输变电工程三维模型分类编码规则与应用研究

张梦琳

（国网冀北电力有限公司管理培训中心，北京 102401）

输变电工程三维数字化设计是利用数字化设计手段实现设计对象的可视化、数字化和信息化。设计是输变电工程信息的源头，数字化设计成果能作为开放式的信息载体在设计、建管、物资、运行等各单位之间进行传递和共享，实现工程建设中不同阶段、不同信息需求方之间的信息协同，促进工程项目的全生命周期管理[1-2]。编码是输变电工程建模的基础，将为各个阶段的系统提供模型关联关系和逻辑关系，方便检索和查询，促进信息的采集和挖掘，同时合理和统一的编码是确保在工程项目全生命周期中信息唯一性、可识性和共享性的关键。

目前，国内电网行业应用的编码标准体系众多，适用于不同行业和专业。例如国家电网公司电网调度运行采用《电力系统部分设备统一编号准则》[3](SD 240-87)，物资采购采用Q/GDW 1936-2013《国家电网公司物料主数据分类与编码规范》[4]，资产管理采用《电网资产实物“ID”编码规范》[5]，电网工程数字化移交采用《电网三维模型第1 部分：模型分类与编码》[6]。同时行业的层面又有国家标准《电网工程标识系统编码规范》[7]。不同的编码标准是输变电工程的不同参与方根据各自需要进行编制的，编码逻辑已经与代码结构不尽相同，同时也未考虑代码之间的接口，缺乏通用性，难以实现在输变电工程全生命周期过程中的信息交换和共享。迫切需要建立一种能兼容现有编码标准同时能贯穿输变电工程全生命周期的编码体系[8]。

该文在研究输变电工程现有编码体系的基础上，提出输变电工程三维模型分类编码方法，确保在设计阶段形成统一的数据源，以实现工程全寿命周期内信息的唯一性和可追溯性。同时研究三维模型分类编码方法与现有编码体系相互融合的可行性以及接口技术，促进数字化设计编码方法的推广和应用。

1 输变电工程现有编码规范

1.1 物资与物料编码

2014 年1 月，国家电网公司发布并实施《国家电网公司物料主数据分类与编码规范》。物资分类与编码遵循统一分类、分类唯一、实用、继承原则。规范将所有物料分门别类，共分为3 个级别：大类、中类、小类，通过该分类，可以将物资细化到具体的设备。同时通过多项主要属性参数来定义一条具体物料，其中每一项参数都被称为一个特征项，由于参数不同，每个特征项下可能包含多个数值，每一个数值被称为一个特征值。针对某一个小类，在每一个特征项下分别选择一个特征值组合起来，即形成一条物料。通过生成一个9 位数字的流水编码与设备的唯一物料进行对应，就生成了设备的唯一物料编码。物料编码只在物资招标、采购、管理中使用，需要和物料主数据库对应，流水编码本身不具备可读性。

物资与物料编码组成及对应关系如图1 所示。

图1 物资与物料编码的组成格式

1.2 调度编码

调度编码主要针对电力系统调度运行设计，采用《电力系统部分设备统一编号准则》。该编码针对母线、断路器、隔离开关、接地开关、发电机和变压器等涉及电气投切、输入输出的设备[9-12]。调度编码由代码编号和设备名称两部分组成。设备名称按“电力系统调度术语”命名，其文字符号按有关设备术语的汉语拼音字母缩写而成，编码字符包含数字和字母，由于电压等级、设备名称不同，调度编码长度不统一。目前，编码仅对330 kV 以上电压等级进行了规范，330 kV 及以下电压等级各省均有所差异，调度编码无法统一。

1.3 电网资产管理实物ID编码

电网资产的范围为电网企业所管辖的与资产管理活动相关的所有固定资产，包括电厂设备、电网一次设备、厂站自动化系统、调度自动化系统、继电保护及安全自动装置、电力通信设备、自动控制设备等。通过引入的设备实物标识编码，对电网资产管理实物进行唯一、终身的身份标识。电网资产实物ID 的编码规则由24 位十进制数据组成，代码结构由4 部分构成，即2 位省公司代码+2 位属性码+随机码+1 位校验码。实物ID 编码示例如图2 所示。实物ID具有终生唯一的特点，生成后由厂家附加在设备铭牌上，目前仅涵盖14 类设备。

图2 实物ID编码示例

1.4 电网工程标识系统编码

电网工程标识系统编码（《GB/T 51061-2014 电网工程标识系统编码规范》）是按KKS 编码的结构框架对电网工程中各系统、设备、部件按照生产工艺和安装位置等特点进行分类和编码[13]。电网工程标识系统编码可以完整表达电网工程中的任何功能点位及系统，可应用于全生命周期的管理，具有唯一性，以及功能、逻辑位置、物理位置可追溯性。电网工程标识系统编码分为3 种不同类型标识：工艺相关标识、安装点标识、位置标识。编码结构如表1所示。

