户内变电站三维设计应用研究

张楠+程正刚+董桁

摘 要：目前，户内变电站普遍采用二维设计，整个工程设计依靠设计人员的空间想象力和工程制图技能完成三维空间设计，这种方法缺乏对设计质量的有效控制，已难以适应目前各电网公司对设计精细化的需求。户内变电站三维设计具有直观、智能等特点，在适应了复杂的户内变电站设计、不断压缩的设计周期和设计资料的数字化移交等要求的同时，完善了工程设计人员充分表达设计思想的手段，是一种能提高项目质量的助推器，也是实现变电工程全寿命周期管理的有效工具，更是未来变电工程设计的发展趋势。

关键词：户内变电站；三维模型；协同设计；全寿命周期管理

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0063-02

户内变电站的特点十分鲜明，其具有占地面积较小、设备布置紧凑、电缆较多和敷设难度大等特点，通常的二维设计已难以适应电网公司的需求。变电站三维设计技术在复杂户内变电站的设计方面具有得天独厚的优势，为解决户内变电站设计的各类难题提供了技术保障，也为后续全生命周期管理和数字化移交奠定了基础。

1 户内变电站的特点

随着城市居民生活水平的不断提高、设备制造技术的日益发展和各行业对电力的需求不断增加，为了减轻变电站对周边居民的影响和配合城市的景观要求，越来越多的户内式变电站出现在城市的中心区域。相对于敞开式变电站，户内变电站有以下5个突出的特点。

1.1 占地面积较小，设备布置紧凑

通过采用先进的小型化、节能型的GIS设备，并对户内变电站各功能房间的紧凑型布置进行了优化设计，使户内变电站各电压等级配电装置的布置更为合理，提高了建筑物的空间利用率，进一步缩小了变电站建筑物的占地面积，提高了城市中心地区的土地利用率。

1.2 自动化水平高

目前，户内变电站均采用了微机保护，变电站自动化采用了分层、分布式的微机监控系统，部分户内变电站实现了基于IEC61850的数字化变电站系统。此外，全站设置了视频监控系统，进而实现了无人值守。

1.3 电缆多，敷设难度大

考虑到城市景观要求，中心城区的户内变电站进出线均采用高压电缆，按照南方电网标准设计的220 kV变电站，220 kV电缆为6回、110 kV电缆为14回、10 kV出线为30回，电容器、站用电和接地电阻用电缆为33回。这样在电缆层的高压电缆有上百根，再加上二次、照明、视频监控、通信光缆等电缆，导致整个电缆规模十分巨大。

1.4 通风降噪问题突出

由于户内变电站所处城市区域对噪声控制的要求较高，同时，众多损耗较大的电气设备完全置于室内，这都对室内的通风、降噪水平提出了更高的要求。

1.5 涉及专业多，接口管理复杂

户内变电站的运行需要各专业间的密切配合，特别是电气专业与土建专业。土建专业在布置主梁、次梁时，要避让电缆孔洞。电气专业在校验设备的安全距离时，要了解土建中所有梁柱的位置和大小，在设备定位时要考虑上、下几层楼板梁柱的位置。如果考虑不周，则难免会出现问题。设备的尺寸和质量也是需要电气、土建两个专业重点关注的问题。土建专业要根据设备的尺寸和高度确定运输大门的规格和房间大小，并根据设备质量计算结构。

2 三维设计的意义

应用三维数字化技术进行户内变电站设计是未来设计的发展趋势。目前，国内有很多电力设计单位已经在变电站设计的各阶段不同程度地利用各类三维设计软件开展设计工作。采用三维设计和数字化移交有以下3点重要意义：①可以做到与施工现场实际情况相同的精细化设计，可方便地进行安全距离校验和材料统计，有效避免了不同专业间的管线发生碰撞，并使材料统计更为精准。②各专业通过同一个设计平台进行全专业协同设计，这不仅提高了不同专业间的配合效率，还避免了接口过程中的错误。③可将变电站的方案、设备参数等数据制作成三维变电站模型，从而为业主提供真实的展示效果。该数据可用于变电站的全寿命周期管理，有利于工程竣工后的维护和改造，也为设计服务的延伸增值提供了可能。

