數字化技術在電力工程設計中的應用

[摘 要]隨著社會經濟的不斷發展，電力行業規模不斷壯大，對電力工程設計的要求也日益提高。傳統的設計方法已經難以滿足日益復雜的電力工程需求，因此迫切需要引入更先進的數字化技術來提升設計效率和質量。文章闡述了數字化技術體系的特點，分析了數字化技術在電力工程設計中的具體應用，并提出了電力工程設計中數字化技術的應用優化策略，以供參考。

[關鍵詞]數字化技術；電力工程；設計；三維模型技術

[中圖分類號]TM7 [文獻標志碼]A [文章編號]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 數字化技術概述

當下，三維可視化技術、計算機圖形技術、數據庫技術及大數據分析技術等為各行業提供了有力的技術支撐。電力系統數字化工程建設中，三維數字化技術主要依靠信息圖形影像技術、數據庫技術、現代通訊技術等多種現代化技術為依托，并通過各項工作流程中相關的操作人員和設計人員相互配合，進而實現電力工程設計工作的精細化和精準化設計目標。在電力工程設計中，數字化技術體系利用計算機軟件對電力系統進行建模和仿真，包括電力設備、輸電線路、變電站等各個組成部分。

通過數字化仿真，可以評估系統的性能、預測潛在問題，并進行方案優化和改進。同時，借助云計算平臺和信息化系統，可實現電力工程設計過程的信息共享、協同辦公和數據管理，提高團隊協作效率和工作效能。總之，通過構建一個完整的數字化技術體系，為電力工程設計提供全方位的支持和保障，實現設計過程的智能化、高效化和可持續發展。

2 數字化技術在電力工程設計中的具體應用

2.1 輸電線路路徑規劃

輸電線路的三維數字化設計是利用衛星、GPS等設備，借助全數字化攝像手段，生成線路走廊的數字模型及具有立體效果的三維景觀圖。通過利用計算機圖形技術、三維可視化技術、數據庫技術等多項關鍵技術，使得設計人員能夠更加清晰、直觀地掌握地形地貌，有效降低了工程難度，還減小了相關人員的工作量。近幾年，隨著人工智能、數據挖掘技術的快速發展，針對輸電線路數字化設計中產生的數據進行深度挖掘是一個重要研究內容。該平臺有6層結構，分別為數據采集層、網絡層、IaaS層、PaaS層、SaaS層和用戶層。基于云平臺和數據挖掘技術的輸電線路最優路徑規劃方法具體如下。

（1）利用三維GIS技術對復雜路面進行數字化建模。

（2）將模型等效為以架設成本為權重的加權柵格矩陣。

（3）基于成本最低原則，采用Q–learning 方法進行路徑優化。利用三維 GIS 技術技術，一方面能夠實現高維度數據的生成，提升了模型信息的準確性；另一方面，還能利用Q–learning 技術對數據進行深度挖掘，實現了自動化的線路最優路徑規劃。

2.2 實體模型設計

以往，在傳統的實體模型設計過程中，設計人員需要對各類數據進行系統統計，工作量大、任務重、費時費力。近幾年，隨著電力設備設計的日益復雜化，需要收集的數據信息也越來越多，計算難度也逐漸增大，一旦在某一環節出現偏差，會影響整體模型的準確性。通過將數字化技術應用于實體模型設計中，利用計算機輔助設計軟件快速創建電力工程的三維模型，設計人員可以根據工程需求精確繪制電力設備、輸電線路、變電站等各個組成部分，并在三維環境中進行實時預覽和調整，不僅更加精確和直觀，而且能夠大幅縮短設計周期。另外，通過虛擬仿真軟件，設計人員可以對電力工程進行動態模擬，模擬不同工況下的運行情況，評估設備的性能和穩定性，極大地提高了設計效率和質量。

2.3 軟碰撞、硬碰撞檢測

在電力工程設計中，軟碰撞、硬碰撞檢測是一項重要內容，這些沖突會導致工程建設中出現錯誤，甚至造成嚴重的安全隱患。通過軟、影碰撞檢測，設計人員可以及早發現這些問題，并在設計階段進行調整，從而避免在實際施工中出現意外。而利用數字化技術進行軟、硬碰撞檢測，可及早發現潛在的構件之間的沖突或碰撞。例如，利用激光掃描和三維建模等數字化技術，設計人員可以在施工前模擬出各種情況，并識別出潛在的碰撞點，提高施工安全性，還避免了因為碰撞而導致的延誤和額外成本，為電力工程的可持續發展提供了有力支撐。

2.4 帶電距離校驗

在輸變電站設計過程中，安全距離是所有設計人員需要嚴格要求的內容之一。傳統二維設計模式下，安全凈距的校驗需要經過空間幾何的計算來實現，由于設備間最小距離發生位置無法準確判斷、軟導線帶有弧垂對于最小距離發生位置無法準確判斷，通常需要通過增加裕度來保證帶電距離的滿足。通過應用數字化技術，設計人員可以通過完整的三維建模來進行實測、觀察、模擬和計算，能夠精準測量兩實體之間的最小距離，通過比較最小距離與對應工況下規范要求的最小距離，將安全距離控制在理想范圍內，以判定設計是否滿足規程規范要求。三維凈距校驗如圖1所示。

