数字化技术在电力工程设计中的应用

[摘 要]随着社会经济的不断发展，电力行业规模不断壮大，对电力工程设计的要求也日益提高。传统的设计方法已经难以满足日益复杂的电力工程需求，因此迫切需要引入更先进的数字化技术来提升设计效率和质量。文章阐述了数字化技术体系的特点，分析了数字化技术在电力工程设计中的具体应用，并提出了电力工程设计中数字化技术的应用优化策略，以供参考。

[关键词]数字化技术；电力工程；设计；三维模型技术

[中图分类号]TM7 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0117–03

The Application of Digital Technology in Power Engineering Design

LI Zhongzhou

[Abstract]With the continuous development of the social economy， the scale of the power industry continues to grow， and the requirements for power engineering design are also increasing. Traditional design methods are no longer sufficient to meet the increasingly complex demands of power engineering， therefore there is an urgent need to introduce more advanced digital technologies to improve design efficiency and quality. The article elaborates on the characteristics of digital technology system， analyzes the specific application of digital technology in power engineering design， and proposes optimization strategies for the application of digital technology in power engineering design for reference.

[Keywords]digital technology； blectric power engineering； design； 3D modeling technology

1 数字化技术概述

当下，三维可视化技术、计算机图形技术、数据库技术及大数据分析技术等为各行业提供了有力的技术支撑。电力系统数字化工程建设中，三维数字化技术主要依靠信息图形影像技术、数据库技术、现代通讯技术等多种现代化技术为依托，并通过各项工作流程中相关的操作人员和设计人员相互配合，进而实现电力工程设计工作的精细化和精准化设计目标。在电力工程设计中，数字化技术体系利用计算机软件对电力系统进行建模和仿真，包括电力设备、输电线路、变电站等各个组成部分。

通过数字化仿真，可以评估系统的性能、预测潜在问题，并进行方案优化和改进。同时，借助云计算平台和信息化系统，可实现电力工程设计过程的信息共享、协同办公和数据管理，提高团队协作效率和工作效能。总之，通过构建一个完整的数字化技术体系，为电力工程设计提供全方位的支持和保障，实现设计过程的智能化、高效化和可持续发展。

2 数字化技术在电力工程设计中的具体应用

2.1 输电线路路径规划

输电线路的三维数字化设计是利用卫星、GPS等设备，借助全数字化摄像手段，生成线路走廊的数字模型及具有立体效果的三维景观图。通过利用计算机图形技术、三维可视化技术、数据库技术等多项关键技术，使得设计人员能够更加清晰、直观地掌握地形地貌，有效降低了工程难度，还减小了相关人员的工作量。近几年，随着人工智能、数据挖掘技术的快速发展，针对输电线路数字化设计中产生的数据进行深度挖掘是一个重要研究内容。该平台有6层结构，分别为数据采集层、网络层、IaaS层、PaaS层、SaaS层和用户层。基于云平台和数据挖掘技术的输电线路最优路径规划方法具体如下。

（1）利用三维GIS技术对复杂路面进行数字化建模。

（2）将模型等效为以架设成本为权重的加权栅格矩阵。

（3）基于成本最低原则，采用Q–learning 方法进行路径优化。利用三维 GIS 技术技术，一方面能够实现高维度数据的生成，提升了模型信息的准确性；另一方面，还能利用Q–learning 技术对数据进行深度挖掘，实现了自动化的线路最优路径规划。

2.2 实体模型设计

以往，在传统的实体模型设计过程中，设计人员需要对各类数据进行系统统计，工作量大、任务重、费时费力。近几年，随着电力设备设计的日益复杂化，需要收集的数据信息也越来越多，计算难度也逐渐增大，一旦在某一环节出现偏差，会影响整体模型的准确性。通过将数字化技术应用于实体模型设计中，利用计算机辅助设计软件快速创建电力工程的三维模型，设计人员可以根据工程需求精确绘制电力设备、输电线路、变电站等各个组成部分，并在三维环境中进行实时预览和调整，不仅更加精确和直观，而且能够大幅缩短设计周期。另外，通过虚拟仿真软件，设计人员可以对电力工程进行动态模拟，模拟不同工况下的运行情况，评估设备的性能和稳定性，极大地提高了设计效率和质量。

2.3 软碰撞、硬碰撞检测

在电力工程设计中，软碰撞、硬碰撞检测是一项重要内容，这些冲突会导致工程建设中出现错误，甚至造成严重的安全隐患。通过软、影碰撞检测，设计人员可以及早发现这些问题，并在设计阶段进行调整，从而避免在实际施工中出现意外。而利用数字化技术进行软、硬碰撞检测，可及早发现潜在的构件之间的冲突或碰撞。例如，利用激光扫描和三维建模等数字化技术，设计人员可以在施工前模拟出各种情况，并识别出潜在的碰撞点，提高施工安全性，还避免了因为碰撞而导致的延误和额外成本，为电力工程的可持续发展提供了有力支撑。

