智能三維平臺及數字化移交在特高壓變電站中的探討

王志毅 王建 余淼

引言：本文結合變電站三維設計及數字化移交發展的情況，利用變電站智能三維設計平臺，對1000kV泰州變采用全方位數字化三維設計，并探討了全站三維數字化移交方案。

隨著特高壓變電站在我國的高速發展，如何在特高壓變電站建設中利用新技術，實現智能化三維設計，實現數字化移交，提高特高壓工程信息管理整體水平檔次，已成為特高壓建設發展關注的焦點之一。而電力行業高速度、智能化、精細化發展的建設和管理保障手段之一就是智能化三維設計及其數字化移交。

我院在1000kV泰州變電站工程設計中采用我院與軟件公司聯合開發的《ASTD變電站智能三維設計平臺》，全面應用智能三維技術，并在此基礎上實現工程全景數字化移交，為建設以工程數據庫為核心，全景虛擬變電站三維模型為載體，通訊網絡為基礎的變電站全壽命周期全景數字化統一信息管理平臺，實現電網工程標準化、規范化、精細化管理打下基石。

1.智能三維設計平臺及數字化移交簡介

我院《ASTD變電站智能三維設計平臺》以專業設計軟件為主體，以數字化為核心，以三維為手段，具有自動化和精細化設計功能。該平臺由工程管理、專業設計、協同設計子平臺構成，通過建立三維設備模型庫和二維圖形庫，并嵌入計算軟件，實現了變電站的全專業智能三維設計，提高了設計效率，保證了設計質量。已于2012年7月20日通過了中國電力規劃設計協會的技術評審，評審委員會一致認為用戶界面友好、操作靈活，具有創新性和實用性，處于國內領先水平。

數字化移交在提交傳統設計成品圖檔的同時，提交完整的變電站數字化工程設計信息管理平臺資料（包含工程設計各階段的三維模型、數據庫、電子化圖紙和文檔）。各類信息間以工程設施為對象，編碼為線索自動相互關聯，相互校驗。業主和工程管理單位只要登錄網絡就可查看實時設計進度、施工進度、物資采購狀態、調試參數、設備實際運行狀態，并可直接在模型上批注意見發回。包含變電站三維數字化移交成果的全景數字信息平臺以其豐富、精準的變電站全站參數化信息，帶來了全新的特高壓變電站工程建設和運行管理模式。

2.智能三維設計平臺在1000kV泰州變電站中的應用

2.1 1000kV泰州變電站的三維設計

根據本站的建設規模，在本項工程投標中，我們主要做了以下工作：

（1）根據1000kV泰州變電站的建設規模和接線方式，在ASTD變電站智能三維設計平臺中設計參數化的電氣主接線，并由此建立整個變電站的工程信息和邏輯關系。主接線設計通過調用典型配置接線實現，典型配置接線可根據需要擴充多種類型的接線。

（2）根據主接線系統圖及1000kV泰州變系統阻抗參數進行短路電流計算，自動生成短路電流計算書，根據短路電流計算結果，自動對電氣設備進行選型，篩選出各個電壓等級符合額定電流和短路電流要求的設備；再根據選型結果替換和更改主接線設備型號及參數，生成符合要求的參數化主接線。

ASTD變電站智能三維設計平臺能方便的自動調用與選用的典型主接線相對應的三維布置模型，并根據修改后的主接線更新和優化變電站三維總平面布置模型。平臺設計完全基于其自身龐大的數據庫和各種設備的模型，但電氣設備等模型和數據是不斷發展和更新的，因此需要對數據庫進行不斷的修改和更新。基于這方面的考慮，ASTD變電站智能三維設計平臺是個完全開放的平臺，可供設計人員添加和修改其模型，保證變電站三維總平面布置和電氣安全凈距檢查等的準確性和可靠性。

（3）然后，對1000kV泰州變電站總圖布置進行整合規劃設計，包括站址選擇、進站道路、站區總平面及設備布置、土方量計算等。根據三維總平面（圖3.1-1），對1000kV泰州變電站進行各個方面的精細化設計。精細化設計主要包括以下幾個方面：

圖3.1-1 全站電氣三維總平面布置圖

1）生成所需的各個電壓等級的平斷面圖、電氣設備的安裝圖，自動地精確統計出電氣設備及其安裝材料。當需要提取某個間隔的斷面圖時，僅需要選取該間隔，對其進行斷面剖切，便可自動生成具有尺寸信息和設備材料標注信息的斷面圖。ASTD變電站智能三維設計平臺具有強大的聯動能力，當在已生成的主接線或總平面中更換某一設備時，只需更替該設備參數，便能自動聯動修改到與該設備相關的圖紙和材料表，在保證了設計的正確性和可靠性的同時，也極大地提高了設計效率。