3 应用实例

广州某110 kV户内变电站采用博超STD三维数字化设计平台搭建了全站全专业三维数字化模型。电气主接线采用数字化技术设计，元件参数与设备属性一一对应。根据实际设备的订货结果，应用参数化建模等多种手段建立变电站各类设备三维模型。各设计专业在同一模型上进行设计工作，设计与提资形成了实时对接。在生成的全专业三维模型上进行了安全净距校验和碰撞检查，有效避免了施工变更。在三维空间进行一、二次电缆敷设，敷设方案更加合理、准确，自动生成了电缆清册并注明了敷设路径，有效规范了电缆敷设施工。在合成的三维模型中可任意断面剖切，生成各卷册图纸所需的断面图、轴测图等。全

站模型可直接进行三维浏览漫游和简单的浏览视频制作，方便设计人员自检和施工交底。生成的三维模型为模型与数据统一的综合模型，可根据需要进行电子化移交等后续全生命周期管理工作。该110 kV户内变电站的三维模型如图1所示。

4 结束语

本次110 kV户内变电站数字化设计应用了三维数字化变电站设计技术，全面开展了多专业协同设计，通过变电一次、土建与水工等多专业合作，搭建了全专业三维数字化变电站模型。创建了企业级的图形库和三维模型库，为后续工程三维设计的开展创造了条件。初步探索了三维设计成果的数字化移交，确定了数字化移交的内容、平台和方式，并建立了移交规范。

参考文献

[1]李颖瑾，李波，李绍生.变电站三维设计的应用探讨[J].中国电业，技术，2012（04）：26-28.

[2]张振.论三维设计系统在电力系统中的应用[J].科技资讯，2010（26）：135.

[3]项玲，邵俊伟，谭海兰，等.智能变电站的三维协同设计[J].中国电业技术，2012（11）：454-459.

〔编辑：张思楠〕

摘 要：目前，户内变电站普遍采用二维设计，整个工程设计依靠设计人员的空间想象力和工程制图技能完成三维空间设计，这种方法缺乏对设计质量的有效控制，已难以适应目前各电网公司对设计精细化的需求。户内变电站三维设计具有直观、智能等特点，在适应了复杂的户内变电站设计、不断压缩的设计周期和设计资料的数字化移交等要求的同时，完善了工程设计人员充分表达设计思想的手段，是一种能提高项目质量的助推器，也是实现变电工程全寿命周期管理的有效工具，更是未来变电工程设计的发展趋势。

关键词：户内变电站；三维模型；协同设计；全寿命周期管理

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0063-02

户内变电站的特点十分鲜明，其具有占地面积较小、设备布置紧凑、电缆较多和敷设难度大等特点，通常的二维设计已难以适应电网公司的需求。变电站三维设计技术在复杂户内变电站的设计方面具有得天独厚的优势，为解决户内变电站设计的各类难题提供了技术保障，也为后续全生命周期管理和数字化移交奠定了基础。

1 户内变电站的特点

随着城市居民生活水平的不断提高、设备制造技术的日益发展和各行业对电力的需求不断增加，为了减轻变电站对周边居民的影响和配合城市的景观要求，越来越多的户内式变电站出现在城市的中心区域。相对于敞开式变电站，户内变电站有以下5个突出的特点。

1.1 占地面积较小，设备布置紧凑

通过采用先进的小型化、节能型的GIS设备，并对户内变电站各功能房间的紧凑型布置进行了优化设计，使户内变电站各电压等级配电装置的布置更为合理，提高了建筑物的空间利用率，进一步缩小了变电站建筑物的占地面积，提高了城市中心地区的土地利用率。

1.2 自动化水平高

目前，户内变电站均采用了微机保护，变电站自动化采用了分层、分布式的微机监控系统，部分户内变电站实现了基于IEC61850的数字化变电站系统。此外，全站设置了视频监控系统，进而实现了无人值守。

1.3 电缆多，敷设难度大

考虑到城市景观要求，中心城区的户内变电站进出线均采用高压电缆，按照南方电网标准设计的220 kV变电站，220 kV电缆为6回、110 kV电缆为14回、10 kV出线为30回，电容器、站用电和接地电阻用电缆为33回。这样在电缆层的高压电缆有上百根，再加上二次、照明、视频监控、通信光缆等电缆，导致整个电缆规模十分巨大。

1.4 通风降噪问题突出

由于户内变电站所处城市区域对噪声控制的要求较高，同时，众多损耗较大的电气设备完全置于室内，这都对室内的通风、降噪水平提出了更高的要求。

1.5 涉及专业多，接口管理复杂

户内变电站的运行需要各专业间的密切配合，特别是电气专业与土建专业。土建专业在布置主梁、次梁时，要避让电缆孔洞。电气专业在校验设备的安全距离时，要了解土建中所有梁柱的位置和大小，在设备定位时要考虑上、下几层楼板梁柱的位置。如果考虑不周，则难免会出现问题。设备的尺寸和质量也是需要电气、土建两个专业重点关注的问题。土建专业要根据设备的尺寸和高度确定运输大门的规格和房间大小，并根据设备质量计算结构。

