变电工程数字化三维设计的应用

黄博勇 潘国元 苏敏仪 徐芳琴

（清远电力规划设计院有限公司 广东省清远市 511500）

数字化三维设计是基于新技术平台的智能工业设计模式，当前我国在研发和实际使用领域已经形成了相应的标准体系，国家也通过相应政策带动这一新兴领域的蓬勃发展。变电工程数字化设计的优势在于能够有效提升变电站的设计水准，从工作效率以及总体的工作质量方面达到更高的水平，数据信息的应用以及维护等过程都可以通过这一智能化平台完成，提升不同工作部门之间的协同工作效果，因此变电站数字化设计对于设计研究领域来说具有极大的提升价值。

1 变电工程采用数字化三维设计的原因

当前变电工程领域的设计研究院，对于数字化三维设计的研究正处于快速发展阶段，一方面是因为这种新技术在国际领域已经被承认具有极大的潜在价值，同时也因为在社会领域应用过程中，能够更好的提升应用效果，对后续的维护成本以及操作作业内容来说也是一次变革性的提升，所以从各个角度而言，这都是一种技术上的创新应用，而要有效的将这种设计方式应用到实际领域当中，需要对变电工程数字化三维设计有充分的了解，对其特点，使用原因进行充分解析之后才能够获取最充分的资料。

首先数字化三维设计的重点发展方面在于通过协同设计使得设备的部件之间能够产生相互联系性，这一点主要通过三维设计实现，通过三维布置以及内部结构的解析，能够将各部分的零部件体积、功用都做到最佳的平衡点，充分有效的提升设计效果和实际使用过程中的环境适应性[1]。

另外在数字化系统的建立当中，也有效提升了变电工程的网络信息化水准，以往在施工运行之后，变电工程的产品基本就成为了独立的工作项目，只有在维护过程中定期进行检修才会与远端产生关联，但这样不方便实时信息交互，同时对于突发故障的反应也不够及时。当前采用数字化设计之后，能够有效的提升这一方面的应对状况，首先通过对于变电工程设备的大数据信息传输系统的加入，能够有效将设备的状况以日志的形式进行传输，保证终端控制系统能够随时掌握电网工程内部的变电系统的实际状况，这样能够有效打破传统的变电设备信息孤岛状况，做到遇到问题及时应对，有效加强对于变电工程的通信联络体系的建立。

2 变电工程设计过程中的数字化与三维技术应用

对于变电站的数字化与三维设计平台，需要充分考虑基础技术架构以及后期的技术实现效果和功能模块的预设，这样才能够保证变电工程从总体设计方案到施工阶段再到最终投入使用的环节都能够具有足够的应用价值。

一般在进行数字化和三维设计过程中需要使用的软件较多，因为需要保证电气设计的结构科学完整，并且使用寿命也应该达到相应的水准，所以在过程中需要进行数字建模保证运作效果。另外变电工程还涉及到建筑结构设计以及暖通工程设计等多方面的内容，需要数字化设计以及三维设计的结合才能够保证实际效果。通过对三维数字化设计软件的应用可以完成全流程的设计语言，将计算机内的模型模板进行套用，生产对对应电路的阻抗图，帮助计算短路电流，提升从图纸设计到实物模型的快速转化。同时依据模板能够保证高效率绘制出二维平面上的主接线图，对部件设备选型能够形成良好的基础铺垫。

图1：三维数字化设计下的电气设备立体模型结构演示

图2：二次电器设置的管线排布图

在使用软件上，结构设计通常使用STAAD pro 进行，并且结合AECOsim BD 软件进行建筑结构设计，再通过具体对接Substation 电气设计软件的方式将内部电路结构以及外部的建筑设计图纸进行结合，如图1 所示形成立体模型并可通过预演提升设备对接成功率，避免故障发生。这样形成的协同管理系统才能够产生最佳的应用效果，同时也才能够保证变电工程投入使用之后能够满足多样化的需求和功能预设，避免因为前期设计问题影响实际投入使用后的效果。

部分设计软件并非国内直接研发，而是需要从国外进行技术引进，对于操作方式以及设计技能，也需要通过专业人员才能够完成，所以变电工程设计要结合数字化和三维技术，需要的是专业化的团队和人员，各地方的设计研究院需要通过专业人才的整备和协调配合，才能够快速高效地完成相应的作业内容[2]。

在模块使用当中，电气设计一般需要通过一次、二次的专业设计才能够完成相应的工作内容，一次设计主要是通过基础绘图以及线路连接，同时对接三维设备的空间布置，对设备零部件进行编码和建模配置，从模拟角度进行性能的检验检测，提升安全属性以及应用效果。并且需要结合数字化技术和三维技术进行剖面解析，提升内部结构的合理运用，保证散热性能之间的平衡。另外在电气设备的电缆线路对接上，也需要通过一次设计完成，保证带电体的安全监测效果达到标准要求，对于建筑安全以及内部的照明、防雷等实际工作功能需求得到满足。并且基础的计算模块也需要在一次设计当中同步完成。

而二次设计所需要的内容则更加细致，主要通过软件编排将内容文件以及功能实现所需要的编码信息输入到系统当中，进行软件架构的建立工作，尤其对于智能设备的配置文件以及逻辑连接关系，都需要在二次设计当中完成，如图2 所示，这一过程主要是通过现有设计方案对模型逻辑以及缆线布置进行进一步的铺设，保证管线对接到位。对此一般采用信息流图的方式理清顺序和设备线路之间的关系，提升工作效率。

