数字化技术在电力工程设计中的运用分析

张博

（国网延安供电公司，陕西 延安 716000）

1 数字化技术的特点与优势

相较于传统的二维CAD 设计，数字化三维设计方法有某些显著特点。利用数字化技术的优势，可以帮助电力企业提升设计水平。

（1）可视化程度高，更加精准、直观。业主可以更清楚地理解设计意图，减少早期沟通中存在的分歧或误解。

（2）设计精良，品质提升。各专业均在相同模型中设计，专业协作之间的紧密程度在逐步提高，减少了多专业相互交叉的历史问题。此外，三维设计区别于二维图纸单一的视图表示，构建了与实际更为相符的三维模型，这就扩大了设计的范围，增加了它的深度。

（3）增加设计产品本身的附加值。从前仅用于指导施工，如今已改为项目全生命周期应用，其中如综合展示、采购、合同分包、施工模拟以及数字化移交等。

（4）从以图纸为核心延伸至以数据为核心，将先前图纸中的信息从肉眼识别逐步转变为结构化数据并交由计算机识别。离散后的电子信息转化为适合统计分析的数据信息，而个人经验则随即转化为企业知识。显然，这就为大数据分析、设计与施工集成以及其他各个领域提供了可靠的基础数据。

发挥出数字技术最大的优势，能够减少电力工程设计中与设计沟通有关的障碍，消除距离、时间方面的限制，使设计人员保持密切的沟通，为其工作提供更多方便，确保企业在科技领域的高度协同。建立先进的数字化系统，将工程设计的前期策划与所有方案设计，如终端的视觉传达设计，利用专业的技术处理进行结合，使各环节都能得到渗透，传递精准的信息。另外，不同阶段创造的设计成果还能够为后续设计提供必要的参考，将设计方案转化为一目了然的图纸，这对生产建设的运行也有很大益处。能够和计算机设计系统自如地对接，减少设计时长，也可以消除人工模型转换留下的各种技术偏差，便于设计人员更好地关注各个环节和技术过程，减少出错，促进工程设计，改善工程设计质量，节省人力、物力、财力方面的投入，减少额外的浪费。

2 数字技术在电力工程设计中的应用

在电力工程设计中三维数字化技术已有较多的应用，如电线网络设计。在了解施工区域的基础上，及时整理采集而来的数据信息然后以三维成像的形式将其显示出来。如今，基于数字化技术研发的电力工程软件十分齐全，产品本身的更新速度也较快。结合社会对电力工程的变化之需，本文探讨了数字技术在电力设计中的具体应用。

2.1 数字技术在软碰撞、硬碰撞检测中的应用

在电力工程建设进程中，难免有不少烦琐的项目，如户内变电站、地下变电站或是高压直流换流站这类项目中，遇到的软、硬碰撞检测有助于改善项目总体的设计质量。硬碰撞检测，指实体模型内部的检测。统筹适用于涉及多个工程项目，尤其是室内外变电站下形成的多专业聚集区，效果相对良好。设计时软碰撞检测模型实体将与其他各类模型实体保持一种相对的距离。对电气工程来说，典型的软碰撞检测涵盖了电气距离、变电站防雷检测与校准。从目前应用的基本情况分析，软碰撞检测更为适合换流站阀厅的内部设计且效果十分良好。设计时需要较大的空间，并且需要校正原始的电气距离。在线路设计中，软碰撞同样可用于交叉跨越检测。

2.2 数字技术在电力企业实体模型统计中的应用

电力企业在设计和构建实体模型时，也要转变过去的二维设计法，分配专业人士来统计实体名称，最好是手工的。三维软件数字化技术，借助导线、钢结构框架等相关材料就能够顺利地分析出整个实体模型，提升实体模型自身的设计水平。

2.3 数字技术在电力企业软件平台集成中的应用

以数字化技术为支撑建立的三维软件平台，可以集中处理各类软件信息。有了技术支撑，整合短路电流、设备、接地设备这些常见的力学软件，一次性录用后，全部设计信息均可得到多次地使用。

2.4 数字技术在电力企业勘测信息和矿山信息中的应用

由于海拉瓦以及激光点云技术的集中运用，电力工程中不同线路上的信息都能得到实时地统计，如树木砍伐统计、精准拆迁、交叉分析。在集中统计各种信息的前提下，创建一种三维场景。

3 高性能三维调控软件和仿真计算应用技术在电力工程设计中的应用

数字化三维设计平台涵盖了下列6 个部分：工程管理模块、主接线设计、设备布置、辅助设计模块，包括系统的整个成果展示平台。上述部分，支撑软件都需要先进的三维调控以及仿真计算软件。