表1 电网工程标识系统编码格式

1.5 电网三维模型编码

国家电网公司2014 年1 月发布了《电网三维模型第1 部分：模型分类与编码》为统一电网三维模型建模的技术要求，促进电网三维模型在电网建设、运行和管理等领域的应用，推进电网三维模型数据的规范化、标准化，实现模型的共享、共用。对电网三维管理应用中的设备设施模型进行分类和编码。首先，应根据表现等级和应用类别进行基本划分，然后，根据设备电压等级、设备类别等特点进行子类划分。表现等级分为基础模型、标准模型、精细模型。应用类别分为五大类：输电线路模型、站内设备模型、监测装置模型、通信设备模型和电网公共设施模型。

编码原则采用线性分类法和分层编码方法，按“表现等级和应用类别_设备类别_电压等级_设备型号_厂家代码_顺序号”的方式进行编码，每层编码使用“_”连接，编码使用1 位以上英文字母、阿拉伯数字、罗马数字及间隔符（非下划线）表示。

2 输变电工程三维模型分类编码方法

2.1 编码规则

对于工程的全生命周期来说，设计是工程建设的起点，输变电工程三维模型分类编码应该要贯穿整个工程全生命周期，不仅要确保在设计过程中具备标识的唯一性和可识性，同时应满足工程建设和运行维护过程中信息的唯一性、可识性和共享性[14]。与此同时，编码作为建模的基础，应不仅能标识物理模型，还应该为各阶段系统提供模型关联关系和逻辑关系，方便检索和查询，促进信息的采集和挖掘[15]。

从目前输变电工程已有的编码规范来看，物料编码为纯数字的流水码，只是对物料按顺序进行排列，不具备可读性。物资编码是一个树状结构，编码的长度不统一；出现新设备或者新的特征项、特征值时需要随时更新编码数据库，不方便管理；物资编码体系中由于没有流水码，就会出现具有相同参数的同一类设备对应一个物资编码，无法对单个设备进行唯一标识。

调度编码只针对变电站内的调度管理部门关心的部分设备，范围没有覆盖整个输变电工程，同时调度编码的长短不一致，还存在不同区域电网对设备标识规则不统一，编码的管理和延伸扩展很困难的问题。

电网资产管理实物ID 编码对国网下属不同省网公司和不同业务系统的电网资产进行分类，确定其产权归属。虽然能实现对设备的唯一标识，但分类太过粗放，编码以流水码为主，所含信息太少，不具备可读性，且目前仅涵盖14 类设备。

电网三维模型编码长度不统一，只对物理模型进行标识，没有描述与系统和部件的关系，无法追溯逻辑位置，以站内设备模型编码为例，编码中需要描述设备的型号和厂家代码，导致编码在设计的不同阶段不统一，无法贯穿工程的全生命周期，不便管理。

电网工程标识系统编码是对电网工程的系统和设备进行分类与编码标识，符合唯一性，并可追溯其功能、物理位置、逻辑位置，满足电网工程建设和运行维护的要求，特点是可以完整表达电网工程中的任何功能点位及系统，并且能贯穿电网全生命周期。

综上所述，调度码只针对开关类设备，物料编码和电网三维模型只针对单个设备，实物ID 编码随机性大，只有电网工程标识系统编码能贯穿输变电工程全生命周期。

输变电工程三维模型分类编码的基本要求是要建立一种面向电网工程中的工艺系统、设备、材料、设施及建构筑物，贯穿电网工程设计、建设到运行维护管理的全生命周期[16]，标识物理模型及逻辑模型，能表征设备之间的逻辑关系，应尽可能方便地与现有的各种编码方法进行对接的一种编码方法。结合输变电模型三维编码的特点以及综合分析目前各个编码规则的优缺点，输变电工程三维模型编码规则应该采用电网工程标识系统编码。

2.2 编码整合方案研究

目前，输变电工程中已有的编码规范大部分是针对工程特定阶段，能满足特定专业或者管理的需求，但因为使用范围有明确的专业或者管理上的区别，导致在工程全生命周期中信息传递存在困难。基于电网工程标识系统编码方法的输变电工程三维模型分类编码能贯穿工程全生命周期，作为工程各阶段横向信息交换和共享的纽带，通过与现有各编码系统进行对接，可以实现工程各阶段纵向的信息连接。

2.2.1 输变电工程三维模型分类编码与物料编码的转换

物料编码的大类和中类与输变电工程三维模型编码中的系统码和设备码能对应，小类与特征值不能完全对应。由于输变电工程三维模型分类编码和物资编码定义的深度不同，物料编码无法直接从电网工程标识系统编码转换生成。以变压器为例，电网工程标识系统编码与物资编码对应规则见图3。

图3 输变电工程三维模型编码与物资编码对应规则

可以基于基本属性和软件接口的方式，即在三维数字化模型构建过程中将三维模型的特征值等信息输入到模型中，然后通过软件调取该设备的属性，并在物资编码数据库或电网三维模型编码数据库中检索出对应的编码，显示在三维模型中。