变电工程设备需要在相应的建筑空间内进行布置和安放，所以变电工程的设计工作也需要结合建筑设计的内容予以提升，通过多种类的软件建设平面图以及立体剖面图，能够更好的对于建筑内部的空间结构进行功能区分，保证设备在运转过程中不会因为散热或者性能受限等问题造成故障[3]。

在基础架构完成之后，还需要关注对于平台协同性的运作效果，这也是变电工程在智能化提升以及通过数字化三维设计之后具有最大变革性的内容，通过协同管理的方式可以在远端对变电工程的部件进行参数调整操作，这一点极大的提升了后期运营和维护的效果，能够通过设备智能自检找到对应的故障位置及时汇报，维护人员则能够精确定位对应区域进行检修，减少排查故障的时间成本。从这一点来说，智能化的表现决定了变电工程数字化和三维设计的未来前景十分广阔，并且在功能提升上可以通过模块化的设计进一步加强应用效果，拓展更多的应用范围，实现变电工程在社会领域的更大功能拓展效果，保障社会生活供电体系的正常运转。

3 变电工程数字化三维设计的应用与效益探究

对于工程寿命以及使用效果是变电工程建设当中最为关心的问题，通过数字化和三维设计能够实现较之以往最大的突破主要在于可视化运营和操作，能够更加直观地将设备状况以及运营结果展现在操作人员面前，也是当前数字时代对智能化运转的必然需求，当然这一功能需要结合可行性以及设计施工阶段的多方协调，最终才能够在实现效果上达到预期标准，保证三维布置方案能够预留足够的空间提升工作效果。另外在项目验收以及评审过程中，应该对于质量效果和工作状态进行深入的研究，保证其功能达到预期效果[4]。

变电工程的内部使用设备以及外部的建筑设计是密不可分的，二者相互结合才能够产生最佳的空间利用效果，保证在三维设计以及数字化设计当中真正实现预期的目标效果。

另外在应用当中对运营维护以及基础设计应该进行细致的研究，保证变电站整体在投入建设之前有相应的数字建模图纸，通过实际模拟运营状态寻找空间设计方案以及结构搭配是否存在不合理或者需要调整的内容，再不断进行提升设计方案的合理性，这样才能够在最终的使用当中达到最佳效果。三维设计和数字化设计的功能也在这一方面体现的最为明显。除了基础的功能维护之外，后续运营当中也需要将这些内容进行充分的探究，保证设备运转当中能够稳定持续运行。

变电工程在完成基础设计和施工阶段最终投入使用之后，需要考虑到其经济效益问题，保证在供电体系当中能够持续输出并且做好稳压工作，三维设计和数字化设计的工程内容才能够完成从理论阶段到实践工程效益的转化，这也是当前在工程工业领域最为看重的，实际效益的产生和预期效果之间的协调性。在这一点上必须看到的问题在于，变电站的工程设计结合了暖通水电、建筑空间、电路设计铺设等多方面的内容，所以在前期投入资金方面肯定有较高的消耗，要实现从成本投入到效益营收的转化，需要相对较长的时间才能够完成，这一点在技术推广的初期属于必须面对的问题，也是提升变电工程整体行业资质的必经阶段。

4 变电工程数字化三维设计的未来发展趋势

在变电工程领域拓展数字化设计以及三维设计的应用空间，当前已经是一个必要的举措，因为可视化和智能化的信息交互对于当前的互联网时代来说是在各个行业都具有深远影响的内容。只有在变电工程建设上实现对于这一潮流的跟随，才能够更好的保证变电站在电力产业当中的功能效用。同时提升设计标准以及建设效果，对于行业交流以及交易过程也会带来更好的促进作用，数字化设计的优点在当前的时代已经被充分证实，对于其应用必然也会在近些年持续开展。

从发展的角度来看，信息集成和实时传输功能还需要进一步的加强，提升变电工程在使用过程中的交互效果，通过数字化设计以及网络通信设备的融入，这一功能能够得到很好的保障，尤其对于多元化信息交互和远端操控的需求也在不断提升，更需要将信息集成的效果达到更高的水平。

在数字模型的建设以及设计成果的转化上，实体模型已经不再是主流，未来对于设计成果的研究应用都会逐渐转化为数字模型的方式，这也是在设计阶段交付成品最佳的形态，变电工程本身内部的结构复杂，如果采用传统的模型提交设计方案不仅需要大量的图纸辅助说明，同时对于剖面分析也难以做到真正符合需求的讲解。而当前如果能够有效应用数字化设计以及三维设计的理念，那么就能够通过多元化的设计软件构成一个综合的数字模型，对于其操作都可以以可视化的演示过程完成，不仅提升了演示效果，同时对于功能设计的表现力也有了很大的提升。

5 结束语

变电站的数字化以及三维设计是在变电工程方面的巨大变革，电力产业之所以需要提升这一技术的应对效果，主要是因为其设计质量的充分提升，以及在工作效率上的极大进步，能够满足快节奏的社会高速发展需求，而且对于当前社会领域的供电需求也需要这样的智能化设备提供更加人性化的服务模式。同时在维护角度和后续远程使用操作而言，数字化三维设计比起以往的变电工程，具备可视化和远端操作的功能，同时对于设备内部的轻微故障问题可以自我排查，极大的提升了设备的工作效率，并且充分降低了维护成本。这也是为什么变电站数字化设计以及三维设计能够成为当前行业主流发展趋势的重要原因。