數字化技術在電力工程設計中的運用分析

張博

（國網延安供電公司，陜西 延安 716000）

1 數字化技術的特點與優勢

相較于傳統的二維CAD 設計，數字化三維設計方法有某些顯著特點。利用數字化技術的優勢，可以幫助電力企業提升設計水平。

（1）可視化程度高，更加精準、直觀。業主可以更清楚地理解設計意圖，減少早期溝通中存在的分歧或誤解。

（2）設計精良，品質提升。各專業均在相同模型中設計，專業協作之間的緊密程度在逐步提高，減少了多專業相互交叉的歷史問題。此外，三維設計區別于二維圖紙單一的視圖表示，構建了與實際更為相符的三維模型，這就擴大了設計的范圍，增加了它的深度。

（3）增加設計產品本身的附加值。從前僅用于指導施工，如今已改為項目全生命周期應用，其中如綜合展示、采購、合同分包、施工模擬以及數字化移交等。

（4）從以圖紙為核心延伸至以數據為核心，將先前圖紙中的信息從肉眼識別逐步轉變為結構化數據并交由計算機識別。離散后的電子信息轉化為適合統計分析的數據信息，而個人經驗則隨即轉化為企業知識。顯然，這就為大數據分析、設計與施工集成以及其他各個領域提供了可靠的基礎數據。

發揮出數字技術最大的優勢，能夠減少電力工程設計中與設計溝通有關的障礙，消除距離、時間方面的限制，使設計人員保持密切的溝通，為其工作提供更多方便，確保企業在科技領域的高度協同。建立先進的數字化系統，將工程設計的前期策劃與所有方案設計，如終端的視覺傳達設計，利用專業的技術處理進行結合，使各環節都能得到滲透，傳遞精準的信息。另外，不同階段創造的設計成果還能夠為后續設計提供必要的參考，將設計方案轉化為一目了然的圖紙，這對生產建設的運行也有很大益處。能夠和計算機設計系統自如地對接，減少設計時長，也可以消除人工模型轉換留下的各種技術偏差，便于設計人員更好地關注各個環節和技術過程，減少出錯，促進工程設計，改善工程設計質量，節省人力、物力、財力方面的投入，減少額外的浪費。

2 數字技術在電力工程設計中的應用

在電力工程設計中三維數字化技術已有較多的應用，如電線網絡設計。在了解施工區域的基礎上，及時整理采集而來的數據信息然后以三維成像的形式將其顯示出來。如今，基于數字化技術研發的電力工程軟件十分齊全，產品本身的更新速度也較快。結合社會對電力工程的變化之需，本文探討了數字技術在電力設計中的具體應用。

2.1 數字技術在軟碰撞、硬碰撞檢測中的應用

在電力工程建設進程中，難免有不少煩瑣的項目，如戶內變電站、地下變電站或是高壓直流換流站這類項目中，遇到的軟、硬碰撞檢測有助于改善項目總體的設計質量。硬碰撞檢測，指實體模型內部的檢測。統籌適用于涉及多個工程項目，尤其是室內外變電站下形成的多專業聚集區，效果相對良好。設計時軟碰撞檢測模型實體將與其他各類模型實體保持一種相對的距離。對電氣工程來說，典型的軟碰撞檢測涵蓋了電氣距離、變電站防雷檢測與校準。從目前應用的基本情況分析，軟碰撞檢測更為適合換流站閥廳的內部設計且效果十分良好。設計時需要較大的空間，并且需要校正原始的電氣距離。在線路設計中，軟碰撞同樣可用于交叉跨越檢測。

2.2 數字技術在電力企業實體模型統計中的應用

電力企業在設計和構建實體模型時，也要轉變過去的二維設計法，分配專業人士來統計實體名稱，最好是手工的。三維軟件數字化技術，借助導線、鋼結構框架等相關材料就能夠順利地分析出整個實體模型，提升實體模型自身的設計水平。

2.3 數字技術在電力企業軟件平臺集成中的應用

以數字化技術為支撐建立的三維軟件平臺，可以集中處理各類軟件信息。有了技術支撐，整合短路電流、設備、接地設備這些常見的力學軟件，一次性錄用后，全部設計信息均可得到多次地使用。

2.4 數字技術在電力企業勘測信息和礦山信息中的應用

由于海拉瓦以及激光點云技術的集中運用，電力工程中不同線路上的信息都能得到實時地統計，如樹木砍伐統計、精準拆遷、交叉分析。在集中統計各種信息的前提下，創建一種三維場景。

3 高性能三維調控軟件和仿真計算應用技術在電力工程設計中的應用

數字化三維設計平臺涵蓋了下列6 個部分：工程管理模塊、主接線設計、設備布置、輔助設計模塊，包括系統的整個成果展示平臺。上述部分，支撐軟件都需要先進的三維調控以及仿真計算軟件。