圖3.1-2 1000kV配電裝置三維軸測圖

圖3.1-3 1000kV配電裝置三維斷面圖

2）圖3.1-2、圖3.1-3為1000kV配電裝置三維軸側圖及串間隔透視圖。通過三維軸測圖，可直觀清晰的觀察GIS、高抗、主變壓器跨線布置方式及設備間連線連接方式，方便施工、運行單位查閱。串間隔透視圖可由三維軸測圖直接選取串間隔生成，是對選定串間隔內配電裝置的細化，可直觀反映設備及構架布置情況、導線連接方式及空間內電氣距離校驗，豐富了配電裝置出圖模式。

3）本站全站設備均由ASTD變電站智能三維設計平臺參數化設備模型庫建模產生，所有模型均按照廠家資料1：1建模，保證了全站三維模型的準確性及安全凈距校驗的精確性。全站三維設備模型距具有名稱、電壓等級等參數，查詢時僅需要將鼠標符號放至設備上即可顯現，方便快捷。

圖3.1-4 設備參數化顯示

圖3.1-5 安全凈距校驗

4）根據定制的安全凈距校驗標準，對于1000kV泰州變電站，在0米以上三維空間里對設備、導線、道路、建筑物之間的安全凈距進行檢查，自動檢測出不符合安全凈距標準的部位；在0米以下三維空間下進行基礎、電纜溝及管線的碰撞檢查。通過安全凈距校驗和三維碰撞檢查，能有效避免因各種原因造成的帶電距離不夠、設備基礎重疊等潛在安全質量問題，在設計源頭上切除隱患。

5）根據模型中導線等設備參數，可直接在三維總平面中拾取需要進行拉力計算的導線，進行拉力計算，并以安裝曲線圖、安裝曲線表和word文檔三種形式輸出技術結果。拉力計算過程中只需要事先設定好氣象條件，如風速、覆冰等，便可自動提取絕緣子串、跨線、引下線的相關參數進行計算，相比較其他的拉力計算軟件而言，免去了復雜的數據輸入過程，簡單可靠。

6）三維防雷設計，可進行雷暴日計算、避雷針設計、布置避雷線、布置避雷網、材料統計等；

7）根據接地模型，進行接地電阻、跨步電壓，接觸電勢校驗，并進行接地扁鋼校驗；

8）通過讀取電纜清冊的邏輯信息，結合三維模型的設備布置及電纜溝位置，便可自動進行電纜優化敷設、精確統計電纜長度，生成相關施工詳圖；

9）具有強大的3D模型處理能力，可對全站進行仿真漫游及虛擬施工。

最后，根據需要可從三維模型中抽取所需數據向各專業提資。如從三維模型中抽取架構和設備基礎提資圖向土建專業提資，土建專業通過設計計算，如有更改可向電氣專業反提資，三維模型可直接接受土建專業的架構設計結果和設備基礎，自動更新三維模型，實現專業間的無縫銜接。

2.2 1000kV泰州變電站的數字化移交

2011 年 6 月，國家電網公司建設部組成專家評審團，以皖電東送示范工程為依托提出了交流特高壓跨區域電網工程“數字化（含三維）移交”工作思路：以數字化的方式貫穿設計、建設施工和運行，以信息化手段輔助工程本體移交管理，以新技術擴展利用為統一堅強智能電網打下堅實基礎。

2012年8月30日，由國網北京經濟技術研究院主持的 “皖電東送工程數字化（含三維）移交方案研究”項目啟動及工作大綱評審會議在北京順利召開，宣告數字化移交在特高壓領域的應用正式啟動。

1000kV泰州變電站三維數字化移交作為工程設計階段的重要輔助手段，對工程的精細化管理將起到積極作用，也將對電網工程設計及移交手段的進步產生重大影響，并為未來的智能電網建設提供支持。

1000kV泰州變電站工程擬采用ASTD變電站智能三維設計平臺作為三維數字化移交的基礎工作平臺。設計過程工程信息管理采用 C/S方式，各專業在同一平臺協同工作。系統自動存放所有結構化的工程信息；非結構化信息則通過交互形式提交給系統；平臺與專業應用軟件集成，直接獲得軟件輸入和輸出信息，從而形成包含數據、三維模型、圖紙和文檔的完整的工程信息。全部工程設計信息按規范化的結構存放在工程數據庫服務器和工程文檔管理服務器。

