智能三维平台及数字化移交在特高压变电站中的探讨

王志毅 王建 余淼

引言：本文结合变电站三维设计及数字化移交发展的情况，利用变电站智能三维设计平台，对1000kV泰州变采用全方位数字化三维设计，并探讨了全站三维数字化移交方案。

随着特高压变电站在我国的高速发展，如何在特高压变电站建设中利用新技术，实现智能化三维设计，实现数字化移交，提高特高压工程信息管理整体水平档次，已成为特高压建设发展关注的焦点之一。而电力行业高速度、智能化、精细化发展的建设和管理保障手段之一就是智能化三维设计及其数字化移交。

我院在1000kV泰州变电站工程设计中采用我院与软件公司联合开发的《ASTD变电站智能三维设计平台》，全面应用智能三维技术，并在此基础上实现工程全景数字化移交，为建设以工程数据库为核心，全景虚拟变电站三维模型为载体，通讯网络为基础的变电站全寿命周期全景数字化统一信息管理平台，实现电网工程标准化、规范化、精细化管理打下基石。

1.智能三维设计平台及数字化移交简介

我院《ASTD变电站智能三维设计平台》以专业设计软件为主体，以数字化为核心，以三维为手段，具有自动化和精细化设计功能。该平台由工程管理、专业设计、协同设计子平台构成，通过建立三维设备模型库和二维图形库，并嵌入计算软件，实现了变电站的全专业智能三维设计，提高了设计效率，保证了设计质量。已于2012年7月20日通过了中国电力规划设计协会的技术评审，评审委员会一致认为用户界面友好、操作灵活，具有创新性和实用性，处于国内领先水平。

数字化移交在提交传统设计成品图档的同时，提交完整的变电站数字化工程设计信息管理平台资料（包含工程设计各阶段的三维模型、數据库、电子化图纸和文档）。各类信息间以工程设施为对象，编码为线索自动相互关联，相互校验。业主和工程管理单位只要登录网络就可查看实时设计进度、施工进度、物资采购状态、调试参数、设备实际运行状态，并可直接在模型上批注意见发回。包含变电站三维数字化移交成果的全景数字信息平台以其丰富、精准的变电站全站参数化信息，带来了全新的特高压变电站工程建设和运行管理模式。

2.智能三维设计平台在1000kV泰州变电站中的应用

2.1 1000kV泰州变电站的三维设计

根据本站的建设规模，在本项工程投标中，我们主要做了以下工作：

（1）根据1000kV泰州变电站的建设规模和接线方式，在ASTD变电站智能三维设计平台中设计参数化的电气主接线，并由此建立整个变电站的工程信息和逻辑关系。主接线设计通过调用典型配置接线实现，典型配置接线可根据需要扩充多种类型的接线。

（2）根据主接线系统图及1000kV泰州变系统阻抗参数进行短路电流计算，自动生成短路电流计算书，根据短路电流计算结果，自动对电气设备进行选型，筛选出各个电压等级符合额定电流和短路电流要求的设备；再根据选型结果替换和更改主接线设备型号及参数，生成符合要求的参数化主接线。

ASTD变电站智能三维设计平台能方便的自动调用与选用的典型主接线相对应的三维布置模型，并根据修改后的主接线更新和优化变电站三维总平面布置模型。平台设计完全基于其自身庞大的数据库和各种设备的模型，但电气设备等模型和数据是不断发展和更新的，因此需要对数据库进行不断的修改和更新。基于这方面的考虑，ASTD变电站智能三维设计平台是个完全开放的平台，可供设计人员添加和修改其模型，保证变电站三维总平面布置和电气安全净距检查等的准确性和可靠性。

（3）然后，对1000kV泰州变电站总图布置进行整合规划设计，包括站址选择、进站道路、站区总平面及设备布置、土方量计算等。根据三维总平面（图3.1-1），对1000kV泰州变电站进行各个方面的精细化设计。精细化设计主要包括以下几个方面：

