数字化技术在电力工程设计中的应用

河海大学 后勤处能源与信息中心 徐卫

电力工程设计是电力行业中非常重要的环节，无论是输电、变电或是发电工程，其设计的优劣能够直接体现其技术水平。本文主要通过介绍数字化技术对电力工程发展目标的影响，结合数字化技术在电力工程设计中发挥的作用，阐述数字化技术在电力工程设计方面的实际应用并举例分析，并畅想未来数字化技术电力工程设计的发展情况。

0 引言

随着我国社会与经济的不断发展，各行各业在科技的引领下逐渐进入数字化时代。面对人民生活逐渐进入数字化的情况，一些传统的能源行业也必须跟随社会的发展与进步趋势，完美契合环境浪潮，并充分利用新时代技术提升自身发展空间，这其中就包括电力相关的企业与工程。电能作为驱动数字化新时代的高级能源，自身在整体的运营与管理方面更需要充分利用数字化技术，而有关数字化技术的应用根本点即是其在电力工程设计方面的应用。故数字化技术在电力工程设计中的应用十分重要。

1 数字化技术对电力工程设计发展目标的影响

随着世界整体迈向信息化时代，数字化与科技化在各行各业得到了广泛的应用，对于电力相关的企业与工程来说，数字化的应用也体现在设计与运营等方面。在电力企业运营中加入数字化技术，能够有效提升其整体运营的效率，为广大电能用户带来更好的使用体验，而良好的数字化应用离不开电力企业前期的数字化设计，在电力工程的整体设计中加入数字化技术，不仅能够从长远角度上对电力企业起到提升作用，更能有效节约电力工程设计效率，降低电力工程施工损失，故电力企业工程的设计目标主要在于通过数字化手段提升整体电力布局的高度。

此外，在明确电力工程设计的整体目标之后，在设计的过程中有关企业还应注意以下几点:（1）以可持续发展为目标。电力工程由于本身的特殊性，在施工建设的过程中难免产生对环境的破坏，因此为了延长电力工程的使用年限，通过持续使用增加相关效益，重视可持续发展是电力工程设计的基本点；（2）电力企业功能设计要以人类自然为基本中心。即在电力工程设计过程中，充分考虑自然环境对电力企业的有利影响，尽量在设计中减少人工对于自然的破坏与改造；（3）以智能化基础为目标，融合智能化理念。电力工程的建设不同于普通工程，其作用与意义相较来说更为重大，因此为了能够计量延长其使用时间，在设计过程中要注意迎合社会进步。很多电力企业工程也许在最初竣工阶段无法完美符合未来标准，但其可以尽量融合智能化理念，为未来的转型争取更多的可变空间[1]。

2 数字化技术在电力工程设计中所能发挥的作用

电力企业工程的设计与施工是非常复杂且技术含量与要求较高的工作。由于电力工程自身性质较为特殊，其安全性与运营可靠性需要引起有关人员重视，这不仅需要在施工过程中的一丝不苟，更需要具有丰富经验的设计师在设计过程中对上述风险进行合理的规避与规划。而通过数字化技术，可以有效帮助工程师降低上述问题的难度，其主要体现在以下几点。

（1）数字化技术在电力工程设计中的应用可以有效减少设计团体之间的交流障碍。在传统的电力设计过程中，图纸的技术交流是设计团队最为重要的工作之一，但是由于电力工程不仅涉及到电路设计还设计到土建施工设计，各方设计团队在设计磨合期间都需要参照图纸进一步制定方案，而传统的图纸过于笨重，严重影响交流效率。在数字化技术加持下，可以有效解决上述问题，通过相关软件可以将所有图纸电子化，携带方便甚至可以进行线上交流，无视距离问题而且对于数据提取更为快捷方便。

（2）数字化技术在电力工程设计中可以有效减小设计过程中的人为失误。以施工模拟软件BIM系统为例，在进行电力工程的土建设计时，传统的图纸绘制由于其本身的复杂化，难免会出现设计者在过大工作量下造成的人为失误，为了避免失误情况发生，传统的设计团队通常会对图纸进行复检，保证准确度。而使用BIM软件系统后，软件会自行修正问题，对于理论上不合理的设计会阻止或提示设计者，极大提高准确性并节约人工成本。

（3）数字化技术在电力工程设计过程中还能有效集合设计者的智慧创造、加强设计初期各环节的关联性、加强设计内容的追溯性等，总之数字化技术的应用为电力工程设计提供了非常大的便利性。

3 数字化技术在电力工程设计各方面的应用举例

电力工程设计涵盖的内容非常广泛，针对不同的应用目的需要不同的设计，下述内容主要列举数字化技术在输变电工程整体设计、安全设计两方面的应用。

3.1 数字化技术在电力工程设计中的应用

3.1.1 全站设计模型

输变电工程涉及到明确的土建工程和电气工程两部分，在进行整体设计之前，数字化技术可以为其建立明确的三维模型，通过模型可以帮助各设计团队的工程师明确完成各环节的对接工作。

在传统的输变电站设计环节中，土建工程一般服务于电气工程进行建设，很多环节需要满足电气工程的要求，例如对于电控室的建设，土建设计一定要根据电气工程的设备要求进行土建设计。类似于上述配合形式应用于各个环节，需要团队之间进行明确的信息输入与输出。而三维建模通过软件可以确定各个环节的精确信息，例如导线连接功能可以自动捕捉到设备接线端子进行连接，一些精密的弧垂和线夹的角度都能自动进行核定等，提高设计效率。

