輸變電工程三維模型分類編碼規則與應用研究

張夢琳

（國網冀北電力有限公司管理培訓中心，北京 102401）

輸變電工程三維數字化設計是利用數字化設計手段實現設計對象的可視化、數字化和信息化。設計是輸變電工程信息的源頭，數字化設計成果能作為開放式的信息載體在設計、建管、物資、運行等各單位之間進行傳遞和共享，實現工程建設中不同階段、不同信息需求方之間的信息協同，促進工程項目的全生命周期管理[1-2]。編碼是輸變電工程建模的基礎，將為各個階段的系統提供模型關聯關系和邏輯關系，方便檢索和查詢，促進信息的采集和挖掘，同時合理和統一的編碼是確保在工程項目全生命周期中信息唯一性、可識性和共享性的關鍵。

目前，國內電網行業應用的編碼標準體系眾多，適用于不同行業和專業。例如國家電網公司電網調度運行采用《電力系統部分設備統一編號準則》[3](SD 240-87)，物資采購采用Q/GDW 1936-2013《國家電網公司物料主數據分類與編碼規范》[4]，資產管理采用《電網資產實物“ID”編碼規范》[5]，電網工程數字化移交采用《電網三維模型第1 部分：模型分類與編碼》[6]。同時行業的層面又有國家標準《電網工程標識系統編碼規范》[7]。不同的編碼標準是輸變電工程的不同參與方根據各自需要進行編制的，編碼邏輯已經與代碼結構不盡相同，同時也未考慮代碼之間的接口，缺乏通用性，難以實現在輸變電工程全生命周期過程中的信息交換和共享。迫切需要建立一種能兼容現有編碼標準同時能貫穿輸變電工程全生命周期的編碼體系[8]。

該文在研究輸變電工程現有編碼體系的基礎上，提出輸變電工程三維模型分類編碼方法，確保在設計階段形成統一的數據源，以實現工程全壽命周期內信息的唯一性和可追溯性。同時研究三維模型分類編碼方法與現有編碼體系相互融合的可行性以及接口技術，促進數字化設計編碼方法的推廣和應用。

1 輸變電工程現有編碼規范

1.1 物資與物料編碼

2014 年1 月，國家電網公司發布并實施《國家電網公司物料主數據分類與編碼規范》。物資分類與編碼遵循統一分類、分類唯一、實用、繼承原則。規范將所有物料分門別類，共分為3 個級別：大類、中類、小類，通過該分類，可以將物資細化到具體的設備。同時通過多項主要屬性參數來定義一條具體物料，其中每一項參數都被稱為一個特征項，由于參數不同，每個特征項下可能包含多個數值，每一個數值被稱為一個特征值。針對某一個小類，在每一個特征項下分別選擇一個特征值組合起來，即形成一條物料。通過生成一個9 位數字的流水編碼與設備的唯一物料進行對應，就生成了設備的唯一物料編碼。物料編碼只在物資招標、采購、管理中使用，需要和物料主數據庫對應，流水編碼本身不具備可讀性。

物資與物料編碼組成及對應關系如圖1 所示。

圖1 物資與物料編碼的組成格式

1.2 調度編碼

調度編碼主要針對電力系統調度運行設計，采用《電力系統部分設備統一編號準則》。該編碼針對母線、斷路器、隔離開關、接地開關、發電機和變壓器等涉及電氣投切、輸入輸出的設備[9-12]。調度編碼由代碼編號和設備名稱兩部分組成。設備名稱按“電力系統調度術語”命名，其文字符號按有關設備術語的漢語拼音字母縮寫而成，編碼字符包含數字和字母，由于電壓等級、設備名稱不同，調度編碼長度不統一。目前，編碼僅對330 kV 以上電壓等級進行了規范，330 kV 及以下電壓等級各省均有所差異，調度編碼無法統一。

