三维设计在电网和变电站建设的运用

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摘要：三维设计凭借在变电站工程数字化、可视化和移动互联网领域的关键技术以及对工程建设和运行的深刻理解，正在逐渐成为电力设计单位的智能辅助工具。结合某220kV新建模块化智能变电站工程，讲述三维设计过程的优缺点，并提出发展建议。

关键词：电网建设；变电站；三维设计；模型；协同设计

三维设计凭借多视角、全方位的图形展示界面，以及其图纸联动调整及自动净距校验等功能，正在越来越多被电力行业设计单位采用。同时，根据国家电网公司（以下简称国网公司）基建【2018】585号及安徽省电力公司（以下简称公司）建设工作【2018】157号文要求：自2018年下半年开始，公司新建110kV及以上输变电工程全面应用三维设计，同步启动公司三维建模工作。到2020年底前，公司所有新建、改建、扩建35kV及以上输变电工程具备数字移交条件，总体上实现三维设计、三维评审、三维移交。

1三维设计的特点

（1）数字化时代，智能电网建设对变电站工程设计提出了更高的要求，目前国网公司已经建立了工程数据中心和数字化移交系统，并在新建工程中要求进行设计成果的数字化移交。传统CAD工作模式下，采用图纸复制修改为特征的作业模式，其质量与效率已无法进一步提高，设计成果不具备全生命周期数字化移交的能力。三维设计技术条件下，变电站建筑物和设备等能够在计算机提供的三维空间中建造出来，它将变电站涉及到的各个专业结合到一起。在协同设计工作平台下，各专业能看到其他设计人员的成果，通过专业间沟通，共同完善工程设计方案。（2）变电站三维设计是集电气、建筑、结构、水暖功能于一身，以工程数据库为核心，通过数据驱动三维模型，最终实现自动出图、联动更新、净距校核及数字化三维协同，从而大幅提高设计工作效率与设计质量。

2三维设计在工程设计中的具体措施

2.1采用标准数据库为核心的数字化设计。（1）变电站三维设计以工程数据库为核心，相关联的图纸能自动生成。数据库设备模型采用国网公司通用模型库（2018年版），模型文件统一采用GIM格式，这就从源头上对设备型式进行了统一。（2）在工程设计过程中，各专业在协同平台同步开展，本专业图纸的调整修改相关专业设计人员均能看到。通过数据共享实现工程一处设计修改，多张相关图纸自动更新，并及时对相关设计人员进行提醒，避免了专业间多次提资带来的信息传递错误，有效降低了专业间接口出错的概率。2.2标准化设计体系。三维设计平台作为设计单位专业知识和设计基础数据的载体和应用工具，通过提供标准化工程库和设备数据库等资源，帮助设计人员实现“海量检索”、“精确定位”和“全盘复用”的作业模式。设计人员在工程设计阶段，可根据工程具体需求选用不同的设备型式。数据库设备选型可根据“型号”、“厂家”、“电压等级”等信息进行快速检索，便于设计人员进行选择。2.3变电站三维协同设计。基于同一工程模型的协同设计体系缩短了专业之间的提资接收周期，并减少了专业间提资的工作量。最大限度共享专业间设计成果，避免重复工作。变电一次、变电二次及变电土建专业人员在同一平台开展工作，在线完成专业间提资及校审，图纸的更新、修改一目了然，相关图纸数据自动更改。相比常规CAD制图设计，采用线下提资确认的方式，不仅提高了设计工作的效率，同时降低了专业间多次提资引发出错的风险，有效提升了设计工作质量。2.4精细化设计。（1）基于三维模型的精细化设计，具有管线综合碰撞检查、安全净距校核等能力，从根本上避免设计错误，避免返工，有效节约现场解决问题的时间。三维设计软件自带碰撞检查功能，可自动检验变电站设备基础之间、基础与电缆沟、基础与预埋管间的碰撞检查，并通过三维设计展示立体空间，可视化效果好。相比二维设计平台，空间上的交叉碰撞，只能依靠设计人员的空间想象分析判断，在错综复杂的设备基础及设备间的布置方式下，很难直观的发现问题。（2）安全净距校核功能可根据设计人员需求，自动校验不同电压设备间、设备与地之间的安全距离是否满足要求。在变电站出线回路较多或接线型式复杂的情况下，带电设备与导线存在空间上的交叉，仅依靠二维图形界面进行设计，安全距离校验费时费力且错误率高。三维设计不仅提供了全方位360度旋转观察，且通过自动净距校验功能，有效降低了设计周期，提升了设计工作效率。2.5设计成果共享。变电站工程设计一般分为可行性研究设计、初步设计、施工图设计及竣工图设计四个阶段。三维设计在四个阶段中共用一个设计模型，在设备招标阶段建立变电站模型，通过设计信息的不断细化在各阶段进行流转，最大限度实现了设计成果在整个设计周期的共享，有效缩短了设计周期。