图3.1-1 全站电气三维总平面布置图

1）生成所需的各个电压等级的平断面图、电气设备的安装图，自动地精确统计出电气设备及其安装材料。当需要提取某个间隔的断面图时，仅需要选取该间隔，对其进行断面剖切，便可自动生成具有尺寸信息和设备材料标注信息的断面图。ASTD变电站智能三维设计平台具有强大的联动能力，当在已生成的主接线或总平面中更换某一设备时，只需更替该设备参数，便能自动联动修改到与该设备相关的图纸和材料表，在保证了设计的正确性和可靠性的同时，也极大地提高了设计效率。

图3.1-2 1000kV配电装置三维轴测图

图3.1-3 1000kV配电装置三维断面图

2）图3.1-2、图3.1-3为1000kV配电装置三维轴侧图及串间隔透视图。通过三维轴测图，可直观清晰的观察GIS、高抗、主变压器跨线布置方式及设备间连线连接方式，方便施工、运行单位查阅。串间隔透视图可由三维轴测图直接选取串间隔生成，是对选定串间隔内配电装置的细化，可直观反映设备及构架布置情况、导线连接方式及空间内电气距离校验，丰富了配电装置出图模式。

3）本站全站设备均由ASTD变电站智能三维设计平台参数化设备模型库建模产生，所有模型均按照厂家资料1：1建模，保证了全站三维模型的准确性及安全净距校验的精确性。全站三维设备模型距具有名称、电压等级等参数，查询时仅需要将鼠标符号放至设备上即可显现，方便快捷。

图3.1-4 设备参数化显示

图3.1-5 安全净距校验

4）根据定制的安全净距校验标准，对于1000kV泰州变电站，在0米以上三维空间里对设备、导线、道路、建筑物之间的安全净距进行检查，自动检测出不符合安全净距标准的部位；在0米以下三维空间下进行基础、电缆沟及管线的碰撞检查。通过安全净距校验和三维碰撞检查，能有效避免因各种原因造成的带电距离不够、设备基础重叠等潜在安全质量问题，在设计源头上切除隐患。

5）根据模型中导线等设备参数，可直接在三维总平面中拾取需要进行拉力计算的导线，进行拉力计算，并以安装曲线图、安装曲线表和word文档三种形式输出技术结果。拉力计算过程中只需要事先设定好气象条件，如风速、覆冰等，便可自动提取绝缘子串、跨线、引下线的相关参数进行计算，相比较其他的拉力计算软件而言，免去了复杂的数据输入过程，简单可靠。

6）三维防雷设计，可进行雷暴日计算、避雷针设计、布置避雷线、布置避雷网、材料统计等；

7）根据接地模型，进行接地电阻、跨步电压，接触电势校验，并进行接地扁钢校验；

8）通过读取电缆清册的逻辑信息，结合三维模型的设备布置及电缆沟位置，便可自动进行电缆优化敷设、精确统计电缆长度，生成相关施工详图；

9）具有强大的3D模型处理能力，可对全站进行仿真漫游及虚拟施工。

最后，根据需要可从三维模型中抽取所需数据向各专业提资。如从三维模型中抽取架构和设备基础提资图向土建专业提资，土建专业通过设计计算，如有更改可向电气专业反提资，三维模型可直接接受土建专业的架构设计结果和设备基础，自动更新三维模型，实现专业间的无缝衔接。

2.2 1000kV泰州变电站的数字化移交

2011 年 6 月，国家电网公司建设部组成专家评审团，以皖电东送示范工程为依托提出了交流特高压跨区域电网工程“数字化（含三维）移交”工作思路：以数字化的方式贯穿设计、建设施工和运行，以信息化手段辅助工程本体移交管理，以新技术扩展利用为统一坚强智能电网打下坚实基础。

2012年8月30日，由国网北京经济技术研究院主持的 “皖电东送工程数字化（含三维）移交方案研究”项目启动及工作大纲评审会议在北京顺利召开，宣告数字化移交在特高压领域的应用正式启动。

