黃博勇 潘國元 蘇敏儀 徐芳琴

（清遠電力規劃設計院有限公司 廣東省清遠市 511500）

數字化三維設計是基于新技術平臺的智能工業設計模式，當前我國在研發和實際使用領域已經形成了相應的標準體系，國家也通過相應政策帶動這一新興領域的蓬勃發展。變電工程數字化設計的優勢在于能夠有效提升變電站的設計水準，從工作效率以及總體的工作質量方面達到更高的水平，數據信息的應用以及維護等過程都可以通過這一智能化平臺完成，提升不同工作部門之間的協同工作效果，因此變電站數字化設計對于設計研究領域來說具有極大的提升價值。

1 變電工程采用數字化三維設計的原因

當前變電工程領域的設計研究院，對于數字化三維設計的研究正處于快速發展階段，一方面是因為這種新技術在國際領域已經被承認具有極大的潛在價值，同時也因為在社會領域應用過程中，能夠更好的提升應用效果，對后續的維護成本以及操作作業內容來說也是一次變革性的提升，所以從各個角度而言，這都是一種技術上的創新應用，而要有效的將這種設計方式應用到實際領域當中，需要對變電工程數字化三維設計有充分的了解，對其特點，使用原因進行充分解析之后才能夠獲取最充分的資料。

首先數字化三維設計的重點發展方面在于通過協同設計使得設備的部件之間能夠產生相互聯系性，這一點主要通過三維設計實現，通過三維布置以及內部結構的解析，能夠將各部分的零部件體積、功用都做到最佳的平衡點，充分有效的提升設計效果和實際使用過程中的環境適應性[1]。

另外在數字化系統的建立當中，也有效提升了變電工程的網絡信息化水準，以往在施工運行之后，變電工程的產品基本就成為了獨立的工作項目，只有在維護過程中定期進行檢修才會與遠端產生關聯，但這樣不方便實時信息交互，同時對于突發故障的反應也不夠及時。當前采用數字化設計之后，能夠有效的提升這一方面的應對狀況，首先通過對于變電工程設備的大數據信息傳輸系統的加入，能夠有效將設備的狀況以日志的形式進行傳輸，保證終端控制系統能夠隨時掌握電網工程內部的變電系統的實際狀況，這樣能夠有效打破傳統的變電設備信息孤島狀況，做到遇到問題及時應對，有效加強對于變電工程的通信聯絡體系的建立。

2 變電工程設計過程中的數字化與三維技術應用

對于變電站的數字化與三維設計平臺，需要充分考慮基礎技術架構以及后期的技術實現效果和功能模塊的預設，這樣才能夠保證變電工程從總體設計方案到施工階段再到最終投入使用的環節都能夠具有足夠的應用價值。

一般在進行數字化和三維設計過程中需要使用的軟件較多，因為需要保證電氣設計的結構科學完整，并且使用壽命也應該達到相應的水準，所以在過程中需要進行數字建模保證運作效果。另外變電工程還涉及到建筑結構設計以及暖通工程設計等多方面的內容，需要數字化設計以及三維設計的結合才能夠保證實際效果。通過對三維數字化設計軟件的應用可以完成全流程的設計語言，將計算機內的模型模板進行套用，生產對對應電路的阻抗圖，幫助計算短路電流，提升從圖紙設計到實物模型的快速轉化。同時依據模板能夠保證高效率繪制出二維平面上的主接線圖，對部件設備選型能夠形成良好的基礎鋪墊。

圖1：三維數字化設計下的電氣設備立體模型結構演示

圖2：二次電器設置的管線排布圖

在使用軟件上，結構設計通常使用STAAD pro 進行，并且結合AECOsim BD 軟件進行建筑結構設計，再通過具體對接Substation 電氣設計軟件的方式將內部電路結構以及外部的建筑設計圖紙進行結合，如圖1 所示形成立體模型并可通過預演提升設備對接成功率，避免故障發生。這樣形成的協同管理系統才能夠產生最佳的應用效果，同時也才能夠保證變電工程投入使用之后能夠滿足多樣化的需求和功能預設，避免因為前期設計問題影響實際投入使用后的效果。

部分設計軟件并非國內直接研發，而是需要從國外進行技術引進，對于操作方式以及設計技能，也需要通過專業人員才能夠完成，所以變電工程設計要結合數字化和三維技術，需要的是專業化的團隊和人員，各地方的設計研究院需要通過專業人才的整備和協調配合，才能夠快速高效地完成相應的作業內容[2]。

在模塊使用當中，電氣設計一般需要通過一次、二次的專業設計才能夠完成相應的工作內容，一次設計主要是通過基礎繪圖以及線路連接，同時對接三維設備的空間布置，對設備零部件進行編碼和建模配置，從模擬角度進行性能的檢驗檢測，提升安全屬性以及應用效果。并且需要結合數字化技術和三維技術進行剖面解析，提升內部結構的合理運用，保證散熱性能之間的平衡。另外在電氣設備的電纜線路對接上，也需要通過一次設計完成，保證帶電體的安全監測效果達到標準要求，對于建筑安全以及內部的照明、防雷等實際工作功能需求得到滿足。并且基礎的計算模塊也需要在一次設計當中同步完成。

而二次設計所需要的內容則更加細致，主要通過軟件編排將內容文件以及功能實現所需要的編碼信息輸入到系統當中，進行軟件架構的建立工作，尤其對于智能設備的配置文件以及邏輯連接關系，都需要在二次設計當中完成，如圖2 所示，這一過程主要是通過現有設計方案對模型邏輯以及纜線布置進行進一步的鋪設，保證管線對接到位。對此一般采用信息流圖的方式理清順序和設備線路之間的關系，提升工作效率。

