基于三维设计技术的变电站设计研究

'基于三维设计技术的变电站设计研究摘要：在变电站设计过程中采用三维设计技术，具有无可比拟的优势，其设计不仅直观生动，利于多个方面的有效协调配合。还能有效降低变电站设计的费用，压缩工期，帮助做出更好地决策。在未来的变电站设计过程中，三维设计技术将是一个很好的发展趋势，值得多加重视，所以本文就针对三维设计技术的变电站设计展开简要探讨。关键词：变电站设计；三维技术；研究引言当前变电站设计中对二维设计的采用程度相对较高，整个工程设计依靠设计人员的空间想象力和工程制图技能完成三维空间设计，这种方法缺乏对设计质量的有效控制，己难以适应目前各电网公司对设计精细化的需求。而通过技术的进步，有效运用三维设计则具有精细化的特点，在适应了复杂的变电站设计、不断压缩的设计周期和设计资料的数字化移交等要求的同时，完善了工程设计人员充分表达设计思想的手段，是一种能提高项目质量的助推器，也是实现变电工程全寿命周期管理的有效工具，更是未来变电工程 设计的发展趋势。一、变电站设计中应用三维设计技术的重要意义应用三维数字化技术进行户内变电站设计是未来设计的发展趋势。目前，国内有很多电力设计单位己经在变电站设计的各阶段不同程度地利用各类三维设计软件开展设计工作。采用三维设计和数字化移交有以下几点重要意义：可以做到与施工现场实际情况相同的精细化设计，可方便地进行安全距离校验和材料统计，有效避免了不同专业间的管线发生碰撞，并使材料统计更为精准；各专业通过同一个设计平台进行全专业协同设计，这不仅提高了不同专业间的配合效率，还避免了接口过程中的错误;可将变电站的方案、设备参数等数据制作成三维变电站模型，从而为业主提供真实的展示效果。该数据可用于变电站的全寿命周期管理，有利于工程竣工后的维护和改造，也为设计服务的延伸增值提供了可能。二、三维变电站设计的特点数字化三维设计，是以数据库为基础平台，三维设计环境为基本的工作环境，三维模型为载体，对数据的处理是整个数字化三维设计工作的核心。变电数字化三维设计涉及变电设计工作的全部内容，面向于变电设计中的电气、土建、结构、水暖、场地等专业。 变电站建模的对象主要包括变电站设备建模、建构筑物和辅助设施。设备建模包括：主要设备、高压开关柜、二次屏柜、金具材料等。建构筑建模：建筑物的建模，是指利用三维模型，来对变电工程内的建筑物进行构建，包括墙体、梁柱、门窗、孔洞、楼梯、爬梯等。构筑物建模：指基础、构架、设备支架等，构筑物的零部件较多，根据不同的工程构筑物的尺寸和类型变化也较多。辅助设施建模：主要包括总图专业的道路、挡土墙、围墙、地下管道、电缆沟等，还包括接地和防雷措施。在设计过程中也要注意层次结构的划分，便于在项目中对某一区域或系统进行调整和修改，同时也要考虑到后续项目中对某些模型的复用。项目的层次划分和数据的完善情况也要考虑到后续数字化移交和智能变电站应用的需要，根据项目的实际情况进行微调。三、变电站设计中三维设计技术的应用1、Microstation应用1.1创建三维模型库(1)元件建模。变电站三维模型包括设备模型和土建支架模型，统称元件模型。元件建模是三维数字化设计的最初步骤，受计算机软硬件水平限制，在保 证三维布置校验有效性的基础上，必须对元件信息进行简化。合理的元件模型及附加属性不仅可满足后期的设计需求，而且可以保证三维设计的流畅性，提高三维设计效率。变电站元件建模的重点与难点是设备建模。理想的设备建模过程应该是设备厂家根据工程设计方的需求提供指定文件格式和要求的三维模型，模型严格按照1:1绘制，且设备厂家对其模型的准确性负责。(1)设备模型命名。在设备模型的创建中，应采用规范的命名方式。三维数字模型命名应具有唯一性、准确性和合理性，便于识别、管理、存储、发布和更改，同时应具有可扩充性，便于追溯和版本(版次)的有效控制，可使用字母、数字和下划线表示。1.2三维设计。三维数字化技术将传统在二维平面上设计变电站设备和设施，改为在虚拟三维空间“建造”真正的变电站。它全面地将变电站设计的各个专业有机结合，涉及到电气、结构、建筑、总图、水工和暖通等专业。