1.3 電網資產管理實物ID編碼

電網資產的范圍為電網企業所管轄的與資產管理活動相關的所有固定資產，包括電廠設備、電網一次設備、廠站自動化系統、調度自動化系統、繼電保護及安全自動裝置、電力通信設備、自動控制設備等。通過引入的設備實物標識編碼，對電網資產管理實物進行唯一、終身的身份標識。電網資產實物ID 的編碼規則由24 位十進制數據組成，代碼結構由4 部分構成，即2 位省公司代碼+2 位屬性碼+隨機碼+1 位校驗碼。實物ID 編碼示例如圖2 所示。實物ID具有終生唯一的特點，生成后由廠家附加在設備銘牌上，目前僅涵蓋14 類設備。

圖2 實物ID編碼示例

1.4 電網工程標識系統編碼

電網工程標識系統編碼（《GB/T 51061-2014 電網工程標識系統編碼規范》）是按KKS 編碼的結構框架對電網工程中各系統、設備、部件按照生產工藝和安裝位置等特點進行分類和編碼[13]。電網工程標識系統編碼可以完整表達電網工程中的任何功能點位及系統，可應用于全生命周期的管理，具有唯一性，以及功能、邏輯位置、物理位置可追溯性。電網工程標識系統編碼分為3 種不同類型標識：工藝相關標識、安裝點標識、位置標識。編碼結構如表1所示。

表1 電網工程標識系統編碼格式

1.5 電網三維模型編碼

國家電網公司2014 年1 月發布了《電網三維模型第1 部分：模型分類與編碼》為統一電網三維模型建模的技術要求，促進電網三維模型在電網建設、運行和管理等領域的應用，推進電網三維模型數據的規范化、標準化，實現模型的共享、共用。對電網三維管理應用中的設備設施模型進行分類和編碼。首先，應根據表現等級和應用類別進行基本劃分，然后，根據設備電壓等級、設備類別等特點進行子類劃分。表現等級分為基礎模型、標準模型、精細模型。應用類別分為五大類：輸電線路模型、站內設備模型、監測裝置模型、通信設備模型和電網公共設施模型。

編碼原則采用線性分類法和分層編碼方法，按“表現等級和應用類別_設備類別_電壓等級_設備型號_廠家代碼_順序號”的方式進行編碼，每層編碼使用“_”連接，編碼使用1 位以上英文字母、阿拉伯數字、羅馬數字及間隔符（非下劃線）表示。

2 輸變電工程三維模型分類編碼方法

2.1 編碼規則

對于工程的全生命周期來說，設計是工程建設的起點，輸變電工程三維模型分類編碼應該要貫穿整個工程全生命周期，不僅要確保在設計過程中具備標識的唯一性和可識性，同時應滿足工程建設和運行維護過程中信息的唯一性、可識性和共享性[14]。與此同時，編碼作為建模的基礎，應不僅能標識物理模型，還應該為各階段系統提供模型關聯關系和邏輯關系，方便檢索和查詢，促進信息的采集和挖掘[15]。

從目前輸變電工程已有的編碼規范來看，物料編碼為純數字的流水碼，只是對物料按順序進行排列，不具備可讀性。物資編碼是一個樹狀結構，編碼的長度不統一；出現新設備或者新的特征項、特征值時需要隨時更新編碼數據庫，不方便管理；物資編碼體系中由于沒有流水碼，就會出現具有相同參數的同一類設備對應一個物資編碼，無法對單個設備進行唯一標識。

調度編碼只針對變電站內的調度管理部門關心的部分設備，范圍沒有覆蓋整個輸變電工程，同時調度編碼的長短不一致，還存在不同區域電網對設備標識規則不統一，編碼的管理和延伸擴展很困難的問題。

電網資產管理實物ID 編碼對國網下屬不同省網公司和不同業務系統的電網資產進行分類，確定其產權歸屬。雖然能實現對設備的唯一標識，但分類太過粗放，編碼以流水碼為主，所含信息太少，不具備可讀性，且目前僅涵蓋14 類設備。

電網三維模型編碼長度不統一，只對物理模型進行標識，沒有描述與系統和部件的關系，無法追溯邏輯位置，以站內設備模型編碼為例，編碼中需要描述設備的型號和廠家代碼，導致編碼在設計的不同階段不統一，無法貫穿工程的全生命周期，不便管理。

