基于變電站數字化三維設計的110kV變電站設計研究

張飛

摘 要： 當前變電站逐漸趨于現代化發展，為提升變電站建設效率，需要從設計層面展開優化升級。借助全新的數字化三維設計技術，可以簡化常見的110 kV變電站設計流程，充分滿足變電站的設計要求。基于此，對數字化三維設計展開研究，結合某110 kV變電站的數字化三維設計案例，從軟件選擇到設計流程進行詳細探究，并分析了數字化三維設計在變電站設計中的發展影響，以供變電站設計參考。

關鍵詞： 變電站 數字化三維設計 110 kV 設計流程

中圖分類號： TM63文獻標識碼： A文章編號： 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

現代科學技術的發展對我國電力系統的優化升級具有重要意義，以三維設計技術為例，在全面推進變電站設計的進程中，三維設計能夠起到積極的影響。縱觀我國變電站設計的發展歷史，從圖版制圖到計算機制圖，再到計算機輔助設計，經歷了信息技術的高速發展。未來二維模型將會逐漸轉變為實體模型，同時在設計技術不斷升級的過程中，也將會出現跨專業、多平臺的合作。

1 變電站數字化三維設計概述

計算機技術快速發展為各行各業提供了全新動力，電力系統同樣受到計算機網絡技術的影響，進入到數字化建設進程中。其中，數字化三維設計技術是電力系統數字化建設中最為前沿的應用技術。數字化三維技術通過集中數據庫、虛擬影像、網絡技術等，依托于計算機系統，為電力系統更新設計提供了更加先進的程序。在電力系統使用該技術的過程中，通過設計人員以及技術人員密切配合，根據變電站的使用需求進行優化設計，從而實現精準規劃，提升變電站設計的科學性。相較于傳統變電站設計，利用數字化三維設計技術擺脫了圖紙局限，利用智能數據識別程序對數據信息精準識別，在可視化界面中協同開展設計，有助于提升設計的合理性。

2 110 kV變電站數字化三維設計實踐

2.1 變電站概況

基于我國電網公司輸變電通用設備條例中對于110 kV變電站設計所提出的要求，某地110 kV變電站按照3臺主變壓器的規模進行設計，同時接入110 kV/ 10 kV等級的電壓。在110 kV電壓線路中采用一進三出的側接線，進出線共計為12回。同時在10 kV側采用環形接線，出線共計為48回[1]。此時對該變電站的出線規模進行計算，則按照110 kV線路12回×3+10kV線路48回×1.5，則最終所需108根線路。在該變電站中，設計了三組變壓器，其中具有1組本期變壓器，并預留2組，按照南北方向加以布置。同時在本次變電站的合計中，在變電站的東側設計了生產綜合樓，利用架空方式從西側進110 kV線路。該變電站的基本設計技術指標見表1。

2.2 選擇設計軟件

基于本文中的變電站設計案例，其選擇了STD-R 3.0版本的數字化三維設計軟件對變電站展開設計。該設計軟件的選擇是在綜合了我國當前眾多不同變電站數字化三維設計軟件的實際應用成效之后，所選擇具有最佳功能角度的軟件。該軟件具備良好的三維設計功能，該軟件基于GIM理念，受到Autodesk Revit環境影響，進而構成了具有電氣計算功能的嵌入式變電站三維設計平臺，從而更好地滿足變電站的不同設計開發需求。該軟件能夠最大限度地滿足國內變電站的設計需求，通過電氣計算功能的嵌入式引用，可充分提升設計效率。當前階段該軟件仍未開發完善，有關電氣二次設計方面的功能仍不完善，需要經過外部軟件設計后向平臺導入設計成果，才能夠完成變電站設計。

2.3 變電站設計流程

在本次對110 kV的變電站展開設計時，遵循國網公司的變電站三維設計試行規范中的要求，嚴格按照設計標準執行設計方案[2]。

2.3.1 創建變電站數據庫

在設計變電站之初，首先需要創建完善的數據庫對變電站的各項數據加以儲存，利用STD-R軟件平臺自帶的云端數據文件夾，對變電站的設計需求加以設置，同時將變電站公共數據庫的內容導入到平臺中。根據現有的模型信息，對數據庫中無成品的部分提供相應的模型，同時并對信息展開維護處理。從公共數據庫中導出本次設計中所需應用到的設備設施數據，并重新創建對應標記的數據信息，對變電站中主變壓器、隔離開關以及斷路器等設備數據加以完善，為后續設計提供參考。

2.3.2 三維建模

對110 kV變電站進行建模，首先根據變電站的二維平面圖，在軟件平臺中按照1∶1的比例展開建模設計，如圖1所示。在設計中，針對所有需要重建的結構部分，均設定了統一的模型單位，創建三維坐標，橫坐標為x，縱坐標為y，z為上部坐標軸。同時將長度單位設置為mm。根據該模型單位展開設計，按照變電站三維設計交互規范條例中的要求，對照設備建模標準，本研究在110 kV變電站設計中利用了圖元模型創建方式。根據部件要求，對變電站內的各項設備設施等進行三維建模，同時在軟件中對其邊緣進行渲染，設定標準的模型粗糙程度。