變電工程設備需要在相應的建筑空間內進行布置和安放，所以變電工程的設計工作也需要結合建筑設計的內容予以提升，通過多種類的軟件建設平面圖以及立體剖面圖，能夠更好的對于建筑內部的空間結構進行功能區分，保證設備在運轉過程中不會因為散熱或者性能受限等問題造成故障[3]。

在基礎架構完成之后，還需要關注對于平臺協同性的運作效果，這也是變電工程在智能化提升以及通過數字化三維設計之后具有最大變革性的內容，通過協同管理的方式可以在遠端對變電工程的部件進行參數調整操作，這一點極大的提升了后期運營和維護的效果，能夠通過設備智能自檢找到對應的故障位置及時匯報，維護人員則能夠精確定位對應區域進行檢修，減少排查故障的時間成本。從這一點來說，智能化的表現決定了變電工程數字化和三維設計的未來前景十分廣闊，并且在功能提升上可以通過模塊化的設計進一步加強應用效果，拓展更多的應用范圍，實現變電工程在社會領域的更大功能拓展效果，保障社會生活供電體系的正常運轉。

3 變電工程數字化三維設計的應用與效益探究

對于工程壽命以及使用效果是變電工程建設當中最為關心的問題，通過數字化和三維設計能夠實現較之以往最大的突破主要在于可視化運營和操作，能夠更加直觀地將設備狀況以及運營結果展現在操作人員面前，也是當前數字時代對智能化運轉的必然需求，當然這一功能需要結合可行性以及設計施工階段的多方協調，最終才能夠在實現效果上達到預期標準，保證三維布置方案能夠預留足夠的空間提升工作效果。另外在項目驗收以及評審過程中，應該對于質量效果和工作狀態進行深入的研究，保證其功能達到預期效果[4]。

變電工程的內部使用設備以及外部的建筑設計是密不可分的，二者相互結合才能夠產生最佳的空間利用效果，保證在三維設計以及數字化設計當中真正實現預期的目標效果。

另外在應用當中對運營維護以及基礎設計應該進行細致的研究，保證變電站整體在投入建設之前有相應的數字建模圖紙，通過實際模擬運營狀態尋找空間設計方案以及結構搭配是否存在不合理或者需要調整的內容，再不斷進行提升設計方案的合理性，這樣才能夠在最終的使用當中達到最佳效果。三維設計和數字化設計的功能也在這一方面體現的最為明顯。除了基礎的功能維護之外，后續運營當中也需要將這些內容進行充分的探究，保證設備運轉當中能夠穩定持續運行。

變電工程在完成基礎設計和施工階段最終投入使用之后，需要考慮到其經濟效益問題，保證在供電體系當中能夠持續輸出并且做好穩壓工作，三維設計和數字化設計的工程內容才能夠完成從理論階段到實踐工程效益的轉化，這也是當前在工程工業領域最為看重的，實際效益的產生和預期效果之間的協調性。在這一點上必須看到的問題在于，變電站的工程設計結合了暖通水電、建筑空間、電路設計鋪設等多方面的內容，所以在前期投入資金方面肯定有較高的消耗，要實現從成本投入到效益營收的轉化，需要相對較長的時間才能夠完成，這一點在技術推廣的初期屬于必須面對的問題，也是提升變電工程整體行業資質的必經階段。

4 變電工程數字化三維設計的未來發展趨勢

在變電工程領域拓展數字化設計以及三維設計的應用空間，當前已經是一個必要的舉措，因為可視化和智能化的信息交互對于當前的互聯網時代來說是在各個行業都具有深遠影響的內容。只有在變電工程建設上實現對于這一潮流的跟隨，才能夠更好的保證變電站在電力產業當中的功能效用。同時提升設計標準以及建設效果，對于行業交流以及交易過程也會帶來更好的促進作用，數字化設計的優點在當前的時代已經被充分證實，對于其應用必然也會在近些年持續開展。

從發展的角度來看，信息集成和實時傳輸功能還需要進一步的加強，提升變電工程在使用過程中的交互效果，通過數字化設計以及網絡通信設備的融入，這一功能能夠得到很好的保障，尤其對于多元化信息交互和遠端操控的需求也在不斷提升，更需要將信息集成的效果達到更高的水平。

在數字模型的建設以及設計成果的轉化上，實體模型已經不再是主流，未來對于設計成果的研究應用都會逐漸轉化為數字模型的方式，這也是在設計階段交付成品最佳的形態，變電工程本身內部的結構復雜，如果采用傳統的模型提交設計方案不僅需要大量的圖紙輔助說明，同時對于剖面分析也難以做到真正符合需求的講解。而當前如果能夠有效應用數字化設計以及三維設計的理念，那么就能夠通過多元化的設計軟件構成一個綜合的數字模型，對于其操作都可以以可視化的演示過程完成，不僅提升了演示效果，同時對于功能設計的表現力也有了很大的提升。

5 結束語

變電站的數字化以及三維設計是在變電工程方面的巨大變革，電力產業之所以需要提升這一技術的應對效果，主要是因為其設計質量的充分提升，以及在工作效率上的極大進步，能夠滿足快節奏的社會高速發展需求，而且對于當前社會領域的供電需求也需要這樣的智能化設備提供更加人性化的服務模式。同時在維護角度和后續遠程使用操作而言，數字化三維設計比起以往的變電工程，具備可視化和遠端操作的功能，同時對于設備內部的輕微故障問題可以自我排查，極大的提升了設備的工作效率，并且充分降低了維護成本。這也是為什么變電站數字化設計以及三維設計能夠成為當前行業主流發展趨勢的重要原因。