2 三维设计的意义

应用三维数字化技术进行户内变电站设计是未来设计的发展趋势。目前，国内有很多电力设计单位已经在变电站设计的各阶段不同程度地利用各类三维设计软件开展设计工作。采用三维设计和数字化移交有以下3点重要意义：①可以做到与施工现场实际情况相同的精细化设计，可方便地进行安全距离校验和材料统计，有效避免了不同专业间的管线发生碰撞，并使材料统计更为精准。②各专业通过同一个设计平台进行全专业协同设计，这不仅提高了不同专业间的配合效率，还避免了接口过程中的错误。③可将变电站的方案、设备参数等数据制作成三维变电站模型，从而为业主提供真实的展示效果。该数据可用于变电站的全寿命周期管理，有利于工程竣工后的维护和改造，也为设计服务的延伸增值提供了可能。

3 应用实例

广州某110 kV户内变电站采用博超STD三维数字化设计平台搭建了全站全专业三维数字化模型。电气主接线采用数字化技术设计，元件参数与设备属性一一对应。根据实际设备的订货结果，应用参数化建模等多种手段建立变电站各类设备三维模型。各设计专业在同一模型上进行设计工作，设计与提资形成了实时对接。在生成的全专业三维模型上进行了安全净距校验和碰撞检查，有效避免了施工变更。在三维空间进行一、二次电缆敷设，敷设方案更加合理、准确，自动生成了电缆清册并注明了敷设路径，有效规范了电缆敷设施工。在合成的三维模型中可任意断面剖切，生成各卷册图纸所需的断面图、轴测图等。全

站模型可直接进行三维浏览漫游和简单的浏览视频制作，方便设计人员自检和施工交底。生成的三维模型为模型与数据统一的综合模型，可根据需要进行电子化移交等后续全生命周期管理工作。该110 kV户内变电站的三维模型如图1所示。

4 结束语

本次110 kV户内变电站数字化设计应用了三维数字化变电站设计技术，全面开展了多专业协同设计，通过变电一次、土建与水工等多专业合作，搭建了全专业三维数字化变电站模型。创建了企业级的图形库和三维模型库，为后续工程三维设计的开展创造了条件。初步探索了三维设计成果的数字化移交，确定了数字化移交的内容、平台和方式，并建立了移交规范。

参考文献

[1]李颖瑾，李波，李绍生.变电站三维设计的应用探讨[J].中国电业，技术，2012（04）：26-28.

[2]张振.论三维设计系统在电力系统中的应用[J].科技资讯，2010（26）：135.

[3]项玲，邵俊伟，谭海兰，等.智能变电站的三维协同设计[J].中国电业技术，2012（11）：454-459.

〔编辑：张思楠〕

摘 要：目前，户内变电站普遍采用二维设计，整个工程设计依靠设计人员的空间想象力和工程制图技能完成三维空间设计，这种方法缺乏对设计质量的有效控制，已难以适应目前各电网公司对设计精细化的需求。户内变电站三维设计具有直观、智能等特点，在适应了复杂的户内变电站设计、不断压缩的设计周期和设计资料的数字化移交等要求的同时，完善了工程设计人员充分表达设计思想的手段，是一种能提高项目质量的助推器，也是实现变电工程全寿命周期管理的有效工具，更是未来变电工程设计的发展趋势。

关键词：户内变电站；三维模型；协同设计；全寿命周期管理

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）22-0063-02

户内变电站的特点十分鲜明，其具有占地面积较小、设备布置紧凑、电缆较多和敷设难度大等特点，通常的二维设计已难以适应电网公司的需求。变电站三维设计技术在复杂户内变电站的设计方面具有得天独厚的优势，为解决户内变电站设计的各类难题提供了技术保障，也为后续全生命周期管理和数字化移交奠定了基础。

1 户内变电站的特点

随着城市居民生活水平的不断提高、设备制造技术的日益发展和各行业对电力的需求不断增加，为了减轻变电站对周边居民的影响和配合城市的景观要求，越来越多的户内式变电站出现在城市的中心区域。相对于敞开式变电站，户内变电站有以下5个突出的特点。