2.4 带电距离校验

在输变电站设计过程中，安全距离是所有设计人员需要严格要求的内容之一。传统二维设计模式下，安全净距的校验需要经过空间几何的计算来实现，由于设备间最小距离发生位置无法准确判断、软导线带有弧垂对于最小距离发生位置无法准确判断，通常需要通过增加裕度来保证带电距离的满足。通过应用数字化技术，设计人员可以通过完整的三维建模来进行实测、观察、模拟和计算，能够精准测量两实体之间的最小距离，通过比较最小距离与对应工况下规范要求的最小距离，将安全距离控制在理想范围内，以判定设计是否满足规程规范要求。三维净距校验如图1所示。

2.5 生成设备安装图

传统的设备安装图设计通常需要耗费大量的时间和人力资源，而且易受到人为因素的影响，存在一定的误差风险。通过借助数字化技术，提升了工作效率，保证了工作质量。通过自动化工具和软件快速生成设备安装图，再利用数字化工具可以根据输入的参数和规范要求，自动创建符合标准的设备布局图，并确保各项参数的准确性和一致性，这样不仅节省了大量的设计时间，还减少了人为错误的可能性。同时，还可以实现设备安装图的实时更新和修改，一旦设计参数或要求发生变化，技术人员可以直接在数字化平台上进行修改，系统会自动更新图纸并进行校验，确保设计的及时性和准确性，大幅提高了设计的灵活性和响应速度。另外，数字化技术还可以实现设备安装图的远程共享，不同团队之间可以通过网络平台实时共享和交流设计图纸，提高了团队之间的协作效率和沟通质量。

3 数字化技术在电力工程设计中的应用优化策略

3.1 重视模型标准化整合工作

数字化技术在电力工程设计中具有一定优势，但受不同地区技术水平的限制，三维立体模型并没有在全国范围内的电力工程设计中普及。随着电力工程日益复杂化，设计任务量、计算量都在不断加大，仅凭借二维模型，难以满足工程要求，因此，在今后的技术发展过程中，应重视模型的标准化工作，主要包括对各种数据和模型进行整合和标准化处理，以确保设计过程的高效性和一致性。通过建立统一的数据标准和模型标准，可以实现不同部门、不同项目之间的协作和信息共享，同时为数字化技术的应用打下良好基础，推动电力工程设计向更高效、更智能的方向发展。

3.2 重视对数字化移交标准的研究

数字化移交标准是指将电力工程设计中产生的各种数据、文档及信息以数字化形式进行整理、归档和交付的一系列规范和要求。一方面，对数字化移交标准的研究能够帮助规范电力工程设计中数据的格式、存储方式和交付要求，从而提高数据的质量和一致性。另一方面，通过制订统一的标准，可以有效降低因数据格式不统一而导致的信息交流障碍和误解风险，进而提升设计效率和准确性。另外，通过明确的标准和规范，可以更好地支持各种数字化工具和技术在电力工程设计中的集成和应用，包括信息建模、虚拟仿真、数据分析等方面，有利于提升设计过程的自动化程度和智能化水平，进而提高设计效率和质量。

3.3 强化数字化管控平台集成开发与应用

数字化管控平台的集成开发要求整合各类软硬件系统，如CAD软件、仿真软件、数据管理系统等，以实现信息共享。通过将设计、仿真、数据管理等环节纳入统一平台，可以实现设计过程的无缝连接，减少信息孤岛的产生，提高设计效率。通过建立规范的数据采集、存储和处理流程，确保数据的准确性和完整性。同时，利用数据可视化技术，将设计过程中的关键信息以直观方式展现出来，帮助技术人员及时了解项目进展情况和潜在风险，及时调整设计方案。此外，数字化管控平台还应结合人工智能和大数据分析技术，实现智能化决策支持。通过对历史数据和实时监测数据的分析，预测潜在问题并提出优化建议，帮助技术人员迅速解决问题，提高工程设计质量，保证工程安全性。

3.4 强化数字化管控技术方法创新与应用

通过不断创新和应用数字化管控技术，可以实现更精确、更高效的电力工程设计与管理。例如，基于人工智能和大数据分析的预测性维护系统，可以通过对电力设备的数据进行实时监测和分析，提前发现设备可能出现的问题，并采取预防性措施，从而减少因设备故障而造成的停工损失。同时，数字化管控技术的应用需要与实际的电力工程设计相结合，实现全流程的数字化管理。这包括从设计、施工到运营的全过程数字化管理，通过建立统一的数据平台和信息系统，实现各环节之间的无缝连接和信息共享，提高整个电力工程生命周期的管理效率和质量。此外，数字化管控技术的应用还需要注重人才培养，积极引进数字化专业人才，加强对理论知识及实践技能的培养，提升人员的综合水平，才能更好地发挥数字化管控技术的优势，推动电力工程设计工作的创新发展。

4 结束语

数字化技术在电力工程设计中得到了广泛应用，并体现出了重要的实际价值。通过引入先进的建模和仿真工具及数据分析技术，电力工程设计的效率、计算精度显著提升。数字化技术使得设计过程更加高效，建模工具可以快速创建和修改设计方案，减少了传统手工设计所需的时间和人力成本。数字化技术还改善了设计的精度和可靠性，利用仿真工具可以模拟不同工况下的电力系统运行情况，评估设计方案的可靠性，从而优化设计参数，降低了设计的风险。未来，需要对数字化技术进行不断的创新与优化，为电力工程的发展开辟新的方向，让数字化技术能够更好地为电力行业的发展提供技术支持。

参考文献

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