智能變電站三維設計在陜西院的發(fā)展與應用

趙雅媛，許萬軍，韓永興，張 沅

(陜西省電力設計院，陜西 西安 710054)

國家電網全力建設以三維信息平臺為支撐的智能電網，實現“電力流、信息流、業(yè)務流”的高度一體化融合。智能變電站設計是工程數據庫的源頭，是實現智能電網全壽命周期管理的關鍵環(huán)節(jié)。為了推行信息化設計，提高變電設計的自動化程度、提升企業(yè)核心競爭力，陜西院結合自身在智能電網方面的優(yōu)勢，創(chuàng)新開展了330kV智能變電站三維設計的研發(fā)與應用工作。這不僅是提升陜西院企業(yè)技術能力、設計水平與效率的主要手段，更是全面進入電網信息化服務領域的關鍵舉措。信息化設計的創(chuàng)新與革命，是未來陜西院實現高效化，智能化，信息化設計水平的基礎與保證。

1 智能變電站三維設計平臺應用現狀

由于全球經濟發(fā)展速度的不平衡，電網建設中的高精尖技術的應用基本集中在高速發(fā)展的中國，即便是歐美等發(fā)達國家，其電網建設的發(fā)展也是非常緩慢而保守的。所以在國際范圍并沒有發(fā)現專業(yè)化具有領先技術的變電站設計平臺。

CAD三維制圖由于其優(yōu)越性，近年來石油管道等行業(yè)都在積極進行探索研究，如鷹圖SPSD，但目前仍屬于初步探索階段，還不能在工程應用中進行推廣，需要解決的問題還很多。在變電工程中使用CAD三維制圖比石油管道行業(yè)起步更晚，尤其是鋼結構構架等土建專業(yè)，施工圖設計方面更是空白。對于330kV構架，由于存在三維制圖工程量大、與現有計算軟件接口困難、制圖習慣等原因，因此尚未得到推廣應用。

我國從80年代中就提出三維設計的構想，電力系統(tǒng)較早的引進了國外三維管道設計軟件并成功應用于工程實踐。90年代初期由36家設計院組織成立了軟件開發(fā)基金會，目的為促進三維設計軟件的開發(fā)與推廣，并于1995年底與東大阿爾派合作開發(fā)三維設計軟件Auto PDS。1998年開發(fā)項目完成后，有16家設計院引進并使用。之后，中南電力設計院在與GE ALSTOM合作中引進了PDS系統(tǒng)，隨后浙江、山東、河北等省院也陸續(xù)購買了PDS軟件。其他各省院根據自己的院情，經過長時間的調研分析，各自選擇了適合自己三維設計軟件系統(tǒng)，如較早選用的Intergraph的PDS以及后來的博超協同平臺、Bentley的PlantSpace、AVEVA的PDMS等。尚有部分設計院正在選擇采購過程中。

2 陜西院開展智能變電站三維設計研發(fā)背景

2012年12月，陜西院成立三維設計工作組變電三維設計小組，正式開展智能變電站三維設計的工作。變電三維設計小組由我院電氣(一、二次)、土建(建筑、結構、總圖、水工、暖通)、三維建模及渲染、軟件研發(fā)、信息管理等專業(yè)人員組成，將以數字化三維設計平臺推動電力設計行業(yè)第二次革命，將工程信息化系統(tǒng)提升到可視化智能時代。以一體化三維協同設計平臺建設和方案設計為主體，實現三維設計智能化、一體化協同設計功能；用非設計時間解放設計時間，用前端數字化成果減少后期作業(yè)；用一次性作業(yè)產生重復利用成果，用少數精英智力成果提高全企業(yè)技術能力。該平臺建設將會帶來傳統(tǒng)電力設計產生設計校審制度和設計人力資源結構調整。

基于數字化智能三維設計平臺的作業(yè)模式，極大優(yōu)化了設計作業(yè)流程，使得設計重點從布置設計前移到系統(tǒng)設計，約80%的數據在系統(tǒng)設計時建立，借助已有數據使得設計方式變得更加簡潔。將優(yōu)秀設計成果和典型設計積累提煉作為易于檢索和復用的方案庫，形成標準化知識管理體系，便于后續(xù)工程設計復用。

3 陜西院開展智能變電站三維全專業(yè)研發(fā)內容與應用成果

通過一年半的研發(fā)與應用，陜西院變電三維設計小組電氣專業(yè)實現了主接線設計功能。主接線中設備參數與數據庫統(tǒng)一、聯動，可自動提取任意形成各配電裝置平斷面安裝圖和設備材料匯總表；根據數據模型自動或人工設定導線計算和統(tǒng)計。可快速完成全站進行安全凈距校驗和防雷設計；自動完成屏柜布置及統(tǒng)計，自動繪制端子排圖、編制電纜清冊和電纜及光纜長度統(tǒng)計等。土建專業(yè)基本實現了總交、建筑、結構、水暖消防等土建專業(yè)的三維設計功能。構架通過軟件接口，實現建模、計算、出圖一體化流程，實現一個模型貫穿始終，改變以往計算軟件、出圖軟件、三維軟件相互不兼容的狀況，保證了模型的一致性、正確性和高效性。總交通過三維模型，可實現總平面、豎向、土方、道路、溝道、圍墻、大門、建構筑物一覽表、主要技術經濟指標等設計。建筑專業(yè)通過平面建模,自由截取建筑物各方向的任意截面完整的立、剖面圖，可自動統(tǒng)計門窗及建筑面積等。水暖專業(yè)利用總圖和建筑圖，通過負荷、設備選型、管道水力計算等實現三維設計。

截止到目前我院變電三維設計小組完成了略陽、豐塬、三星城、戶縣、定邊、旬陽、橫山等330kV變電站的三維設計及三維動畫漫游視頻。首次實現了國網通用設計八個模塊、九種方案的三維設計模板，共計43冊，方便各類工程的調用和組合，基本滿足變電設計專業(yè)的內容深度要求。自主研發(fā)并獲得了7項著作權。已經申報了《一種由節(jié)點快速形成330kV構架鋼梁施工圖的方法》和《電纜、光纜長度自動統(tǒng)計方法》兩項發(fā)明專利，發(fā)表了科技論文。獲得了2014年度電力建設科技進步獎一等獎。

4 結語

陜西院開展智能變電站三維設計研發(fā)與應用，能有效提高設計效率和質量，從而提高變電站設計自動化程度，縮短設計周期，有利于工程方案優(yōu)化和全壽命周期智能電網建設。充分利用一體化三維平臺協同設計優(yōu)勢和特點，能有效減少和降低平臺底層設計人員數量、勞動強度和技能水平要求，有利于設計企業(yè)對高層次重點和核心人才培養(yǎng)，提高設計企業(yè)核心競爭力。通過智能變電站三維設計可提供可視化、精細化的三維設計圖紙成果，滿足業(yè)主、用戶三維數字化移交技術要求，進一步擴大和延伸設計服務及市場，為智能電網、全壽命周期管理提供三維數字化、智能化管理平臺建設奠定堅實基礎。

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