3.1 高性能三維控制軟件應用技術

三維設計可以體現出某些最為原始的數據，作為一個可靠的平臺，它還將成為信息和數據傳輸的重要載體。將設計數據存儲到軟件平臺上，利用三維模型即可完成精細化設計。在三維空間內，根據安全距離檢查以及材料統計，能夠達到二維設計無法實現的設計精度和科學性。三維變電站模型集中了方案、初步設計以及施工圖等功能為一體提供直觀的顯示效果，并且支持全景參數的及時驗證。作為一個合格的設計平臺，三維軟件調控平臺不僅僅是要建立一個初步的三維模型，同時也會設計多個不同的對象，包括若干的專業信息。該類三維對象支持計算、在線統計甚至是對施工圖實時提取。這些功能，都是設計成果在一個三維模型中最好的說明與體現。

3.1.1 全站三維模型技術

變電站設計中，變電安裝布置是主體，其工作強度大，復雜性高。設計中一般根據電源類型可以分為交流（開關）、直流變電站。結合布局方式，還可分為室外、室內布局。三維布置模型技術有自身的某些功能：自由調用裝置模型、控制模型間隔、參數替換（和主接線之間恢復聯動）、材料統計、工程編碼以及二維施工圖（平面圖）的提取。數字化三維軟件設計技術，徹底顛覆以往的二維設計，為設計人員提供不同的三維設計理念。軟件本身支持參數化功能，實現了從電氣設備到土木工程框架的參數化建模。設計人員僅需輸入參數，就能夠生成三維模型，快速地生成各種尺寸的三維設備。同時，模擬設備的外形，和實際設備大體上是一致的。

3.1.2 三維模型精細設計驗證技術

（1）三維安全凈距校驗。過去的安全距離檢測方法并未涉及三維概念。單純依靠設計師自己的經驗和簡單的二維計算，很難提供安全系數最高和最優的解決方案?；谌救S模型實現的三維安全凈距校驗，完全可以彌補上述缺陷。軟件程序結合不一樣的電壓等級，可以自動查找三維設備相互的最短帶電距離，檢查設備之間的有限數據，確保設計的安全性，同時提供最佳的處理方案。

（2）自動生成平斷面圖。從前的設計方法要繪制多個不同的剖面，但設計軟件平臺則僅須設計人員繪制一個簡單的三維圖形，其他間隔剖面均可以按照設計要求做出隨意的切割并自動生成，這就確保了平面和斷面圖二者的一致性。另外區間斷面圖還可對自動標注平臺上的設備支架、間距以及設備與土建相隔的距離，減少設計時間。

（3）三維導線連接。設計時，擺放三維設備模型。結合上述的“三維導線連接”，自動搜尋設備接線端子，在此基礎上，鎖定弧垂和線夾角，使圖紙表面看上去更為規范，更符合現場的真實情況。

（4）精準的材料統計。不管設備、電線又或者配件，材料統計同樣都可以精準的計算出來。同時，系統還會自動標記斷面圖上的設備編號，與物料表里面的編號一一對應。

3.1.3 多專業協同設計

結合平面設計圖，土建接口軟件能夠生成三維提資圖。結合電氣提資陸續地進行相關的配套設計，經過結構計算和力學分析后得到一個結構透視圖并將資金返還電氣專業，確保各專業在三維模型下的協同設計。

3.2 高性能仿真軟件應用技術

計算機仿真計算，無疑為全數字化設計提供了安全、精準的選型和驗證方式。利用仿真軟件本身的加載專家數據庫、約束數據兩項功能，完成電氣計算和驗證，從而解決了過去人工計算量大、錯誤率高的現實問題，從根本上提高了工程效率。

3.2.1 數字主接線設計與驗證仿真計算

在變電站內，接線無疑使一個關鍵的邏輯模型。不管接線關系又或者設備參數，在這個階段里都能被構建起來。主接線還是裝置布置、資料統計以及數字化交接的基礎，是仿真計算的關鍵點。關于這部分，包括如下內容：核算出短路電流、選型檢驗、母線選型、過載條件仿真以及仿真驗證等。

3.2.2 三維配電裝置電氣校驗方針計算

三維設計技術，實質上是利用三維模型自身的精細設計手段，借助高性能、先進的仿真軟件來提高設計水平，保證最佳的設計質量。在本部分中大致涵蓋了以下幾方面內容：三維安全距離檢查、接地設計、導線力學計算、二次設計、管母線計算、照明設計，同時包括三維防雷設計軟件、站用電以及接地設計等。

4 結語

電網工程數字化，勢必會給以往的電網建設思路、技術手段乃至電網產業信息化、智能化帶來深刻的變化。針對電力設施挑選恰當的三維建模方案，對加速業務整合、構建三維電網、促進電力設施數字化集中管理均有一定的推動作用。