、公式 、表格、特征等驱动图形以达到改变图形的目的，从而给予用数据驱动建模成为可能。

所有的模型其实都是由大量的基本部件组成，基本部件模型有很多可以通用的设计，如果将这些基本部件能自由拆分，具有连接接口，具备自由组合、吸附式拼接、接口自动匹配功能，组合拼接时应能实现精准拼接，将会使建模时间和建模要求降低。

利用系统参数与尺寸约束驱动模型；通过修改设计人员设置的特征参数来控制模型；利用用户参数和公式驱动模型；用户通过自定义参数和公式来约束模型的参数；利用表格数据驱动模型；通过访问记录了关于标准的模型信息的表格达到修改模型尺寸、大小、位置的作用；利用规则与检验控制特征驱动模型；用户自定义在一定条件下控制的某些参数、特征或者事件的指令，在模型发生异常时出现警示。

4 总结

三维设计很好地解决二维设计时无法很好解决的诸多问题，同时其工程数字化设计的理念和丰富属性信息给数字化再创造利用提供了广泛的应用前景。但因在电力行业应用处于刚刚起步阶段，面临软件成熟度不高、设计人员使用不熟练、沉淀资料库较少等诸多困难。

参考文献

[1] 吕跃春等．电力工程设计综述探讨与研究[J]．电网技术，2012，36(4)：74—78．

[2] 董昱，吕跃春．电气设备三维设计基础技术研究[J]．电网技术，2007，3l(3)：l-6．