2.2.2 输变电工程三维模型分类编码与调度编码的转换

调度编码由5～6位数字组成，其中前两位代表电压等级，对应系统码中的系统分类号AAA(>1 000 kV)、ACA(500 kV)、AFA(110 kV)。调度码中的第3、4 位代表母线间隔的编号，可直接对应三维模型分类编码中系统码的系统编号。调度码中的第5 位是隔离开关的编号，电网工程标识系统编码中设备码为GS2x0，该编号与x 相对应。若调度编码还有第6 位或者更多，电网工程标识系统编码中从设备码GS300 开始流水编号。如果调度码只由3 位组成，则表示电压互感器隔离开关或避雷器隔离开关编号。第一位数字代表电压等级，数字几就代表几百千伏。第二位代表编号，与电网工程标识系统编码系统码中系统编号对应。隔离开关的调度编码与输变电工程三维模型分类编码字符含义的简要对应关系如图4 所示。

图4 输变电工程三维模型分类编码与调度编码对应规则

以500 kV 第一串第一台断路器靠1#母线侧隔离开关为例，调度码是50111，对应输变电工程三维模型分类编码：Y 0 ACB 11 GS210。

2.2.3 输变电工程三维模型分类编码与其他编码整合方案分析

实物ID 编码除了前三位省公司代码外，其余编码都没有具体含义，具有随机性，所以实物ID 编码无法和电网工程标识系统编码进行融合和对应。另外由于实物ID 编码不表征设备的任何性能或参数信息，其编码生成不能通过提取设备属性信息生成，只能由专门的编码生成器完成，所以实物ID 编码无法在三维模型建模或设计软件中自动生成，一般情况下也无法直接获取。实物ID 码可以在编码生成和确定后作为设备的一条属性输入三维模型预留的属性表中，从而实现输变电工程三维模型分类编码与实物ID 码的关联和对应。

电网三维模型中的部分字段表征的是三维模型的属性，所以电网三维模型编码可以通过软件提取设备属性信息自动生成。电网三维模型编码的部分字段表征的属性信息与电网工程标识系统编码中标识的属性信息重合，具备部分对应关系，所以电网三维模型编码与电网工程标识系统编码的融合方法可以参考物料编码的融合方法，即能对应的字段从电网工程标识系统编码中提取，不能对应的字段通过软件从属性信息中提取生成。实际上电网三维模型编码的主要作用是标识三维模型，其功能与电网工程标识系统编码是重合的，所以三维模型采用电网工程标识系统编码后可以不再进行电网三维模型编码。

3 输变电工程三维模型分类编码应用与软件实现方法

3.1 输变电工程三维模型分类编码在软件中的自动生成

在三维数字化设计过程中，软件按照GB/T 51061《电网工程标识系统编码规范》的要求建立工程系统树，建立单元级、系统级、设备级、部件级的树形结构，将变电工程三维模型进行合理划分。软件数据库中建立相关的数据库表存储编码规则及各项取值，作为对软件设计对象进行编码的规则依据。在工程中对模型定义相关工程系统信息后，软件自动根据模型所属系统生成系统码，根据模型树形编写设备码和部件码，配合流水号，最终生成设备唯一的输变电工程三维模型分类编码，如图5 所示。

图5 输变电工程三维模型分类编码软件生成框架图

3.2 物料编码在软件中的自动生成

三维数字化设计软件中的标准设备库按照物料编码要求设置设备的基本属性信息，针对物资分类及特征参数的结构和物料编码建立编码规则数据库表，确保属性信息可以直接对应物料编码中对设备的属性描述，从而可以直接根据标准设备库的设备直接对接物料编码库进行查询。在软件中通过对标准设备库中的属性字段与物料编码表中的属性字段对应，可自动生成物料编码信息，如图6 所示。由于物资系统会不断进行更新，不同的工程对应的物资库版本会不同，所以在软件中物资编码规则库的结构是动态建立的。在为对象生成物料编码前，需要将工程使用的物资数据导入软件的物资编码规则库中。

图6 物料编码软件生成框架图

4 结论

该文研究了国内电网行业现有的编码标准体系，编码标准体系众多，使用范围有明确的专业或行业管理目标，编码代码结构差异极大甚至完全不同，没有通用性，严重影响工程全生命周期中的信息交换和共享。在输变电工程现有编码体系的基础上，提出以电网工程标识系统编码作为输变电工程三维模型分类编码，可以确保在设计阶段形成统一的数据源，实现工程全寿命周期内信息的唯一性和可追溯性。研究输变电工程三维模型分类编码与现有其他编码体系转换或结合方法，将现有的输变电工程编码作为三维数字化设计模型的属性并在属性表中预留相关字段及扩展功能，对于能与输变电工程三维模型分类编码相互转化的编码，例如调度编码或物料编码，可以由数字化设计软件自动生成，如果无法与输变电工程三维模型分类编码进行转换，则在工程的特定阶段由相关单位或专业在数字化模型中添加编码属性，形成贯穿工程全生命周期唯一的数字化模型及包含的全部属性数据。