3.1 高性能三维控制软件应用技术

三维设计可以体现出某些最为原始的数据，作为一个可靠的平台，它还将成为信息和数据传输的重要载体。将设计数据存储到软件平台上，利用三维模型即可完成精细化设计。在三维空间内，根据安全距离检查以及材料统计，能够达到二维设计无法实现的设计精度和科学性。三维变电站模型集中了方案、初步设计以及施工图等功能为一体提供直观的显示效果，并且支持全景参数的及时验证。作为一个合格的设计平台，三维软件调控平台不仅仅是要建立一个初步的三维模型，同时也会设计多个不同的对象，包括若干的专业信息。该类三维对象支持计算、在线统计甚至是对施工图实时提取。这些功能，都是设计成果在一个三维模型中最好的说明与体现。

3.1.1 全站三维模型技术

变电站设计中，变电安装布置是主体，其工作强度大，复杂性高。设计中一般根据电源类型可以分为交流（开关）、直流变电站。结合布局方式，还可分为室外、室内布局。三维布置模型技术有自身的某些功能：自由调用装置模型、控制模型间隔、参数替换（和主接线之间恢复联动）、材料统计、工程编码以及二维施工图（平面图）的提取。数字化三维软件设计技术，彻底颠覆以往的二维设计，为设计人员提供不同的三维设计理念。软件本身支持参数化功能，实现了从电气设备到土木工程框架的参数化建模。设计人员仅需输入参数，就能够生成三维模型，快速地生成各种尺寸的三维设备。同时，模拟设备的外形，和实际设备大体上是一致的。

3.1.2 三维模型精细设计验证技术

（1）三维安全净距校验。过去的安全距离检测方法并未涉及三维概念。单纯依靠设计师自己的经验和简单的二维计算，很难提供安全系数最高和最优的解决方案。基于全站三维模型实现的三维安全净距校验，完全可以弥补上述缺陷。软件程序结合不一样的电压等级，可以自动查找三维设备相互的最短带电距离，检查设备之间的有限数据，确保设计的安全性，同时提供最佳的处理方案。

（2）自动生成平断面图。从前的设计方法要绘制多个不同的剖面，但设计软件平台则仅须设计人员绘制一个简单的三维图形，其他间隔剖面均可以按照设计要求做出随意的切割并自动生成，这就确保了平面和断面图二者的一致性。另外区间断面图还可对自动标注平台上的设备支架、间距以及设备与土建相隔的距离，减少设计时间。

（3）三维导线连接。设计时，摆放三维设备模型。结合上述的“三维导线连接”，自动搜寻设备接线端子，在此基础上，锁定弧垂和线夹角，使图纸表面看上去更为规范，更符合现场的真实情况。

（4）精准的材料统计。不管设备、电线又或者配件，材料统计同样都可以精准的计算出来。同时，系统还会自动标记断面图上的设备编号，与物料表里面的编号一一对应。

3.1.3 多专业协同设计

结合平面设计图，土建接口软件能够生成三维提资图。结合电气提资陆续地进行相关的配套设计，经过结构计算和力学分析后得到一个结构透视图并将资金返还电气专业，确保各专业在三维模型下的协同设计。

3.2 高性能仿真软件应用技术

计算机仿真计算，无疑为全数字化设计提供了安全、精准的选型和验证方式。利用仿真软件本身的加载专家数据库、约束数据两项功能，完成电气计算和验证，从而解决了过去人工计算量大、错误率高的现实问题，从根本上提高了工程效率。

3.2.1 数字主接线设计与验证仿真计算

在变电站内，接线无疑使一个关键的逻辑模型。不管接线关系又或者设备参数，在这个阶段里都能被构建起来。主接线还是装置布置、资料统计以及数字化交接的基础，是仿真计算的关键点。关于这部分，包括如下内容：核算出短路电流、选型检验、母线选型、过载条件仿真以及仿真验证等。

3.2.2 三维配电装置电气校验方针计算

三维设计技术，实质上是利用三维模型自身的精细设计手段，借助高性能、先进的仿真软件来提高设计水平，保证最佳的设计质量。在本部分中大致涵盖了以下几方面内容：三维安全距离检查、接地设计、导线力学计算、二次设计、管母线计算、照明设计，同时包括三维防雷设计软件、站用电以及接地设计等。

4 结语

电网工程数字化，势必会给以往的电网建设思路、技术手段乃至电网产业信息化、智能化带来深刻的变化。针对电力设施挑选恰当的三维建模方案，对加速业务整合、构建三维电网、促进电力设施数字化集中管理均有一定的推动作用。