三维辅助设计模块在变电站工程中的应用

李俊林

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

三维辅助设计模块在变电站工程中的应用

李俊林

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

论述了在本格拉南220 kV变电站工程数据库和三维模型的基础上，应用三维平台的辅助设计模块对变电站导线、接地、防雷系统进行进一步的完善和优化设计，并按检查规则对三维模型中的设备、结构等三维实体进行碰撞检查。

辅助设计模块；三维模型；本格拉南220 kV变电站

1 概况

近年来，三维设计已逐步进入水利电力行业设计领域。在变电站工程设计中，相对于传统的二维设计，三维设计以其直观、高效、精准的优势成为未来工程设计手段的发展趋势。本文在利用Bentley MicroStation建立的220 kV本格拉南变电站工程数据库和三维模型的基础上，应用Bentley Substation提供的辅助设计模块完成变电站的三维导线设计、接地系统设计、防雷系统设计等设计工作，并对主要设备进行安全净距校验和碰撞检查。

220 kV本格拉南变电站（见图1）站址坐落于安哥拉共和国本格拉市南部，变电站主变压器为100 MVA，一期220 kV侧为1进1出，采用单母线接线；60 kV侧为1进3出，采用双母线接线；30 kV侧为1进3出，采用单母线接线。

图1 220 kV本格拉南变电站鸟瞰图

2 辅助设计应用

2.1 三维导线设计应用

通过三维导线设计模块，基于已建立好的图形符号库和产品型号，在变电站三维布置图中进行软导线（包括跨线、引线、设备线）和硬导线的布置设计。在设计导线过程中，按照规范要求输入导线弧垂、导线间距等参数，模拟三维导线进行导线受力分析，并对绝缘子和金具进行合理的选型。导线设计完成后，通过报表生成器，自动统计导线、绝缘子和金具的数量，生成材料表。

2.2 接地系统设计应用

基于三维布置图，通过接地系统设计模块对变电站进行接地网络设计。在产品型号数据库中创建不同规格的镀锌扁钢（用于水平接地干线）、集中接地装置、镀铜钢钎（用于垂直接地极）等接地材料型号，通过接地设计模块的调用功能从产品型号库中调出已创建的接地导体材料型号，最后通过该模块根据设置智能地布置水平接地干线，并在出线架构、母线架构、变压器接地点附近敷设垂直接地体，最终完成本格拉南变电站接地系统的设计。

2.3 防雷系统设计应用

本格拉南变电站属于三类防雷建筑物，采用9根避雷针对全站户外电气进行防直击雷保护，避雷针安装于变电站龙门构架上，220 kV侧避雷针距水平地面高度为31 m，60 kV侧避雷针距水平地面高度为25 m。

防雷设计模块提供了滚球法和折线法两种避雷装置确定保护范围的方法，滚球法针对不同的防雷类别，采用不同的滚球半径，从而得到不同的保护范围，比折线法更科学、更合理。本文采用滚球法确定和校验变电站避雷针的保护范围是否满足要求，三类防雷建筑物运用滚球法进行保护范围计算时的滚球半径取60，并确定水平面坐标的基准值，输入各避雷针的坐标参数，经过系统内置的防雷公式计算，得出如图2所示的三维避雷针保护范围示意图。

在直观的三维可视化避雷针保护范围示意图中，设计人员可改变避雷针的高度、位置、数量或采用其他方式保护，给设计人员优化设计方案、节省投资成本提供了可靠的依据。

图2 避雷针防雷保护范围轴测图

2.4 安全净距校验应用

保证电气设备的最小安全净距满足规范要求是关系到人身和设备安全的一项重要指标，是电气设计中最基本的要求，也是以往电气设计中最容易出现失误的地方。

通过对本格拉南变电站的电气设备关键点及导线之间、导线与设备之间进行校验（见图3），站内接线错综复杂，特别是导线与设备间的距离不能通过简单的线性计算获得，导线与设备间的距离校核带来一定困难。利用安全净距校验模块，可直观地观察到导线与设备间是否满足安全距离，保证设计成果的准确性、安全性。在校验过程中，软件可以从底层的数据库中获取允许的安全值，以方便校验。该安全值标准库可以扩充和编辑[1]。

图3 220 kV进线母线安全净距校验

2.5 碰撞检查

本文的碰撞检查是要自动地找出本格拉南变电站电缆桥架之间、桥架与建筑物之间在空间位置上是否有重叠发生，电缆桥架的空间位置是否满足检修要求。

碰撞检查可以从专业、模型或局部按照层、命名组等3方面，按检查规则对三维模型中的设备、结构等三维实体进行碰撞检查，并列出碰撞检查结果报表以及碰撞局部图，实现快速、实时查询碰撞节点并修改[1]。

通过碰撞检查结果（见图4），可直观地观察到变电站电缆桥架与主控楼的建筑墙之间发生了两处硬碰撞，并高亮显示，输出碰撞报表。

图4 直通桥架与建筑墙发生碰撞

3 结语

（1）导线设计方面。辅助设计模块解决了二维CAD设计中导线弧度绘制不标准的弊端，提高了设计成果的质量；

（2）接地系统设计方面。由于受地形或土建结构的制约，接地网的形状往往不是标准的正方形或长方形，这就给接地电阻、跨步电压、接触电压的计算带来了一定的困难。以往的接地系统，计算工作量大，影响设计工作的效率。接地设计模块中集成了相关接地设计规范和导则的计算方法，自动提取接地网的接地形状、接地面积，通过输入土壤的电阻率、单相接地短路电流等相关参数，就可完成标准的接地电阻、跨步电压、接触电压的计算，计算结果也相对准确；

（3）防雷系统设计方面。三维设计使原本抽象的避雷针、避雷线保护范围可视化，设计人员对防雷网络一目了然，在设计过程中避免了仅凭人为的主观空间想象而造成的设计失误，保证了设计成果的准确性；通过三维防雷网络也便于设计人员对变电站的防雷系统进行校验和防雷设计方案优化。

Application of IEC norm and GB code in wire wind load calculation for a 220kV power transmission line in Angola and comparison of difference

GAN Kai-yuan
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

Taking a 220 kV power transmission line in Republic of Angola as example,the Code for designing of 110～750kV overhead transmission line（GB50545-2010）of China was compared with the Design criteria of over⁃head transmission lines（IEC 60826-2003）.Their difference in wire wind load calculation was analyzed.The re⁃sults of calculation demonstrate that their principles of defining basic wind velocity are identical;but different reoc⁃currence periods were adopted for different voltage levels in accordance with GB code.For the wire wind load calcu⁃lation of 2C-SZ41-24 type tower,the standard wind pressure and horizontal wire wind load of IEC norm are about 1.81and 1.3 times as much as that of GB code respectively.

Power transmission line;basic wind velocity;wire wind load

TP391.72

B

1003-1510（2016）01-0041-02

2015-12-02

李俊林（1987-），男（壮族）广西德保县人，广西水利电力勘测设计研究院助理工程师，学士，主要从事电气设计工作。