3三维设计在变电站工程的应用

3.1应用实例。（1）以下依据某220kV新建模块化智能变电站工程为例，讲述三维设计在工程应用过程中的具体工作，结合变电一次、二次及土建三个专业的协同设计，论述现阶段三维设计的优点及不足之处。（2）在工程设计阶段，变电一次、二次及土建专业可通过在设计平台固定基准点的方式，在变电站总平面基础上协同开展设计工作。根据工程实际情况，土建专业结合国家电网模块化建设要求，分别开展装配式围墙、大门、建筑物及构筑物模块的设计工作；对变电站建筑物墙板、围墙大砌块石、墙体装饰板、门窗型式等尺寸和材质进行赋值；对站内墙体开洞、电缆埋管布置以及站内事故油池等进行三维设计与展示。电气专业依据国网公司通用设备模型，开展电气设计工作，并对采用的各设备参数进行赋值。三维设计平台具备常规短路电流计算、导线拉力校验、蓄电池容量计算等功能，可通过软件计算并自动导出计算书，无需再单独进行计算赋值，这在一定程度上缩短了设计周期。各专业设计人员需严格执行国网公司“三通一标”的要求，后期设备厂家也需按照国网公司通用设备生产；以此，才能保证各专业设计工作无缝对接。同时，三维设计平台提供二维视图界面及CAD图纸导出功能，设计人员可根据需要进行自行选择。（3）变电站总平图设计完成后，各建筑物的正面图、立面图、俯视图可根据工程需求进行自动生成（见图2、图3、图4）。电气专业的配电装置图及间隔断面图无需再次进行绘制，可在总平面图上进行“切割”即可，设备参数自动生成。如总平面图进行调整，各配电装置图及断面图自动进行调整，无需人工操作，大大降低了设计出错的概率。3.2现阶段三维设计的不足之处。由上述可见，变电站三维设计平台优势明显，已越来越多被设计单位所采用，本文通过具体工程展示三维设计的特点。同时对比常规的二维设计平台，三维设计不仅在提升设计工作效率方面优势明显，还大大降低了设计出错的概率，提升了工程设计质量。另一方面，三维设计虽然应用前景较好，但目前还处于试点应用阶段，在工程具体应用过程中，还存在以下几点不足。（1）国网公司设备模型库不全，目前主要设备模型都有，但部分辅助设备，如主变压器中性点设备、消弧线圈及保护测控等二次设备模型依然空缺。该部分模型的不统一必将造成各厂家及各设计人员建模型式的多样化。（2）设备建模深度及技术要求仍需进一步明确，对建模的基本图元没有明确的说明。（3）各设计单位三维设计成果如何实现信息共享，工程竣工资料、三维设计移交的范围、格式要求和深度还需进一步明确。

4结语

三维设计工作目前虽然还处在试点阶段，但推广应用已势在必行。下一步国网公司将依托“三通一标”要求，进一步细化通用设备模型库，完善公用设备模型。同时，在模型创建技术要求、设计深度要求、成果移交要求等方面需进一步细化梳理，出台相应文件，真正达到工程三维设计、三维评审及三维移交的目标。

参考文献：

[1]基建技术〔2017〕104号.输变电工程三维设计数字化移交技术导则[S].国网基建部.

[2]基建技术〔2017〕37号.国网基建部关于印发变电站（换流站）三维设计指导意见（暂行）的通知[Z].

[3]基建技经〔2017〕100号.国网基建部关于印发输变电工程三维设计评审管理指导意见的通知[Z].

[4]建设工作〔2018〕157号.国网安徽省电力有限公司建设部关于印发输变电工程三维设计及建设工程数据中心专题讨论会议纪要的通知[Z].

作者:高运动 单位:安徽宏源电力设计咨询有限责任公司