变电站三维设计的应用探讨.docx

变电站三维设计的应用探讨李颖瑾 李波 李绍生山东电力工程咨询院有限公司，济南，250013摘要：信息化时代智能电网等全新观念的不断深入，对设计手段、设计理念也提出了更多新的要求，大量的设计基础数据需要通过新的手段存储、展示及分析，三维设计以立体的展示手段，强大的数据库功能，契合了智能电网的发展需求，必将成为大势所趋。本文通过工程实例探索了变电站的三维设计及数字化移交工作，实现了三维建模、二、三维贯通、碰撞检查、自动工程量统计、三维漫游等功能，并对工程中有益的经验进行总结及探讨。关键词：变电站；三维设计；数据库功能Application discuss of substation three dimensional designLi Ying-jin，Li Bo，Wang Le-tian（Shandong Electric Power Consult Institute，Shandong Province Jinan 250013,China）Abstract：Along with smart grid in informationization time and so on brand-new idea unceasingly thorough, to designed the method, the design idea also proposed more new requests, the massive design foundation data needed to save, the demonstration and the analysis through the new method, the three dimensional design by its advanced design idea, the formidable database function, has agreed with the intelligent electrical network development demand, will certainly to become ultimately.This article has explored the transformer substation three dimensional digitized design work through the project example, realized the three dimensional modelling, two, the three dimensional penetration, the collision has inspected, automatic functions and so on resilience statistics, three dimensional roaming, and the beneficial experience carried on the summary and the discussion to the project in.Key words：substation；three dimensional design；database function0、引言智能电网是电网技术发展的大势所趋，智能电网70%的基础数据来自于设计，随着智能电网的大力推进，必定引起设计手段的一次革命,如何提升变电工程的设计手段，提高设计效率、提高产品质量，如何满足业主日益增长的成品信息量的需求，如何实现变电站全过程、全寿命周期管理，成为越来越多的设计院研究的方向。三维设计以其先进的设计理念，强大的数据库功能，契合了智能电网的发展需求，必将成为大势所趋。三维设计是建设智能电网的要求，智能电网首先必须是数字化的电网，通过数字化的传感器连接资产和设备，并建立集成了数据收集、整合和分析、决策系统的双向通信网络。这意味着要求对电网中的每一个元器件有控制、有描述，而这种要求，必须在电力系统的设计阶段就要予以充分考虑。1、变电站三维设计技术三维设计主要以数据库为核心，以三维模型为依托，通过数据驱动模型，从二维到三维，再从三维到二维，完成设计过程。三维设计精准、直观、高效，在发电厂的设计中，已逐渐推广使用了三维技术，并取得了很好的效果。变电行业也在逐步涉足三维设计。