1.1 占地面积较小，设备布置紧凑

通过采用先进的小型化、节能型的GIS设备，并对户内变电站各功能房间的紧凑型布置进行了优化设计，使户内变电站各电压等级配电装置的布置更为合理，提高了建筑物的空间利用率，进一步缩小了变电站建筑物的占地面积，提高了城市中心地区的土地利用率。

1.2 自动化水平高

目前，户内变电站均采用了微机保护，变电站自动化采用了分层、分布式的微机监控系统，部分户内变电站实现了基于IEC61850的数字化变电站系统。此外，全站设置了视频监控系统，进而实现了无人值守。

1.3 电缆多，敷设难度大

考虑到城市景观要求，中心城区的户内变电站进出线均采用高压电缆，按照南方电网标准设计的220 kV变电站，220 kV电缆为6回、110 kV电缆为14回、10 kV出线为30回，电容器、站用电和接地电阻用电缆为33回。这样在电缆层的高压电缆有上百根，再加上二次、照明、视频监控、通信光缆等电缆，导致整个电缆规模十分巨大。

1.4 通风降噪问题突出

由于户内变电站所处城市区域对噪声控制的要求较高，同时，众多损耗较大的电气设备完全置于室内，这都对室内的通风、降噪水平提出了更高的要求。

1.5 涉及专业多，接口管理复杂

户内变电站的运行需要各专业间的密切配合，特别是电气专业与土建专业。土建专业在布置主梁、次梁时，要避让电缆孔洞。电气专业在校验设备的安全距离时，要了解土建中所有梁柱的位置和大小，在设备定位时要考虑上、下几层楼板梁柱的位置。如果考虑不周，则难免会出现问题。设备的尺寸和质量也是需要电气、土建两个专业重点关注的问题。土建专业要根据设备的尺寸和高度确定运输大门的规格和房间大小，并根据设备质量计算结构。

2 三维设计的意义

应用三维数字化技术进行户内变电站设计是未来设计的发展趋势。目前，国内有很多电力设计单位已经在变电站设计的各阶段不同程度地利用各类三维设计软件开展设计工作。采用三维设计和数字化移交有以下3点重要意义：①可以做到与施工现场实际情况相同的精细化设计，可方便地进行安全距离校验和材料统计，有效避免了不同专业间的管线发生碰撞，并使材料统计更为精准。②各专业通过同一个设计平台进行全专业协同设计，这不仅提高了不同专业间的配合效率，还避免了接口过程中的错误。③可将变电站的方案、设备参数等数据制作成三维变电站模型，从而为业主提供真实的展示效果。该数据可用于变电站的全寿命周期管理，有利于工程竣工后的维护和改造，也为设计服务的延伸增值提供了可能。

3 应用实例

广州某110 kV户内变电站采用博超STD三维数字化设计平台搭建了全站全专业三维数字化模型。电气主接线采用数字化技术设计，元件参数与设备属性一一对应。根据实际设备的订货结果，应用参数化建模等多种手段建立变电站各类设备三维模型。各设计专业在同一模型上进行设计工作，设计与提资形成了实时对接。在生成的全专业三维模型上进行了安全净距校验和碰撞检查，有效避免了施工变更。在三维空间进行一、二次电缆敷设，敷设方案更加合理、准确，自动生成了电缆清册并注明了敷设路径，有效规范了电缆敷设施工。在合成的三维模型中可任意断面剖切，生成各卷册图纸所需的断面图、轴测图等。全

站模型可直接进行三维浏览漫游和简单的浏览视频制作，方便设计人员自检和施工交底。生成的三维模型为模型与数据统一的综合模型，可根据需要进行电子化移交等后续全生命周期管理工作。该110 kV户内变电站的三维模型如图1所示。

4 结束语

本次110 kV户内变电站数字化设计应用了三维数字化变电站设计技术，全面开展了多专业协同设计，通过变电一次、土建与水工等多专业合作，搭建了全专业三维数字化变电站模型。创建了企业级的图形库和三维模型库，为后续工程三维设计的开展创造了条件。初步探索了三维设计成果的数字化移交，确定了数字化移交的内容、平台和方式，并建立了移交规范。

参考文献

[1]李颖瑾，李波，李绍生.变电站三维设计的应用探讨[J].中国电业，技术，2012（04）：26-28.

[2]张振.论三维设计系统在电力系统中的应用[J].科技资讯，2010（26）：135.

[3]项玲，邵俊伟，谭海兰，等.智能变电站的三维协同设计[J].中国电业技术，2012（11）：454-459.

〔编辑：张思楠〕