变电站数字化设计研究

2016-10-21郑海涛

电子技术与软件工程 2016年5期

郑海涛

摘要随着信息技术、网络技术的快速发展，智能电网、数字化变电站等新理念、新技术的不断深入，对设计手段、设計理念提出了更多的新的要求。如何提升变电工程的设计手段，提高设计效率和设计质量，满足业主日益增长的成品信息量的需求，实现变电站全过程、全生命周期的管理，成为越来越多的设计企业研究的方向。文章以阿克塞民主330kV变电站工程为依托，利用STD变电数字化设计平台对变电站数字化设计的方法和手段进行了研究，并对数字化设计技术在变电工程设计中的应用价值和意义进行了探讨。

【关键词】变电站数字化设计应用价值

传统的变电站设计是用各种设计图纸、文本标注设计内容，而其设计成果数据准确性只能依靠人工校核来实现。数字化的变电站设计是利用建模技术、信息技术、网络技术来对设计数据进行加工、管理，其设计过程也是构造数字化成果数据的过程。

1 数字化设计技术

数字化设计技术是建模技术、信息技术、网络技术在设计领域的集成创新；是以变电站设计对象数字化表达为基础，实现变电站基础信息集成化，设计过程智能化，设计平台一体化，专业设计协同化，设计成果数字化、可视化，应用成果全程化，形成包含设计对象数据、工程过程信息等内容的数字化设计成果。

数字化设计是工程全生命周期的要求，设计过程生产的所有数据，在工程全生命周期的后半程更具价值。设计阶段是数据产生的源头，数据产生机制会直接影响整个全生命周期数字化应用的水平。

我院在几年前采购了北京博超公司的STD变电三维数字化设计平台，目前本院大多数750kV变电工程均采用该平台进行设计，平台应用效果良好。

STD数字化三维变电设计平台是以数据库为核心、以三维技术为手段，结合标准化知识管理体系的精细化变电设计平台。平台通过设计数据驱动与共享实现设计流程的自动化，借助三维技术实现设计成果的精细化，进而实现全专业模型级的协同设计。

2 实际工程数字化设计

2.1 工程背景

阿克塞民主330kV变电站是阿克塞哈萨克族自治县重要的电力枢纽，连接着光伏、风电等电力能源供应和铁路、工业等重要电力用户。工程本期规模为主变2*360MVA，2回330kV线路接入沙洲750kV变电站，预留当金山南方向2回330KV出线位置，预留西北方向各1回330KV出线位置，110kV出线6回。工程远景规模3*360MVA，330KV进出线6回，110KV进出线20回。围墙内用地面积3.3897公顷，站址总用地面积3.9219公顷。

2.2 设备建模和入库

设备三维建模一般是由工程师参照厂家提供的设备安装图，通过设计平台提供的工具进行建模。设备建模时，模型尺寸应以毫米为单位，比例为1：1，设备部件颜色应合理，同类部件颜色应统一，设备模型的各重要部件应有相应的类型标识，比如带电体、接地体、绝缘体、支架、机构箱等，便于后续安全净距检查等设计优化。

2.3 主接线设计

主接线设计有两种方式，一是调用典型回路或典型方案的基础上进行设计，另一种是参数化设计。其中，参数化设计是一种快速灵活的设计方式，可以输入工程的电压等级、变压器台数、接线方式、进出线数量和回路样式，就可以自动形成一个主接线方案。

2.4 工程设备编码

为使电网工程建设各方与业主或运营方共享工程信息，确保在电网工程建设和运行维护过程中信息的可识性和共享性，提高电网工程的数字化管理和安全运行水平，需要为工程中主要设备进行编码。

2.5 数字化协同设计

变电站设计需要多个专业共同完成设计，数字化设计同样需要进行协同设计。数字化协同设计需要在同一个平台下进行，在平台上进行数字化协同设计，首先要建立协同工作空间，然后在协同空间里建立协同树，包括总的部分、各配电装置区域和主控楼，再细分为各个专业和专业内的主体内容等。然后，再在各协同节点设置负责人和权限，各负责人在各自的协同工作空间下开展设计工作。

2.6 总图设计

总图设计依赖于数字化地形图，设计开始首先要导入本工程的数字化地形图。在数字化地形图上进行场地平整和土方量计算。并进行总图规划设计，包括各配电装置区域、进出线位置、主控楼和大门、道路、围墙、排水沟等。

总图设计完成后，设计成果需迁入到工程数据库中，各配电装置区域设计时均需以总图设计成果为基准，在总图中规划的区域上进行各配电装置的设计和布置。

2.7 配电装置设计

配电装置设计时可以直接利用主接线设计成果进行设计。可自动获取间隔和回路信息、设备信息进行轴网设计；可以根据轴网确定设备布置点，按照设备类型、相间距和支架高度可自动进行设备布置。然后，进行导线连接完成配电装置设计。配电装置设计的设计成果可以通过协同工作空间迁入到工程数据库中，并自动更新到三维总平图上。

2.8 土建专业设计

土建专业设计包括建筑、水暖、结构、总图，各专业可以在各自的协同工作空间下开展各自专业的设计工作，也可以利用各自常用的专业软件进行计算校核，比如Midas、岩拓、PKPM、飞时达等专业软件。设计完成后，可以通过接口将设计成果导入到平台完成土建专业设计内容。

2.9 计算校核

设计完成后需要对设计成果进行计算校核。在数字化的设计成果上，设备模型的属性信息和空间位置关系获取非常方便，可以直接进行计算校核。

2.9.1 计算

设计完成后，可直接从数字化设计成果上直接获取属性信息和空间位置关系进行计算，比如防雷计算、导线力学计算、管母力学计算、支撑管母计算、母线感应电压计算、导体相间距离计算、跳线相间距离计算、跳线相地距离计算等。

2.9.2 安全距离检查

在数字化设计成果上，其设备模型的空间位置关系表达的更加直观、更加准确，进行电气安全距离检查是传统二维设计无法比拟的，对于空间狭窄、各电压等级设备设施对象多、空间关系复杂的环境，可以发挥独特的优势，从而大大减少设计事故和返工。

2.9.3 碰撞检查

碰撞检查分为软碰撞和硬碰撞，其中硬碰撞是设备设施实体之间直接发生位置冲突，包括电气设备与土建结构的碰撞、电缆沟与碰撞基础、水工暖通与建筑、水工暖通管道之间的碰撞等；软碰撞是设备设施之间空间距离不能满足相关规范要求。针对数字化设计成果进行碰撞检查可以精确到对象级，碰撞检查精度较高，可以避免工程设计中各种碰撞问题。

2.10 成果输出

变电站工程数字化设计完成后，可以输出以下主要设计成果：

（1）全站三维数字化设计模型。

（2）站址平整土方量计算结果表。

（3）主接线设计图纸。

（4）总平图和间隔断面图，包括三维总平图、电气总平图、土建总平图、间隔断面图、各配电装置平面图。

（5）材料统计表，包括全站主要设备材料表和电气材料表、各配电装置主要设备材料表和电气材料表、电缆清册、工程量统计表等。

（6）计算结果表和计算书，包括短路电流计算表和计算书、高压设备选型表、防雷保护表、接地计算书、导体力学计算书等。

（7）安全净距校核和碰撞檢查。

（8）全站三维漫游。

（9）数字化移交成果。

3 数字化设计优势