采用变电站三维设计，不仅可以提升设计手段，还可以在为业主提供设计成品的同时，可以提供一个可以终生储存变电站设备数据的数字化平台，包括工程设计数据、布置设计数据、材料数据、采购数据和运营维护数据等，为变电工程的后期维护和改造提供方便，为设计服务产业的延伸提供可能。 我院依托660kV宁东-山东直流输电工程青岛换流站、220kV西王变电站等分别进行了三维设计，探索了多种实现方式，由浅入深，逐步探索应用三维设计的各种功能，并总结了一定的工程经验。2、应用背景随着信息化时代、智能化电网等全新观念不断冲击着人们的生活和生产实践活动，这对设计手段、设计理念也提出了更多新的要求。如何提升变电工程的设计手段，提高设计效率、提高产品质量，如何满足业主日益增长的成品信息量的需求，如何实现变电站全过程、全寿命周期管理，成为越来越多的设计院研究的方向。三维设计主要以数据库为核心，以三维模型为依托，通过数据驱动模型，从二维到三维，再从三维到二维，完成设计过程。三维设计精准、直观、高效，在发电厂的设计中，已逐渐推广使用了三维技术，并取得了很好的效果。变电行业也在逐步涉足三维设计。采用变电站三维设计，不仅可以提升设计手段，还可以在为业主提供设计成品的同时，可以提供一个可以终生储存变电站设备数据的数字化平台，包括工程设计数据、布置设计数据、材料数据、采购数据和运营维护数据等，为变电工程的后期维护和改造提供方便，为设计服务产业的延伸提供可能。 我院依托660kV宁东-山东直流输电工程青岛换流站、220kV西王变电站等分别进行了三维设计，探索了多种实现方式，由浅入深，逐步探索应用三维设计的各种功能，并总结了一定的工程经验。3、660kV青岛换流站工程三维设计及移交工作3.1工程背景宁东-山东660kV高压直流输电工程是世界上第一个660kV直流工程，双极输送4000MW，也是国网公司当前的重点建设项目，是国网公司首次组织三维设计及移交工作，我院承担了此工程的受端青岛换流站的部分三维设计工作，主要进行了以下主要工作。3.2平台比选首先，进行了三维软件平台的比选。在发电应用较广的PDMS平台，主要针对发电厂的管道设计，对变电工程中数量庞大的导线的创建，没有专门的工具，仅能采用弯曲的钢管来代替，弧垂等不能满足工程实际的拟合曲线。Bentley公司的SUBSTATION三维设计平台在变电站三维设计方面具有突出的优点，有专用的软件进行具有弧度的导线设计，可拟合实际的弧度曲线。并且有专门的软件对带电距离进行设计校验，有专门的防雷接地、电缆敷设等专业软件，更加适合变电站设计，最终确定Bentley为此工程的三维设计及移交软件平台。【1】3.3三维建模平台确定后，各专业首先进行三维建模工作，为专业间模型标准统一，特制定了以下规定：(1) 各专业模型应采用统一的模型单位。推荐采用“毫米（mm）”作为长度单位，度（）作为角度单位。(2)各专业子模型都应采用统一的坐标系，Z轴正向朝上。(3) 各专业设备、材料模型在生成时应赋予合乎模型总体设计所规定的层次和颜色。(4)建模宜使用基本体如立方体、圆柱体等，尽量减少使用复杂形体如旋转体、拉伸体。并避免在建模过程中使用“开孔”或“切割”的操作。单个设备建模时应尽量减少三维实体的数量。3.4模型组装 (1) 三维模型可分为整体组装模型、区域组装模型（包含所有专业）、区域专业组装模型（单一专业）、设备模型。三维模型宜按“专业组装区域组装总装”的顺序依次组装。(2) 总装模型是将各区域组装模型按照各区域按统一座标原点的位置进行布置，并连接各区域间接口。3.5碰撞检查三维模型总装完成后，需要进行硬碰撞及软碰撞检查。(1)硬碰撞： 需要检查电气设备是否与其他专业三维模型发生位置冲突。包括电气设备与土建结构的碰撞；电缆沟与设备基础、水工等管道的碰撞等。(2)软碰撞：即带电距离校验，宜采用直接三维空间测量和软碰撞相结合的办法，分区域进行三维空间带电距离校验。3.6创建、利用数据库信息(1)将三维电气模型赋予一定属性，主要包括设备详细参数、生产厂家、安装位置编码和设备物料编码等。(2)结合工程完善补充了门窗库、中国材料的型钢和混凝土截面库。(3) 初步定制了有关电气设备及土建工程量的统计功能，设备材料可由三维模型自动统计，当三维模型发生变化时，设备材料表可同步更新。3.7实现了二维、三维的贯通(1)通过Part Database数据库建立二维符号和三维模型的关联（Part Number），实现二维智能主接线与三维模型之间的数据贯通。