基于变电站数字化三维设计的110kV变电站设计研究

张飞

摘 要： 当前变电站逐渐趋于现代化发展，为提升变电站建设效率，需要从设计层面展开优化升级。借助全新的数字化三维设计技术，可以简化常见的110 kV变电站设计流程，充分满足变电站的设计要求。基于此，对数字化三维设计展开研究，结合某110 kV变电站的数字化三维设计案例，从软件选择到设计流程进行详细探究，并分析了数字化三维设计在变电站设计中的发展影响，以供变电站设计参考。

关键词： 变电站 数字化三维设计 110 kV 设计流程

中图分类号： TM63文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0032-03

Research on 110 kV Substation Design Based on Substation Digital 3D Design

ZHANG Fei

Luan Mingdu Electric Power Consulting and Design Co.， Ltd.， Luan， Anhui Province， 237000 China

Abstract： The current substation gradually tends to modernise， in order to improve the efficiency of substation construction， it is necessary to carry out optimisation and upgrading from the design level. With the new digital threedimensional design technology， can simplify the common 110 kV substation design process， fully meet the substation design requirements. Based on this， the digital 3D design research， combined with a 110 kV substation digital 3D design case， from the choice of software to the design process for a detailed investigation， and analyses the impact of digital 3D design in the development of substation design， for substation design reference.

Key Words： Substation； Digital 3D design； 110 kV； Design process

现代科学技术的发展对我国电力系统的优化升级具有重要意义，以三维设计技术为例，在全面推进变电站设计的进程中，三维设计能够起到积极的影响。纵观我国变电站设计的发展历史，从图版制图到计算机制图，再到计算机辅助设计，经历了信息技术的高速发展。未来二维模型将会逐渐转变为实体模型，同时在设计技术不断升级的过程中，也将会出现跨专业、多平台的合作。

1 变电站数字化三维设计概述

计算机技术快速发展为各行各业提供了全新动力，电力系统同样受到计算机网络技术的影响，进入到数字化建设进程中。其中，数字化三维设计技术是电力系统数字化建设中最为前沿的应用技术。数字化三维技术通过集中数据库、虚拟影像、网络技术等，依托于计算机系统，为电力系统更新设计提供了更加先进的程序。在电力系统使用该技术的过程中，通过设计人员以及技术人员密切配合，根据变电站的使用需求进行优化设计，从而实现精准规划，提升变电站设计的科学性。相较于传统变电站设计，利用数字化三维设计技术摆脱了图纸局限，利用智能数据识别程序对数据信息精准识别，在可视化界面中协同开展设计，有助于提升设计的合理性。

2 110 kV变电站数字化三维设计实践

2.1 变电站概况

基于我国电网公司输变电通用设备条例中对于110 kV变电站设计所提出的要求，某地110 kV变电站按照3台主变压器的规模进行设计，同时接入110 kV/ 10 kV等级的电压。在110 kV电压线路中采用一进三出的侧接线，进出线共计为12回。同时在10 kV侧采用环形接线，出线共计为48回[1]。此时对该变电站的出线规模进行计算，则按照110 kV线路12回×3+10kV线路48回×1.5，则最终所需108根线路。在该变电站中，设计了三组变压器，其中具有1组本期变压器，并预留2组，按照南北方向加以布置。同时在本次变电站的合计中，在变电站的东侧设计了生产综合楼，利用架空方式从西侧进110 kV线路。该变电站的基本设计技术指标见表1。

2.2 选择设计软件

基于本文中的变电站设计案例，其选择了STD-R 3.0版本的数字化三维设计软件对变电站展开设计。该设计软件的选择是在综合了我国当前众多不同变电站数字化三维设计软件的实际应用成效之后，所选择具有最佳功能角度的软件。该软件具备良好的三维设计功能，该软件基于GIM理念，受到Autodesk Revit环境影响，进而构成了具有电气计算功能的嵌入式变电站三维设计平台，从而更好地满足变电站的不同设计开发需求。该软件能够最大限度地满足国内变电站的设计需求，通过电气计算功能的嵌入式引用，可充分提升设计效率。当前阶段该软件仍未开发完善，有关电气二次设计方面的功能仍不完善，需要经过外部软件设计后向平台导入设计成果，才能够完成变电站设计。

2.3 变电站设计流程

在本次对110 kV的变电站展开设计时，遵循国网公司的变电站三维设计试行规范中的要求，严格按照设计标准执行设计方案[2]。

2.3.1 创建变电站数据库

在设计变电站之初，首先需要创建完善的数据库对变电站的各项数据加以储存，利用STD-R软件平台自带的云端数据文件夹，对变电站的设计需求加以设置，同时将变电站公共数据库的内容导入到平台中。根据现有的模型信息，对数据库中无成品的部分提供相应的模型，同时并对信息展开维护处理。从公共数据库中导出本次设计中所需应用到的设备设施数据，并重新创建对应标记的数据信息，对变电站中主变压器、隔离开关以及断路器等设备数据加以完善，为后续设计提供参考。