電網工程標識系統編碼是對電網工程的系統和設備進行分類與編碼標識，符合唯一性，并可追溯其功能、物理位置、邏輯位置，滿足電網工程建設和運行維護的要求，特點是可以完整表達電網工程中的任何功能點位及系統，并且能貫穿電網全生命周期。

綜上所述，調度碼只針對開關類設備，物料編碼和電網三維模型只針對單個設備，實物ID 編碼隨機性大，只有電網工程標識系統編碼能貫穿輸變電工程全生命周期。

輸變電工程三維模型分類編碼的基本要求是要建立一種面向電網工程中的工藝系統、設備、材料、設施及建構筑物，貫穿電網工程設計、建設到運行維護管理的全生命周期[16]，標識物理模型及邏輯模型，能表征設備之間的邏輯關系，應盡可能方便地與現有的各種編碼方法進行對接的一種編碼方法。結合輸變電模型三維編碼的特點以及綜合分析目前各個編碼規則的優缺點，輸變電工程三維模型編碼規則應該采用電網工程標識系統編碼。

2.2 編碼整合方案研究

目前，輸變電工程中已有的編碼規范大部分是針對工程特定階段，能滿足特定專業或者管理的需求，但因為使用范圍有明確的專業或者管理上的區別，導致在工程全生命周期中信息傳遞存在困難。基于電網工程標識系統編碼方法的輸變電工程三維模型分類編碼能貫穿工程全生命周期，作為工程各階段橫向信息交換和共享的紐帶，通過與現有各編碼系統進行對接，可以實現工程各階段縱向的信息連接。

2.2.1 輸變電工程三維模型分類編碼與物料編碼的轉換

物料編碼的大類和中類與輸變電工程三維模型編碼中的系統碼和設備碼能對應，小類與特征值不能完全對應。由于輸變電工程三維模型分類編碼和物資編碼定義的深度不同，物料編碼無法直接從電網工程標識系統編碼轉換生成。以變壓器為例，電網工程標識系統編碼與物資編碼對應規則見圖3。

圖3 輸變電工程三維模型編碼與物資編碼對應規則

可以基于基本屬性和軟件接口的方式，即在三維數字化模型構建過程中將三維模型的特征值等信息輸入到模型中，然后通過軟件調取該設備的屬性，并在物資編碼數據庫或電網三維模型編碼數據庫中檢索出對應的編碼，顯示在三維模型中。

2.2.2 輸變電工程三維模型分類編碼與調度編碼的轉換

調度編碼由5～6位數字組成，其中前兩位代表電壓等級，對應系統碼中的系統分類號AAA(>1 000 kV)、ACA(500 kV)、AFA(110 kV)。調度碼中的第3、4 位代表母線間隔的編號，可直接對應三維模型分類編碼中系統碼的系統編號。調度碼中的第5 位是隔離開關的編號，電網工程標識系統編碼中設備碼為GS2x0，該編號與x 相對應。若調度編碼還有第6 位或者更多，電網工程標識系統編碼中從設備碼GS300 開始流水編號。如果調度碼只由3 位組成，則表示電壓互感器隔離開關或避雷器隔離開關編號。第一位數字代表電壓等級，數字幾就代表幾百千伏。第二位代表編號，與電網工程標識系統編碼系統碼中系統編號對應。隔離開關的調度編碼與輸變電工程三維模型分類編碼字符含義的簡要對應關系如圖4 所示。

