变电站三维设计中的设备模型库建设研究

李思浩 周元强

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司）

变电站三维设计中的设备模型库建设研究

李思浩 周元强

（中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司）

随着设计业务与信息化手段的融和程度日益增加，以三维设计为核心的数字化设计，将成为贯穿工程全生命周期的主轴线。变电站三维设计以三维模型为基本，建立健全各类模型，是开展变电站三维设计的基础工作。文章对设备模型库的建设内容、建设方法进行了研究和探讨。

三维设计；变电站；设备建模；设备模型库

0 引言

传统的变电站设计流程主要使用二维图纸，没有设备建模的概念，在设备布置设计过程中，一般根据设备厂家提供的资料图纸加以修缮。由于二维直观性较差，只能依靠工程师的空间想象力和制图技能完成空间设计，往往造成最终施工效果与设计者的初衷有一定差距。

通过变电工程三维设计，工程师使用三维设备进行空间立体布置设计，可视化程度大大提高，有效提高设计质量。依据目前主流三维软件平台的设计模式，三维设备模型存在于设备模型库中。因此如何建设好设备模型库是变电站三维设计的重点之一。

1 变电站设备模型库的建设内容

模型库应包含当前电网中变电站内的主要设计专业的各电压等级、各设备类型、大部分主流设备制造商的三维模型。

1.1 模型构成

完整的三维模型由几何要素、约束要素和工程要素构成。

1）几何要素：三维模型中包含的表达设备几何特性的模型几何和辅助几何等要素。

2）约束要素：三维模型所包含的表达设备内部或设备之间的约束性要素，例如尺寸约束、形状约束、位置约束等。

3）工程要素：三维模型所包含的表达设备工程属性的要求，例如设备材料名称、材料特性、质量、技术要求等。

1.2 建模深度

模型应便于识别和绘图，具有主要设备部件的准确外廓形状，具有专业间接口的精确尺寸布置，满足设备的工艺安装要求，并考虑到三维模型投影为二维工程图时的状态及技术人员的审图习惯。

为了提高建模效率，节省存储空间，提高模型的调用速度，可以对不影响自身功能表达的部件进行省略，也允许简化其和安装无关的内部结构。

如变压器类模型应绘制出主要设备部件，外形尺寸应与实物保持一致，并赋予使用时的模型插图点。一台常规500kV变压器建模深度举例如下。

1）本体：主要绘制油箱及端子箱、在线检测装置等外廓形状。

2）调压开关：主要绘制无载或有载调压开关外廓形状。

3） 油枕：主要绘制油枕外廓形状、与油箱连接管路等。

4） 散热器：按风扇分块绘制外廓形状，与油箱连接管路等。

5） 套管：主要绘制各电压等级及中性点套管的升高座、瓷瓶、接线端子及均压环等。

6） 模型插入点：油箱中心点在油箱底座上的投影。

1.3 模型命名

为了适应三维模型在建模、文件管理、存储、发放、传递和更改等方面要求，模型应采用统一规则进行命名，遵循以下原则：

1）使模型文件得到唯一的存储编号或标识；

2）文件名应尽可能精简、易读，便于文件的共享、识别和使用；

3）文件名应便于追溯和版本的有效控制；

4）文件命名规则亦可参照行业或企业规范进行统一约定。

如： T-500kV-保定天威-ODFS-334。T为变压器代码，500kV为电压等级，保定天威为设备制造商，ODFS为产品型号，334为主要设备参数（容量334MVA）。

1.4 设备分类

模型库需具备分类合理、参数详尽、查询方便的特征，当设备模型库中加入足够多的模型后，应赋予一定的分类规则，对设备模型加以排序，以便于工程师检索使用。

对于变电站的设备模型，可按：设计专业（如电气一次、电气二次、土建）， 设备类型（如变压器、断路器、隔离开关等），电压等级（750kV、500kV、220kV等），设备制造商（如北京ABB、西安西电等），设备型号等分类，形成树形结构方便查找。

设计单位可根据自己的设计习惯对设备模型分类管理。

2 变电站设备模型库的建设方法

设备模型库的建设主要是依托软件公司的三维设计平台，各类设备模型的积累、完善过程。

主要工作流程如下：

1）统计待建模型库各类设备需求，列设备清单；

2）收集CAD图纸、实体相片等建模所需素材；

3）建模人员软件培训，熟练掌握建模操作；

4）依据三维软件商的设计平台的基础模型库建库方式，如Bentley公司的Substation电气设计软件的建库方式是绘制三维立体模型，汇入公用数据库，建立基础模型库；将三维设备关联进设备符号表，填写设备电气参数等信息，建立设备符号库。

5）以剖切断面图方法保存设备建模图形，供辅助校审；保留CAD图纸等建模依据以供后续设计人员参考。根据相关规定，实行模型从绘制、校核、审核到入库的管理流程机制，保证模型库的正确性和规范性。

6）与电力行业内的通用设计、标准化方案建立工作密切配合，不断补充模型库内容。

7）根据实际工程各设备厂家完善基础模型库。

3 需遵循的原则

变电设备模型库由各种类别各种形式的设备模型组成，设备的建模、入库需遵循一定的原则。

SDJ 51—84《电力勘测设计制图统一规定》、DL/ T5350—2006《水电水利工程电气制图标准》、DL/ T5028—2015《电力工程制图标准》以及有关国标行标，对电网工程制图作出了相关的规定，对于目前电网工程的数字化三维设计里的设备建模建库可起一定的指导作用。

在开展模型库建设时采用的模型与参数等应统一、规范，模型的分类与构成应清晰且合理，模型文件的命名应便于查询使用。严格把关设备模型的建模质量、入库质量，才能有效提升变电工程的三维设计质量。

最后，入库的设备模型必须满足国家电力公司、省电力公司当前的通用设计、通用设备的基本要求，满足“四统一”的各种接口要求。对于现阶段因无法避开而采用的非通用设备模型，应加以标识区分，在以后的模型库使用中，尽量避免使用。

4 结束语

三维设计是目前变电工程数字化设计发展的重点，而设备模型是三维设计的基础。在目前的电气发展时代，设备制造工艺不断优化，对标准化设备的要求也日益提高。变电站设备模型库的建立需要日积月累的叠加，非一朝一日可见成果，可能需要各设计单位各工程人员的不断努力和付出。随着三维设计平台的逐渐完善，健全的设备模型库必将是变电站数字化三维设计的坚强支撑。

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2017-03-17）