750 kV 智能变电站三维数字化设计研究

杨白洁， 衣海东

（1.新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000；

2.新疆科林思德新能源责任有限公司，新疆 阜康 831500）

0 引言

目前，大多数设计院的变电站施工图设计大都采用二维CAD 平面设计，虽然二维CAD 设计系统已经具备强大的绘图和编辑等功能，但是二维设计工作方式绘图工作量大，重复劳动多，可视化性能差，不能够实现资源自动共享等功能，难以满足当前各电网公司对输变电过程设计精细化和信息化的需求[1-4]。三维数字化设计系统不仅能够对设计进行整体优化，而且还便于投资估算，能实现资源共享和“两型一化”的具体要求，提高了设计质量，缩短了设计周期，增强了竞争能力[5]。

三维设计的设计理念先进，数据库功能强大，契合了智能电网的发展需求，在智能变电站中受到越来越多的关注和应用。尤其是自2017 年国家电网有限公司提出《关于印发变电站（换流站）三维设计指导意见的通知》及2018 年提出的《关于全面应用输变电工程三维设计及建设工程数据中心的意见》以来，变电站三维数字化设计已在全国全面推行，变电站的设计从二维到三维，由串行分割到并行交互设计，电网设计领域正在发生一场重大的变革。

本文通过对某750 kV 智能变电站工程进行三维数字化设计，探索了三维设计软件在变电站中的各种应用功能和技巧，并总结出了一定的三维数字化设计经验，对三维数字化软件在智能变电站工程中的应用具有一定的指导意义。

1 智能变电站三维数字化设计

智能变电站的三维数字化设计建立基础是平面和二维设计，它是新一代数字化、智能化和虚拟化设计平台，是一种新兴的设计方法，可以实现智能变电站的立体化、形象化设计。

1.1 三维数字化设计流程

采用三维数字化设计方法在设计阶段就可以直观地看到建设后的效果，减少由于程序复杂出现的设计不合理或者碰撞等情况，可及时对设计中出现的问题进行优化，极大地提高了设计效率和质量，三维数字化设计流程如图1 所示。

图1 三维数字化设计流程图

1.2 三维数字化设计技术特点

三维数字化设计不仅可以有效解决二维设计达不到的精细化要求，还可以实现设计过程的自动化，提高设计效率，为数字化移交提供丰富的三维模型和齐全的基础数据库，具有标准化、自动化、智能化、形象化及出图准确、速度快等特点；此外还可以实现设计的碰撞检查、计算、渲染及动画功能。

2 750 kV 智能变电站三维数字化设计

2.1 工程简介

该750 kV 智能变电站位于新疆维吾尔自治区哈密地区，是户外布置变电站。其工程规模远景为3 台1 500 MVA 主变压器，采用单相自耦无励磁调压变压器。750 kV 母线采用3/2 断路器接线，220 kV 母线为双母线双分段接线，66 kV 母线为单母线接线，主变及66 kV 电容器、电抗器为单母线分段接线。

2.2 软件选择

目前，国内外三维数字化设计平台有AVEVA公司的工厂设计管理系统PDMS（plant design management system）、Bentley 公司的Plant Space和北京博超公司的数字化三维变电协同设计平台STD（substation technology design） 等软件。通过对比，基于STD 设计平台的友好接入和兼容性等特点，本文采用该软件对此工程进行三维数字化设计研究。

2.3 三维建模和模型组装

a） 三维建模。为实现各专业之间模型标准统一，需要对模型单位（一般的，长度为毫米，角度为度）、坐标系（Z轴正向朝上）、层次和颜色等进行统一。

b） 模型组装。三维模型按“专业组装—区域组装—总装”的顺序依次组装。

2.4 创建及利用数据库信息

主要是对三维电气模型赋予一定属性（包括设备详细参数、生产厂家、安装位置编码和设备物料编码等）；补充土建和水暖专业等设备；制定有关电气设备及土建工程量的统计功能。

2.5 二维和三维之间的贯通

a） 二维智能主接线与三维模型之间的数据贯通是通过数据库建立的二维符号和三维模型关联功能实现的。

b） 二维平、断面图通过三维剖切来实现。

2.6 750 kV 三维数字化变电站的设计

2.6.1 三维数字化变电站电气图

通过三维数字化平台设计的全站电气平面布置如图2 所示。从图2 可以直观地看到设备的空间位置，也可抽取各个配电区域的轴侧图、各间隔的平面图和断面图。

图2 变电站轴测图

2.6.2 三维数字化变电站构筑物

三维数字化构筑物的模型建立可以让智能变电站的设计更立体、更形象，包含构筑物的质量、材料、结构等物理、工程特性及数字化信息，实现真正意义上的虚拟设计，本站构架如图3 所示。

图3 变电站构架图

2.6.3 软和硬碰撞检查

变电站总平面布置完成后，可以对设备布置进行软、硬碰撞检查，软碰撞是对设备带电距离进行校验；硬碰撞是对设备间是否发生位置冲突进行检查，包括电气设备之间，电气与土建和水暖专业等设备的碰撞[6]，避免工程设计失误。碰撞检查如图4 所示。

图4 变电站碰撞检查

2.7 主要设备材料和工程量统计

在三维数字化设计中，可以通过对三维模型的精确统计，生成设备材料清册和工程量清单，便于工程的施工采购。

2.8 三维数字化移交

通过对750 kV 智能变电站三维数字化设计，形成全站的全信息三维模型，可实现三维数字化移交。智能变电站工程的三维数字化移交过程主要分三步进行：数据收集、数据转换、数据移交[7]。

2.9 三维模型的可视化展示和动态漫游

三维数字化设计的成果可直接用于三维仿真动画及效果图的制作，以展现整个工程的面貌。

3 三维数字化设计实现的成果

本文基于STD 软件对某750 kV 智能变电站进行三维数字化设计，主要实现了以下两项成果。

a） 提升了750 kV 智能变电站的设计手段。第一，实现智能变电站的三维布置设计，达到变电站可视化设计的目标。第二，实现二维和三维的贯通，直接由三维剖切平、断面及轴侧图，提高了设计质量和效率。第三，实现了设备间的三维校验，可消除设计中常见的碰撞问题，优化设计。第四，实现主要设备参数、设计和材料数据的自动汇总统计。第五，建立企业级三维设计元件库，为以后工程快速复用创造条件。

b） 为业主提供增值服务。第一，为业主选择更合理、经济的布置方案。第二，可以按照国网统一的SG186 物料编码体系，为物资采购提供更便捷的服务。第三，为业主提供详细的带三维模型的设备台账数据，并可与设备状态检修数据链接，实现对设备全寿命周期的管理。第四，为业主提供数字化的变电产品，包括工程设计、材料和物料采购数据等，为变电工程的后期维护和改造提供方便[8]。

4 结论

通过对750 kV 智能变电站三维数字化设计，完成了750 kV 智能变电站的三维平面布置图、并行协同设计、软硬碰撞检查、工程量统计、数字化移交等。三维数字化设计具有立体的展现手段，强大的数据库功能，可自动进行工程量统计，有效地按需求提供设备材料清单，并实现对设备的软硬碰撞检查，是今后设计方式的发展趋势。