2.5 生成設備安裝圖

傳統的設備安裝圖設計通常需要耗費大量的時間和人力資源，而且易受到人為因素的影響，存在一定的誤差風險。通過借助數字化技術，提升了工作效率，保證了工作質量。通過自動化工具和軟件快速生成設備安裝圖，再利用數字化工具可以根據輸入的參數和規范要求，自動創建符合標準的設備布局圖，并確保各項參數的準確性和一致性，這樣不僅節省了大量的設計時間，還減少了人為錯誤的可能性。同時，還可以實現設備安裝圖的實時更新和修改，一旦設計參數或要求發生變化，技術人員可以直接在數字化平臺上進行修改，系統會自動更新圖紙并進行校驗，確保設計的及時性和準確性，大幅提高了設計的靈活性和響應速度。另外，數字化技術還可以實現設備安裝圖的遠程共享，不同團隊之間可以通過網絡平臺實時共享和交流設計圖紙，提高了團隊之間的協作效率和溝通質量。

3 數字化技術在電力工程設計中的應用優化策略

3.1 重視模型標準化整合工作

數字化技術在電力工程設計中具有一定優勢，但受不同地區技術水平的限制，三維立體模型并沒有在全國范圍內的電力工程設計中普及。隨著電力工程日益復雜化，設計任務量、計算量都在不斷加大，僅憑借二維模型，難以滿足工程要求，因此，在今后的技術發展過程中，應重視模型的標準化工作，主要包括對各種數據和模型進行整合和標準化處理，以確保設計過程的高效性和一致性。通過建立統一的數據標準和模型標準，可以實現不同部門、不同項目之間的協作和信息共享，同時為數字化技術的應用打下良好基礎，推動電力工程設計向更高效、更智能的方向發展。

3.2 重視對數字化移交標準的研究

數字化移交標準是指將電力工程設計中產生的各種數據、文檔及信息以數字化形式進行整理、歸檔和交付的一系列規范和要求。一方面，對數字化移交標準的研究能夠幫助規范電力工程設計中數據的格式、存儲方式和交付要求，從而提高數據的質量和一致性。另一方面，通過制訂統一的標準，可以有效降低因數據格式不統一而導致的信息交流障礙和誤解風險，進而提升設計效率和準確性。另外，通過明確的標準和規范，可以更好地支持各種數字化工具和技術在電力工程設計中的集成和應用，包括信息建模、虛擬仿真、數據分析等方面，有利于提升設計過程的自動化程度和智能化水平，進而提高設計效率和質量。

3.3 強化數字化管控平臺集成開發與應用

數字化管控平臺的集成開發要求整合各類軟硬件系統，如CAD軟件、仿真軟件、數據管理系統等，以實現信息共享。通過將設計、仿真、數據管理等環節納入統一平臺，可以實現設計過程的無縫連接，減少信息孤島的產生，提高設計效率。通過建立規范的數據采集、存儲和處理流程，確保數據的準確性和完整性。同時，利用數據可視化技術，將設計過程中的關鍵信息以直觀方式展現出來，幫助技術人員及時了解項目進展情況和潛在風險，及時調整設計方案。此外，數字化管控平臺還應結合人工智能和大數據分析技術，實現智能化決策支持。通過對歷史數據和實時監測數據的分析，預測潛在問題并提出優化建議，幫助技術人員迅速解決問題，提高工程設計質量，保證工程安全性。

3.4 強化數字化管控技術方法創新與應用

通過不斷創新和應用數字化管控技術，可以實現更精確、更高效的電力工程設計與管理。例如，基于人工智能和大數據分析的預測性維護系統，可以通過對電力設備的數據進行實時監測和分析，提前發現設備可能出現的問題，并采取預防性措施，從而減少因設備故障而造成的停工損失。同時，數字化管控技術的應用需要與實際的電力工程設計相結合，實現全流程的數字化管理。這包括從設計、施工到運營的全過程數字化管理，通過建立統一的數據平臺和信息系統，實現各環節之間的無縫連接和信息共享，提高整個電力工程生命周期的管理效率和質量。此外，數字化管控技術的應用還需要注重人才培養，積極引進數字化專業人才，加強對理論知識及實踐技能的培養，提升人員的綜合水平，才能更好地發揮數字化管控技術的優勢，推動電力工程設計工作的創新發展。

4 結束語

數字化技術在電力工程設計中得到了廣泛應用，并體現出了重要的實際價值。通過引入先進的建模和仿真工具及數據分析技術，電力工程設計的效率、計算精度顯著提升。數字化技術使得設計過程更加高效，建模工具可以快速創建和修改設計方案，減少了傳統手工設計所需的時間和人力成本。數字化技術還改善了設計的精度和可靠性，利用仿真工具可以模擬不同工況下的電力系統運行情況，評估設計方案的可靠性，從而優化設計參數，降低了設計的風險。未來，需要對數字化技術進行不斷的創新與優化，為電力工程的發展開辟新的方向，讓數字化技術能夠更好地為電力行業的發展提供技術支持。

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