圖3.2-1 三維數字化移交-變電站全場景展示

1000kV泰州變電站設計數字化移交可結合工程建設和運行管理的需要適時分階段實施。從工程數據庫服務器和工程文檔管理服務器采集相關信息，經校驗后封裝成不可更改的網絡流媒體格式（如：ZGL、SVG、PDF、TIF），以數字化形式發布至WEB服務器，以B/S的方式供業主、施工、監理、調試、運行和維護等工程各方查詢和引用。

針對三維數字化移交，ASTD變電站智能三維設計平臺可以從包含1000kV泰州變電站工程信息的數據庫提取包含滿足SG186規定的編碼的設備物料清單，并根據1000kV泰州變電站業主所采用的采購系統、施工過程管理系統、資產管理系統、ERP系統、EPC系統、電網GIS系統等信息化系統，進行數字化移交。

圖3.2-2 三維數字化移交-設備電氣屬性查看

在施工圖設計階段，可對全站系統方案、線路規劃和設備選型的數據進行收集，建立工程的檔案、模型參數庫，進行相關數據的錄入，該階段的主要成果有：變電站接入系統成果、三維模型數據成果、檔案數據成果、模型參數成果等。在竣工圖設計階段，收集整理施工單位的竣工資料，進行全線數據核對更新。數據成果的移交形式為對應的數據光盤，并能結合ASTD變電站智能三維設計平臺應用。

1000kV泰州變電站考慮移交以下幾個方面的數字化工程信息：

變電站三維模型

詳細的設備信息（含廠家資料）

施工圖設計成品

完整、精確的設備、材料和工程量清單

主要設施施工工藝要求

主要設備安裝模擬

按照“統一規劃、統一標準、統一建設”的原則，工程施工、采購、調試單位將本環節相關工程信息按規劃好的數據庫結構發布至同一工程信息管理平臺。如：施工階段的施工進度管理信息（計劃進度、實際進度）；采購階段的設備和材料的采購狀態信息（物資編碼、材料單、請購單、訂貨單、催交記錄、運輸號、驗收記錄、庫管信息）；調試階段的設備調試數據等。

1000kV泰州變電站工程建設期三維數字化移交的實施，擬在向運行維護單位移交真實的物理變電站工程的同時，移交另一個網絡虛擬的數字化變電站。為運維期的變電站信息系統和設備管理提供完整的規范化的基礎數據支撐。

3.結論

變電站智能三維設計平臺面向變電站全部設計階段，從方案設計、初步設計、施工圖設計、竣工圖設計到三維數字化移交，均采用同一個設計模型，其數據流程涵蓋各個專業的協同設計，涉及采購、施工、運行維護全壽命周期。

實現1000kV泰州變電站三維數字化移交具有重要的意義，通過三維數字化移交技術，實現了變電站設計成果在室內的三維可視化展現，做到了設計、施工到運行維護的有效鏈接。三維數字化移交響應國家電網公司“三集五大”戰略，是移交手段的創新與突破，在提升工程信息化水平的同時，提高了電網建設信息化水平，將電網設計推向標準化、智能化、數字化、自動化的新高度，并為堅強智能電網的實施提供了堅實有效的數據基礎。

參考文獻

[1] 李穎瑾 李 波 王樂天 變電站三維設計的應用探討.中國電業（技術版）2012/4 P182

[2] 王志毅 智能化三維變電設計平臺的應用.華東電力.2011/5 0750.

[3] 交流特高壓工程數字化設計成果移交導則（變電部分）國家電網公司.

[4] 丁永福，劉皓，萬明忠，肖少輝 寧東—山東± 660 kV直流輸電示范工程三維數字化移交電力建設2011/12 P39.

[5] 冉瑞江.如何通過三維設計實現變電站精細化設計.行業與應用2012/3 P20.

[6] 張文亮 吳維寧 胡 毅 特高壓輸電技術的研究與我國電網的發展 2003/9 P17

[7] 黃增宏 電力工程設計數字化移交的實施案例 科苑 2009/8 P92

[8] 舒印彪 劉澤洪 袁 駿 陳葛松 高禮迎 2005年國家電網公司特高壓輸電論證工作綜述 2006/3 P2

[9] 林榕，李中，蔡桂華 智能變電站三維設計系統構建 中國電業.技術 2012/6 P27

[10] 皖電東送工程設計成果數字化（含三維）移交方案（變電部分）國家電網公司交流建設部 國網北京經濟技術研究院2012/8.

（作者單位：中國能源建設集團安徽省電力設計院）