(2)实现由三维剖切二维平、断面图。3.8三维数字化移交整理工程全设计过程的审查批复文件、设计文件、二维图纸、设备技术规范书、施工中形成的文件等以PDF格式、三维文件以i-model格式实现三维数字化移交，业主通过Project Navigater软件平台实现对数字化变电工程模型和数据的访问。用户通过数字化工程模型的访问，实现对工程技术数据、相关设计文件和设计资料的浏览、查询，并可通过链接直接打开设计文件和设计资料。【2】3.9、主要设计成果如下:（1）场地数字化:场地平整 采用GEOPEK进行站内场地和道路设计，最后将所有设计面进行整合，自动统计土方量（2）道路及围墙数字化设计 围墙及道路模型（3）二维符号库与三维模型库设备编号额定电压额定电流热稳定电流/持续时间动稳定电流二维符号库：断路器符号及属性： 220kVGIS模型（4）主要土建模型（6）三维抽取二维图纸三维设备布置三维抽取断面布置图（7）自动生成材料清册（8）碰撞检查（9）实现三维漫游首先进行漫游路径的创建，通过设定摄像高度，视角，灯光、路径，模拟摄像机在空中和电站内部移动时所拍摄到空间景象，使观看漫游的人身临其境地了解到变电站建成后的外观效果。漫游路径设定好后，可以在review中直接观看漫游效果，并在review中实时修改；也可以将漫游效果保存成avi格式的短片，使用通用的播放器播放。4、220kV西王变电站三维设计4.1工程背景220kV西王变电站位于山东滨州，是半户内布置的变电站。其工程规模为远景三台240MVA主变压器，本期两台，110kV与35kV配电室及其他生产建筑组成生产综合楼，110kV全电缆出线，35kV双列布置。220kVGIS户内布置，主变及35kV电容器户外布置。4.2主要完成的工作（1）轴侧图通过三维模型抽取全站轴侧图、110kV、220kV设备区的轴侧图，可更直观的体现各设备的空间位置，可作为工程设计中平、断面的补充，提升设计手段。 全站轴侧图（2）由三维剖切平、断面图（3）建筑物数字化建筑三维模型的建立让设计目标更立体化，更形象化。建筑功能模型包含质量，材料，结构等物理、工程特性及数字信息，可以实现真正的虚拟设计和优化设计。 建筑、结构件包括丰富的属性信息 自动实现工程量统计（4）软、硬碰撞检查 电气净距的校验电气设备电缆孔与土建梁相碰5三维设计的特有优势通过几个工程的实践，使用BENTLEY工具实现了创建变电站三维模型，并基本实现了三维设计及数字化移交。三维设计具有突出的优势，是今后提升设计核心竞争力的大势所趋。5.1提升设计手段(1)可实现三维布置设计，达到数字化设计、三维可视化设计的目标。(2可)实现三维-二维的贯通，直接由三维剖切平、断面及轴侧图，提高设计精度和效率。(3)可实现电气安全距离的三维校验，优化设计。(4)可消除设计中常见的交叉碰撞问题。(5)可实现主要设备参数、设计数据、材料数据的自动汇总统计，直观形象反应工程设计数据，为实现智能电网提供数据支持和数据接口。(6)可建立企业级三维设计元件库，为以后投标、初设项目快速复用创造条件。三维设计的初期，也是积累的过程，不断通过不同型式的变电站的模型的积累，以实现快速复制。要满足工程设计或招投标的要求，需要在较短的时间里快速创建好变电站的模型，就需要通过提前建好电气设备库、土建模型库、绝缘子串库等，统筹规划建模时间和顺序来提高建模效率、缩短建模周期，提高设计效率。5.2为业主提供增值服务(1)三维设计方案依靠直观的界面和便捷的操作，能够更容易的在三维平台中实现布置设计的优化，为业主选择更合理、经济的布置方案。(2)三维设计软件具有强大的数据库功能，可以按照国网统一的SG186物料编码体系，与ERP系统对接，为物资采购提供更便捷的服务。(3)利用三维模型可将估算的数据精确化，分散的数据集中化。可以为业主提供数据详实的带三维模型的设备台帐，并可与智能变电站的状态检修数据进行链接，实现对设备全寿命周期的管理，对变电站的后期维护和改造提供方便。(4)在为业主提供传统设计产品的同时，可以提供一个数字化的变电产品，包括工程设计数据，材料数据，物料采购数据，建设管理数据和运营维护数据，为变电工程的后期维护和改造提供方便。 采用传统的设计手段，设计数据容易丢失，新建电网在运营四五十年后要进行升级时，难度就变得很大。利用三维软件强大的数据库功能，可提供全过程设计信息及设备信息，可探讨实现三维数字化信息与智能变电站状态监测数据