3.1.2 安全距离校检

在输变电站设计过程中，安全距离一定是所有设计工程师需要严格要求的内容之一。在传统的输变电站设计中，工程师需要根据平面图纸进行计算，结合以往工作经验或参考同类输变电站，设定输变电站的安全距离。虽然传统方式可以确定安全距离，但为了充分保证安全性，会一定程度上以牺牲建筑成本为代价。但是通过三维数字化技术，有关工程师可以通过完整的三维建模来进行实测与观察，甚至可以模拟进行计算，将安全距离控制在理想范围内，更大程度上为输变电站带来效益。

3.1.3 防雷保护设计

任何电力工程的设计都需要考虑防雷模块，以保护生命财产安全。而通过三维数字化技术，可以直接通过防雷模块进行设计生成，工程师通过编辑输变电站的相关参数，使软件为其计算符合输变电站规模的避雷针，并明确其防护范围。根据明确计算的范围，有关人员只需结合土建规模，确定建筑位置，并对软件的计算进行复检，以防出现问题，很大程度上提升了设计者的工作效率。

3.1.4 精细化智能设计

三维数字化技术在输变电站的设计过程中最明显的优势就是精细化。相较于传统的平面图纸设计，设计者在精力有限以及项目节点进度紧张等前提下，对于图纸的设计可能只要求核心数据正确，缺少精力对图纸进行精细化设计。但是三维数字化技术可以通过软件帮助设计者补全图纸细节部分，并在设计者需要的时候进行查阅。

3.1.5 生成设备安全图

在使用三维数字化技术对输变电站进行设计的同时，相关软件会自动生成安全图，并对应设计者建立的文档自动编号储存，方便有需要时查阅，节省设计人员工作时间[2]。

3.2 数字化技术在电力工程安全设计中的应用

3.2.1 电力工程安全设计的要点

电力工程在投入使用后其安全问题必须得到有关人员重视，因此在设计初期有关安全系统的铺设一定要做足相关工作，设计中应充分涉及到人、机、环境等环节的交互，保证安全利益最大化，下述为电力工程安全设计要点。

（1）电力工程的安全设计需要进行完备的安全管理策划。即建立完整的组织机构、明确岗位职责并建立详细的流程化管理，提前策划风险识别和预警机制。对于安全层级建设也需要充分重视，保证在安全问题发生的同时，从事故现场到相关权利职能人员可以有效进行反馈，将事故带来的损失控制在最小程度内，同时对所有工作人员进行严格的安全培训，将人为事故可能性降至最低。

（2）设计标准的作业方案。在电力工程投入使用的过程中，人为作业造成安全问题的可能性较大。在有关设计进行时，设计者应秉持人为事故的不可避免性，在设计中添加防呆元素。可以利用数字化的编程语言或人体工学，防止人为操作失误的发生。并针对标准化的作业方案对工作人员进行培训。

3.2.2 电力工程安全设计的数字化技术应用

在电力工程设计初期，通过对电力工程安全设计要点的掌握，可以采用数字化技术对于整体的电力工程三维模型进行观察，有关安全负责人清晰的观察整体工程情况后，根据安全管理策划指出设计风险，并进行校正以确保安全合理。例如，通过观察三维模型，有关安全人员发现局部安全性缺失，可以通知绘图人员，在具体位置添加相应的风险识别设备与提醒标志，在观察电控室或涉及操作的设备设计时，安全负责人也可以通过三维模型识别相应安全风险，要求在醒目的位置建立相应的操作提示或警示标志。

此外，对于安全设计中的事故反馈流程，通过数字化技术可以在电力工程设计初期进行详细的规划。例如，传统的事故反馈流程为，当现场出现安全事故引起火灾或其他灾害等，需要现场人员发现事故并进行反馈，从而抢救现场降低损失，若现场人员不能及时发现问题，后果将不堪设想。而通过数字化设计，设计者可以通过三维图纸清晰的分析安全隐患，并可以尝试建立整套数字智能化安全反馈机制，在不影响电力工作的本质内容下建立整套系统，自动反馈事故保证最大程度上降低损失[3]。

4 未来数字化技术下电力工程设计的发展与畅想

通过对于数字化技术在电力工程设计中的应用介绍，可以明显看到数字化技术对于电力工程设计效率的提升，而随着社会与科技的发展，数字化技术对于电力工程的设计将不止停留于初期的图纸阶段，还会进一步深入。例如，当有关部门根据需要建设某电力工程时，可以通过数字化技术自动进行选址，并在设计过程中针对需求与成本综合输出设计结果，而在具体设计内容上，数字化技术根据电力工程应用后的整体情况，酌情为设计者补充电气设备的应用通用性，如提示设计者需要考虑为相关电气设备预留数字化接口以保证未来数字化时代的升级；提示设计者需要在土建工程方面考虑电力工程未来的扩张可能，预留充分的空间保证扩需后新设备的入驻空间等，总之，数字化技术对于电力工程设计工作的提升将不再局限于图纸工作，而是全面渗透到各个环节，为设计者提供更为便捷的设计空间[4]。

5 结语

数字化技术的出现对电力工程的设计来说，不仅能提升设计效率，还能降低设计的失误。而对于未来数字化技术在电力工程设计中的应用，将会进一步帮助设计者更好的进行电力工程的精密计算，并充分考虑与土建设计的结合，不断完善设计工作。在未来，数字化技术通过不断的更新与发展将会成为电力工程设计的主流技术，有关人员一定要跟随发展趋势，提升自身素质，为电力工程的设计工作贡献力量。