2.3.3 繪制邏輯圖模型

在完成對變電站和其內部基礎設備元件結構的三維建模之后，需要應用軟件完成對邏輯模型的繪制。則在本次邏輯、模型繪制中，將基本元件作為繪制基礎，同時按照設備或是間隔作為邏輯圖基本描繪單位。隨后在軟件中對各項電氣設備的主接線圖進行設計模擬。創建完整的接線圖之后，結合數據庫中的信息，在邏輯模型中完成編碼、賦值、標注以及位置調整等，從而創建完整的電氣主接線邏輯模型。根據上述設計步驟，完成模型的基本創建之后，還需要對模型進行檢查并進行優化，包括檢查電氣接線之間各電纜是否存在碰撞問題，進一步優化不合理的位置，最終生成優化后的模型。

2.3.4 變電站三維設計

在完成變電站邏輯模型圖的三維設計之后，以此為依據對變電站展開三維設計。在STD-R軟件平臺中開展設計，可對變電站展開基于邏輯與物理層面的模型聯動，借助于自動材料生成表，掌握變電站不同結構部分在設計中所需應用的材料。同時基于軟件平臺當中的自由剖切斷面設計功能，也能夠更好地對各設備元件的位置進行調整。借助于STD-R軟件平臺的設計輔助卷冊功能，提交專業材料，對變電站的整體結構進行三維描繪[3]。

2.4 TLD數字化三維送電設計

除了STD-R軟件平臺之外，TLD數字化三維送電平臺也是在變電站設計中常用的軟件之一。該平臺基于開放化的平調架構，借助變電站的工程數據，創建了全范圍覆蓋的設計模型，基于施工圖全階段設計、數字化移交以及集選線等，實現了一體化的應用設計效果，能夠打造更加完整的設計方案。

與此同時，在該送電設計平臺的應用下，可滿足數據共享需求，在對變電站展開設計的過程中，可實現三維設計、GIS展示、路徑及斷面設計等聯動協同設計效果，同時囊括了電氣計算、路徑設計、桿塔規劃、器具組裝以及附件配置等在內的多項基礎設計功能。應用該設計平臺，可同步設計變電站多視圖模型，并基于數字化三維技術一鍵生成模型，滿足共同作業設計需求，有助于提升設計效率[4]。

3 變電站數字化三維設計發展的影響

應用數字化三維設計技術后，變電站設計團隊的人員結構將發生改變。借助數字化三維設計軟件先進的智能化表現，進一步優化了原有的設計人員構成，當前僅需要包括建模工程師、軟件工程師與技術專業工程師在內的三類人員即可完成設計工作，極大程度地節約了人力成本，并能夠從更加專業的視角為變電站設計提出建議，提升變電站設計效率。

不同人員的工作內容具體如下。

（1）軟件工程師主要負責維護管理數字化三維設計軟件，確保其功能完善，并創建變電站設計數據庫，滿足設計過程中的數據調用需求。

（2）建模工程師主要為變電站的設計創建新型物理模型，并維護現有模型數據庫，同時對電纜、照明等敷設路線展開卷冊設計[5]。

（3）技術專業工程師的工作內容相對較為復雜，以變電站中的電氣一次專業工程師為例，在設計變電站的過程中，需要為變電站編訂主要設計方案，并對重點技術內容進行羅列，結合設計數據庫中的內容，繪制變電站邏輯模型圖。電氣一次工程師在完成上述工作之后，應利用專業技術，籌備變電站中各項設備的物理模型，并通過三維可視化軟件模擬模型運行過程中是否會出現碰撞問題。

總之，在利用數字化三維設計軟件對變電站開展設計之后，簡化了原有的設計人員結構，更加先進智能的設計軟件提升了設計效率，逐漸成為變電站設計的主要手段。

4 結語

本文以某110 kV變電站的數字化三維設計為例開展研究，從創建數據庫、三維建模、繪制邏輯模型圖等角度進行闡述，形成了完整的設計參考，并印證數字化三維設計將會成為今后變電站設計的主流趨勢，從而可為后續變電站設計提供參考。

參考文獻

[1]陳晨，李巍，宋景博.基于實物ID的智能變電站三維數字化設計方法研究[J].自動化技術與應用，2023， 42（10）：129-132.

[2]王毅，陳星宇，肖志豪.變電站三維數字化正向設計方法研究[J].電工技術，2023（14）：191-194.

[3]劉清泉，李鐵成，王獻志.智能變電站二次系統三維數字化設計與裝配關鍵技術[J].河北電力技術， 2021，40（3）：76-81.

[4]王雷.基于智能數字化三維技術在變電站內電纜敷設的應用[J].電工技術，2023（23）：98-101.

[5]武俊文.變電站電纜敷設與二次接線工藝改進措施[J].光源與照明，2023（7）：165-167.