2.3.2 三维建模

对110 kV变电站进行建模，首先根据变电站的二维平面图，在软件平台中按照1∶1的比例展开建模设计，如图1所示。在设计中，针对所有需要重建的结构部分，均设定了统一的模型单位，创建三维坐标，横坐标为x，纵坐标为y，z为上部坐标轴。同时将长度单位设置为mm。根据该模型单位展开设计，按照变电站三维设计交互规范条例中的要求，对照设备建模标准，本研究在110 kV变电站设计中利用了图元模型创建方式。根据部件要求，对变电站内的各项设备设施等进行三维建模，同时在软件中对其边缘进行渲染，设定标准的模型粗糙程度。

2.3.3 绘制逻辑图模型

在完成对变电站和其内部基础设备元件结构的三维建模之后，需要应用软件完成对逻辑模型的绘制。则在本次逻辑、模型绘制中，将基本元件作为绘制基础，同时按照设备或是间隔作为逻辑图基本描绘单位。随后在软件中对各项电气设备的主接线图进行设计模拟。创建完整的接线图之后，结合数据库中的信息，在逻辑模型中完成编码、赋值、标注以及位置调整等，从而创建完整的电气主接线逻辑模型。根据上述设计步骤，完成模型的基本创建之后，还需要对模型进行检查并进行优化，包括检查电气接线之间各电缆是否存在碰撞问题，进一步优化不合理的位置，最终生成优化后的模型。

2.3.4 变电站三维设计

在完成变电站逻辑模型图的三维设计之后，以此为依据对变电站展开三维设计。在STD-R软件平台中开展设计，可对变电站展开基于逻辑与物理层面的模型联动，借助于自动材料生成表，掌握变电站不同结构部分在设计中所需应用的材料。同时基于软件平台当中的自由剖切断面设计功能，也能够更好地对各设备元件的位置进行调整。借助于STD-R软件平台的设计辅助卷册功能，提交专业材料，对变电站的整体结构进行三维描绘[3]。

2.4 TLD数字化三维送电设计

除了STD-R软件平台之外，TLD数字化三维送电平台也是在变电站设计中常用的软件之一。该平台基于开放化的平调架构，借助变电站的工程数据，创建了全范围覆盖的设计模型，基于施工图全阶段设计、数字化移交以及集选线等，实现了一体化的应用设计效果，能够打造更加完整的设计方案。

与此同时，在该送电设计平台的应用下，可满足数据共享需求，在对变电站展开设计的过程中，可实现三维设计、GIS展示、路径及断面设计等联动协同设计效果，同时囊括了电气计算、路径设计、杆塔规划、器具组装以及附件配置等在内的多项基础设计功能。应用该设计平台，可同步设计变电站多视图模型，并基于数字化三维技术一键生成模型，满足共同作业设计需求，有助于提升设计效率[4]。

3 变电站数字化三维设计发展的影响

应用数字化三维设计技术后，变电站设计团队的人员结构将发生改变。借助数字化三维设计软件先进的智能化表现，进一步优化了原有的设计人员构成，当前仅需要包括建模工程师、软件工程师与技术专业工程师在内的三类人员即可完成设计工作，极大程度地节约了人力成本，并能够从更加专业的视角为变电站设计提出建议，提升变电站设计效率。

不同人员的工作内容具体如下。

（1）软件工程师主要负责维护管理数字化三维设计软件，确保其功能完善，并创建变电站设计数据库，满足设计过程中的数据调用需求。

（2）建模工程师主要为变电站的设计创建新型物理模型，并维护现有模型数据库，同时对电缆、照明等敷设路线展开卷册设计[5]。

（3）技术专业工程师的工作内容相对较为复杂，以变电站中的电气一次专业工程师为例，在设计变电站的过程中，需要为变电站编订主要设计方案，并对重点技术内容进行罗列，结合设计数据库中的内容，绘制变电站逻辑模型图。电气一次工程师在完成上述工作之后，应利用专业技术，筹备变电站中各项设备的物理模型，并通过三维可视化软件模拟模型运行过程中是否会出现碰撞问题。

总之，在利用数字化三维设计软件对变电站开展设计之后，简化了原有的设计人员结构，更加先进智能的设计软件提升了设计效率，逐渐成为变电站设计的主要手段。

4 结语

本文以某110 kV变电站的数字化三维设计为例开展研究，从创建数据库、三维建模、绘制逻辑模型图等角度进行阐述，形成了完整的设计参考，并印证数字化三维设计将会成为今后变电站设计的主流趋势，从而可为后续变电站设计提供参考。

参考文献

[1]陈晨，李巍，宋景博.基于实物ID的智能变电站三维数字化设计方法研究[J].自动化技术与应用，2023， 42（10）：129-132.

[2]王毅，陈星宇，肖志豪.变电站三维数字化正向设计方法研究[J].电工技术，2023（14）：191-194.

[3]刘清泉，李铁成，王献志.智能变电站二次系统三维数字化设计与装配关键技术[J].河北电力技术， 2021，40（3）：76-81.

[4]王雷.基于智能数字化三维技术在变电站内电缆敷设的应用[J].电工技术，2023（23）：98-101.

[5]武俊文.变电站电缆敷设与二次接线工艺改进措施[J].光源与照明，2023（7）：165-167.