摘要：本文针对智能变电站数字化三维设计关键技术进行深入研究，创新思考智能变电站数字化三维设计发展方向，积极引领智能变电站数字化三维设计新技术应用，为智能变电站工程数字化三维设计工作开展，推动智能变电站的建设与运行提供了借鉴和宝贵经验。
关键词：智能变电站 三维设计 协同
0 引言
智能变电站是坚强智能电网的重要基础和支撑，变电站设计作为电网建设的源头，是电网全寿命周期数据创建的重要环节，需要具备整合各种信息，保持其唯一性、正确性、指导性的能力。电网工程应用三维设计技术是建设数字化电网，提高电网全寿命周期管理的必然要求。因此迫切需要进行智能变电站数字化三维设计技术研究，以满足变电站设计三维化、信息协同化、移交数字化的要求。
1 智能变电站数字化三维设计概述
变电站三维协同设计是以三维数字化设计系统为支撑的，通过借助三维设计手段将变电站设计中涉及的建筑、水工、以及电气、基础设施结构和暖通等多专业设计工作共同集中到数字化设计平台中，平台通过设计数据驱动与共享实现设计流程的自动化，借助三维技术实现设计成果的精细化，进而实现全专业模型级的协同设计。
2.智能变电站数字化三维设计基本思路和流程
2.1智能变电站数字化三维设计基本思路
智能变电站数字化设计以三维可视化模型为基础，借助强大型网络数据库，通过图纸和数据的智能参考机制，实现同一工程下的多专业协同设计。现阶段数字化设计主要实现以下内容：
（1）碰撞检查。协同设计允许许多用户在同一个三维空间工作，实现不同专业间的碰撞检查，解决碰撞问题，这对降低成本，缩短施工工期，都有重要意义。
（2）安全净距校验。数字化设计技术在一个虚拟三维空间“建造”一个真正的变电站，可对出线集中、空间受限等关键区域进行准确设计。数字化设计技术可准确模拟实现情况，结合参数化模型信息，可快速完成静态和动态下的安全距离校验。
（3）协同设计。采用数字化设计技术，打破各专业的独立设计模式，实现多专业在同一个虚拟的三维空间中“建造”一个变电站。它将变电设计的所有专业有机地结合，每个参与者都可看到他人的工作，进行充分沟通，不断地修改自己的设计。
（4）生成部分施工图纸。基于数据库技术，设计数据在不同图纸间可实现动态同步，实现设备数据在三维布置图、间隔断面图、设备安装图间共享和同步。
（5）工程材料统计。精准的材料统计功能是数字化设计的基本要求。基于三维模型与数据库，可方便地实现精准的材料统计，可通过范围设定，实现整个项目范围、不同电压等级配电装置区域或某个间隔的材料统计，满足不同设计阶段精度及深度的要求。
2.3智能变电站数字化三维设计流程
在确定的技术原则和方案框架内，各专业根据项目合同及相关设计规程进行数字化设计、校核及成品成图。
（1）电气专业接受系统提资，根据系统提资，借助二维数字化设计功能完成数字化电气主接线设计。
（2）电气专业根据数字化电气主接线，完成短路计算、导体设备选型，从模型库中选取设备、导体、金具等模型，进行电气三维布置设计。得益于电气计算绘图一体化，导体布置、导体力学计算同步完成，避雷针布置、防雷计算同步完成，接地网设计、接地计算等同步完成。
（3）电气、总交、土建、水、暖等专业在通过一个三维模型空间同时开展工作。电气专业进行三维布置设计的同时，其他专业可实时获得电气专业需求，应用各专业计算绘图一体化完成建筑模型设计、构筑物模型设计、辅助设施模型设计。
（4）各专业在同一个三维模型空间中完成各自专业模型设计的同时，也初步完成了全站三维模型设计。此时各专业运用模块进行碰撞检查，电气专业结合模型信息可快速完成安全距离校验。
（5）完成基本的碰撞检查和安全距离校验后，各专业根据相关设计标准进行专业校审。
（6）完成专业校审后，即得到数字化设计成品，也可抽取图纸和材料表。
3智能变电站数字化三维设计解决方案
三维数字化协同设计覆盖土建各专业、电气一次专业与电气二次专业。
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3.1电气设计