1000kV泰州变电站三维数字化移交作为工程设计阶段的重要辅助手段，对工程的精细化管理将起到积极作用，也将对电网工程设计及移交手段的进步产生重大影响，并为未来的智能电网建设提供支持。

1000kV泰州变电站工程拟采用ASTD变电站智能三维设计平台作为三维数字化移交的基础工作平台。设计过程工程信息管理采用 C/S方式，各专业在同一平台协同工作。系统自动存放所有结构化的工程信息；非结构化信息则通过交互形式提交给系统；平台与专业应用软件集成，直接获得软件输入和输出信息，从而形成包含数据、三维模型、图纸和文档的完整的工程信息。全部工程设计信息按规范化的结构存放在工程数据库服务器和工程文档管理服务器。

图3.2-1 三维数字化移交-变电站全场景展示

1000kV泰州变电站设计数字化移交可结合工程建设和运行管理的需要适时分阶段实施。从工程数据库服务器和工程文档管理服务器采集相关信息，经校验后封装成不可更改的网络流媒体格式（如：ZGL、SVG、PDF、TIF），以数字化形式发布至WEB服务器，以B/S的方式供业主、施工、监理、调试、运行和维护等工程各方查询和引用。

针对三维数字化移交，ASTD变电站智能三维设计平台可以从包含1000kV泰州变电站工程信息的数据库提取包含满足SG186规定的编码的设备物料清单，并根据1000kV泰州变电站业主所采用的采购系统、施工过程管理系统、资产管理系统、ERP系统、EPC系统、电网GIS系统等信息化系统，进行数字化移交。

图3.2-2 三维数字化移交-设备电气属性查看

在施工图设计阶段，可对全站系统方案、线路规划和设备选型的数据进行收集，建立工程的档案、模型参数库，进行相关数据的录入，该阶段的主要成果有：变电站接入系统成果、三维模型数据成果、档案数据成果、模型参数成果等。在竣工图设计阶段，收集整理施工单位的竣工资料，进行全线数据核对更新。数据成果的移交形式为对应的数据光盘，并能结合ASTD变电站智能三维设计平台应用。

1000kV泰州变电站考虑移交以下几个方面的数字化工程信息：

变电站三维模型

详细的设备信息（含厂家资料）

施工图设计成品

完整、精确的设备、材料和工程量清单

主要设施施工工艺要求

主要设备安装模拟

按照“统一规划、统一标准、统一建设”的原则，工程施工、采购、调试单位将本环节相关工程信息按规划好的数据库结构发布至同一工程信息管理平台。如：施工阶段的施工进度管理信息（计划进度、实际进度）；采购阶段的设备和材料的采购状态信息（物资编码、材料单、请购单、订货单、催交记录、运输号、验收记录、库管信息）；调试阶段的设备调试数据等。

1000kV泰州变电站工程建设期三维数字化移交的实施，拟在向运行维护单位移交真实的物理变电站工程的同时，移交另一个网络虚拟的数字化变电站。为运维期的变电站信息系统和设备管理提供完整的规范化的基础数据支撑。

3.结论

变电站智能三维设计平台面向变电站全部设计阶段，从方案设计、初步设计、施工图设计、竣工图设计到三维数字化移交，均采用同一个设计模型，其数据流程涵盖各个专业的协同设计，涉及采购、施工、运行维护全寿命周期。

实现1000kV泰州变电站三维数字化移交具有重要的意义，通过三维数字化移交技术，实现了变电站设计成果在室内的三维可视化展现，做到了设计、施工到运行维护的有效链接。三维数字化移交响应国家电网公司“三集五大”战略，是移交手段的创新与突破，在提升工程信息化水平的同时，提高了电网建设信息化水平，将电网设计推向标准化、智能化、数字化、自动化的新高度，并为坚强智能电网的实施提供了坚实有效的数据基础。

参考文献

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（作者单位：中国能源建设集团安徽省电力设计院）