各专业在相同的基础功能模块和各自的专业模块上模拟变电站的各个部分，采用协同设计工作模式，每个设计者都可以“看到”他人的工作，充分沟通，相互配合，不断地修改与更新。设计人员在三维环境中，利用软件工具输入相关数据后，即可 在三维环境中实时看到设计决策的结果，从而迅速掌握有效的空间位置，合理完成布置设计。1.3变电站漫游。利用Microstation软件的三维渲染功能，在设计完成时输出变电站整体渲染效果图及三维动画，展现变电站三维全景。与传统工作模式相比，通过三维软件建立的模型是由设计人员创建的准确设计模型，以它为蓝本制作的动画或效果图，能够更加准确地反映工程项目实际情况。对于一些简单的展示效果或工程特定细节，可由设计人员自己利用Microstation软件的内置功能来实现，从而减少模型转换，避免数据丢失，切合实际的反映设计思想，体现设计理念。1.4数据对接。传统的工程建设期（设计、施工、采购和调试阶段）信息大多以纸介质为载体，以图样和文档的形式向运行单位移交。各类信息分散在不同的图档中，信息之间没有关联，无法相互校验。同一信息在不同数据源中重复出现，相互矛盾的情况时有发生。运行阶段故障处理也常因费时寻找正确文件和准确信息而延迟。Microstation以工程设施为对象，各种设备模型分配唯一标识码（ID）。三维模型以标识码为线索，与数字化网络平台自动相互关联，形成模型与工程数据的统一。三维数字化模型包含工程的所有 主要元素，不仅模型尺寸及定位是真实的，而且可通 过数字化平台进行资产管理，为信息查询和检索提供极大的便利，是一个全信息模型2、Substation软件及应用。Substation软件是美国Bentley公司开发的专用于变电站集成电气和结构设计的三维软件。该软件可提供三维结构模型、单线图、接线图、配电板布局、保护与控制简图、物料清单与其他报告等功能模块，用于变电站设计可提供接地网、防雷保护和电缆弧垂等工具。它作电气设计，其导线工具非常好用，能自动编号并可按类型置于不同的层。也能进行短路、断路及设备、线路编号重复、遗漏等错误检查。运用Substation软件的主要步骤如下：第一步，建模。首先创建设备图形库，设置符号、典型图和类型，绘制主接线系统图。然后进行设备三维建模，先创建设备列表，再赋予模型属性、材质、颜色等。其中设备编码是工程全生命周期管理（设计、采购、施工、运行与维护）应用的关键数据，具惟一性。第二步，电气三维布置。即根据区域功能分区组装，如直流场、换流变、交流配电场等，区域包括设备、构支架、导线、防雷设施及土建构筑物等。三维场地是由二维地形图转化而来，各种设备、设施都可以在场地内统一布置。 第三步，配合校验、碰撞检查和带电距离校验。配合校验是对不同专业的模型组装效果检查，避免冲突。带电距离校验是检查设备、线路之间的安全距离是否符合要求。3、IDS软件及应用。IDS软件是北京博超时代软件有限公司自主研发的智能数字变电站设计软件，主要应用于变电站数字化三维设计，其主要特点是采用开放性网络公共数据库为底层，以二三维一体化设计为手段，软件中内嵌通用计算，实现变电站在进行三维设计的同时，同步完成变电计算与施工图的设计。作为智能电网的基础，70%的数据都出自设计。利用IDS软件进行变电站三维设计，第一步，参数化三维建模。IDS软件可利用典型方案库快速拼装，又可利用非标准装置与间隔进行灵活的拼装能力、组合变电站三维模型，具有极高的建模效率。第二步，碰撞检查。利用IDS软件设计即时性的特点，发现设计错、碰、漏、缺，空间布置的合理性。第三步，三维抽通过三维模型抽取二维图纸，同时可以直接进行渲染生成鸟瞰图和漫游动画。结束语 变电站设计中运用三维设计技术具有极大的发展前景，但是具体操作中还是存在很大的需要改进的空间，因此要求技术人员加强对其的改进，我们坚信未来三维技术的应用将会更加广泛。参考文献[1]宋江涛.基于虚拟现实技术的变电站系统设计[J].湖北农业科学，2013(17)：156-158.[2]赵鑫慧.三维数字化设计技术在输变电工程中的应用[J].电网与清洁能源，2012(26)：203-206.[3]高伟海.智能变电站的三维协同设计[j].中国电业技术，2013(19)：254-256.'