圖4 輸變電工程三維模型分類編碼與調度編碼對應規則

以500 kV 第一串第一臺斷路器靠1#母線側隔離開關為例，調度碼是50111，對應輸變電工程三維模型分類編碼：Y 0 ACB 11 GS210。

2.2.3 輸變電工程三維模型分類編碼與其他編碼整合方案分析

實物ID 編碼除了前三位省公司代碼外，其余編碼都沒有具體含義，具有隨機性，所以實物ID 編碼無法和電網工程標識系統編碼進行融合和對應。另外由于實物ID 編碼不表征設備的任何性能或參數信息，其編碼生成不能通過提取設備屬性信息生成，只能由專門的編碼生成器完成，所以實物ID 編碼無法在三維模型建模或設計軟件中自動生成，一般情況下也無法直接獲取。實物ID 碼可以在編碼生成和確定后作為設備的一條屬性輸入三維模型預留的屬性表中，從而實現輸變電工程三維模型分類編碼與實物ID 碼的關聯和對應。

電網三維模型中的部分字段表征的是三維模型的屬性，所以電網三維模型編碼可以通過軟件提取設備屬性信息自動生成。電網三維模型編碼的部分字段表征的屬性信息與電網工程標識系統編碼中標識的屬性信息重合，具備部分對應關系，所以電網三維模型編碼與電網工程標識系統編碼的融合方法可以參考物料編碼的融合方法，即能對應的字段從電網工程標識系統編碼中提取，不能對應的字段通過軟件從屬性信息中提取生成。實際上電網三維模型編碼的主要作用是標識三維模型，其功能與電網工程標識系統編碼是重合的，所以三維模型采用電網工程標識系統編碼后可以不再進行電網三維模型編碼。

3 輸變電工程三維模型分類編碼應用與軟件實現方法

3.1 輸變電工程三維模型分類編碼在軟件中的自動生成

在三維數字化設計過程中，軟件按照GB/T 51061《電網工程標識系統編碼規范》的要求建立工程系統樹，建立單元級、系統級、設備級、部件級的樹形結構，將變電工程三維模型進行合理劃分。軟件數據庫中建立相關的數據庫表存儲編碼規則及各項取值，作為對軟件設計對象進行編碼的規則依據。在工程中對模型定義相關工程系統信息后，軟件自動根據模型所屬系統生成系統碼，根據模型樹形編寫設備碼和部件碼，配合流水號，最終生成設備唯一的輸變電工程三維模型分類編碼，如圖5 所示。

圖5 輸變電工程三維模型分類編碼軟件生成框架圖

3.2 物料編碼在軟件中的自動生成

三維數字化設計軟件中的標準設備庫按照物料編碼要求設置設備的基本屬性信息，針對物資分類及特征參數的結構和物料編碼建立編碼規則數據庫表，確保屬性信息可以直接對應物料編碼中對設備的屬性描述，從而可以直接根據標準設備庫的設備直接對接物料編碼庫進行查詢。在軟件中通過對標準設備庫中的屬性字段與物料編碼表中的屬性字段對應，可自動生成物料編碼信息，如圖6 所示。由于物資系統會不斷進行更新，不同的工程對應的物資庫版本會不同，所以在軟件中物資編碼規則庫的結構是動態建立的。在為對象生成物料編碼前，需要將工程使用的物資數據導入軟件的物資編碼規則庫中。

圖6 物料編碼軟件生成框架圖

4 結論

該文研究了國內電網行業現有的編碼標準體系，編碼標準體系眾多，使用范圍有明確的專業或行業管理目標，編碼代碼結構差異極大甚至完全不同，沒有通用性，嚴重影響工程全生命周期中的信息交換和共享。在輸變電工程現有編碼體系的基礎上，提出以電網工程標識系統編碼作為輸變電工程三維模型分類編碼，可以確保在設計階段形成統一的數據源，實現工程全壽命周期內信息的唯一性和可追溯性。研究輸變電工程三維模型分類編碼與現有其他編碼體系轉換或結合方法，將現有的輸變電工程編碼作為三維數字化設計模型的屬性并在屬性表中預留相關字段及擴展功能，對于能與輸變電工程三維模型分類編碼相互轉化的編碼，例如調度編碼或物料編碼，可以由數字化設計軟件自動生成，如果無法與輸變電工程三維模型分類編碼進行轉換，則在工程的特定階段由相關單位或專業在數字化模型中添加編碼屬性，形成貫穿工程全生命周期唯一的數字化模型及包含的全部屬性數據。