平台的电气设计功能主要包括：主接线设计、三维配电装置设计、防雷接地设计、电缆敷设设计、照明设计等功能。
(1)电气主接线设计
数字化主接线设计流程是：系统专业根据电网现状确定变电站配电装置的电压等级，根据负荷预测计算确定主变压器容量和出线规模，根据无功补偿就地平衡计算确定无功补偿装置容量，根据可靠性、经济性等要求确定是否装设断路器分合电阻，根据内、外部过电压计算确定避雷器配置方案及是否装设高压电抗器；使用数据库中回路方案编辑主接线数字化模型，初步完成主接线方案；进行设备选型、设备赋值和设备编码等操作，完成全部主接线设计。
(2)电力专业计算
进行电力专业计算，包括：短路计算、导线受力计算、管母受力计算、出线安全净距计算、母线感应电压计算、防雷接地计算等10多种计算，各计算都可生成Word形式计算书，便于对计算校核。
(3)电气平面布置
电气设备布置阶段是变电站三维模型搭建的关键阶段。在土建模型初步搭建完毕的基础上，进行电气设备和导体的布置。利民变为全户内变电站，站内采用GIS配电装置，各电压等级配电装置和设备采用建筑物内分层布置。与户外变电站相比，户内站设备的布置不规律，设备间的相对位置较灵活，因此不能直接采用轴线生成法，增加了设备布置的难度。因此，布置时，必须兼顾避开碰撞和校验安全距离。
3.2土建设计
电气专业根据主要设备的布置和运行检修的空间需求初步确定主要功能区域的房间外廓，土建专业对其进行核算，并规划其余辅助区域的功能分区，明确其空间大小。
建筑、结构、暖通、给排水专业通过设计平台进行协同设计完成满足精度的设计，主要包括墙体、门窗、楼板、楼梯、结构梁与结构柱、各类风管及其配件、各类管道及其配件。完成本专业设计后，将本专业与其他专业进行碰撞，检测得出结果与各专业进行分析与优化，确保整体模型零碰撞，进而完成三维全站模型设计。
3.3协同设计功能
三维设计团队通过软件自动生成碰撞检测报告，反馈给各专业设计人员，明确冲突的原因，然后群策群力，采取降低标高、支管上翻、管线预留等措施逐一解决上述冲突。
(1)信息共享
通过三维设计平台的链接文件方式,可直接参考各专业模型，并支持协同版本管理，可直接查看各专业模型尺寸信息、位置信息、属性信息、厂家资料信息等。相链接的文件之间存在联动的关系。
(2)专业提资
使用专业提资功能可实现专业间的提资交互设计，比如电气在建筑专业模型上开洞，电气可在建筑模型上绘制需要开洞的草图,通过数据库传递给土建设计人，土建结合草图位置、外形及附属的相关信息，判断是否可以开洞。协同提资是基于网络数据库实现的，可通过版本控制实现提资管理，与传统图纸传递相比，节省了大量的识图查找提资信息的过程，提高了协同设计的效率。
(3)碰撞检查及安全净距校核
安全净距校核：自动进行安全净距校核，并可配置多套校核信息，对于高海拔提高海拔修改功能；
碰撞检测：支持专业间的软硬碰撞检测，对于检测出错的位置，可定位并且高亮显示；
防火间距校核：支持土建专业根据规程规范进行防火间距校核；
安装通道校核：对于复杂设备的安装运输,可对运输通道进行校核。
3.4出图与更新
平面图设计：支持直接投影出平面图,提供手动标注尺寸、间隔信息功能。
断面图设计：自动完成断面尺寸标注,标高标注，材料序号标注等，根据图面信息自动进行材料统计，并提供安全净距标注等辅助标注功能。
主接线与三维联动：主接线与三维模型通过编码一一对应，有一方参数方式变化直接更新对方信息。
4结束语
由此可见，三维模型可将未来施工中可能发生的设计变更解决在施工之前，相对于传统的图纸会审、图纸交底、现场视验等工作，计算机分秒之间便可将各专业图纸间冲突一一呈现，有效避免了施工阶段的设计变更，极大提高了设计效率以及设计成品的质量，实现了可观的经济效益。
论文作者:仪荣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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