三维设计在变电站智能辅控系统设计中的应用

三维设计在变电站智能辅控系统设计中的应用

阎宇

淄博齐林电力工程有限公司 山东淄博 255000

摘要：在互联网发展的基础上，电力控制业务的覆盖范围也愈加广泛。目前智能变电站主要采用的是二维平面设计，而三维模块化设计开始逐渐取代二维平面设计方式。

关键词：三维设计；变电站；智能辅控；系统设计；应用

引言

在我国经济实力逐渐壮大，科学技术不断创新的今天，随着三维设计技术在各工业领域的大量应用，我国电力行业中的相关设计工作也广泛采用该技术，并在火力发电厂、水力发电厂、核能电厂中得到应用。现有的三维设计依然侧重电网的基建与一次部分，还未在二次系统设计中得到普及，而其较好的三维展示能力，为二次系统的可视化设计带来了新的机遇，是未来二次系统设计可视化与数字化发展的重要支撑技术之一。

1三维设计技术特点

三维设计技术是一种基于全信息三维模型，利用网络、数据库、图形处理等技术，结合多专业、多任务协同设计而形成的一种设计技术。数字化三维技术首要直接目标是为了提升设计精度、效率和协同程度，同时可将全信息模型推广至设计施工一体化，包括数字化移交和工程全生命周期管理，相较于传统二维设计技术有如下特点：设计成品三维可视化程度高。更直观、更精确、更贴近实际工程，可为非专业设计人员提供可视化工程资料，保证业主和非专业设计人员能更清晰地明白设计意图，减少项目前期沟通、评审中的分歧和误解；专业设计协同程度高。各专业设计人员基于同一设计平台、同一三维空间、同一平面轴网进行协同设计，在一定条件下可实现多专业并行设计，专业间协同的紧密度大幅提高，有效避免传统设计中多专业交叉碰撞问题，沟通效率、设计效率大幅提升；以数据为核心。设计阶段的全信息模型可传导至建造、运维等阶段，模型的唯一性和数据关联性可保证各阶段工程数据的准确性，为大数据分析、设计施工一体化、工程全生命周期管控等领域创造基础数据；产品交付形式多样化。数字化三维设计成品不仅有全信息模型和工程数据库，也可生成传统二维施工图纸、数据表格和各类工程文件，可满足项目的精细化管理要求；设计产品附加值高。

2三维设计在变电站智能辅控系统设计中的应用

2.1二次组合设备接口设计方面

为提高二次组合设备在实际应用中的灵活性，三维设计除需要考虑模块化的设计概念外，在实际布线上主要采用总线的思想来实现设备的即插即用，具体包括一级总线和二级总线。一级总线在设计时应按要求将电缆布置在模块的底部，以确保与设备接口能够实现快速对接。不同设备通过连接器与总线互联进而构成完整的二次系统。一级总线由于采用模块的设计思路，在模块运输、现场施工与组装、联合调试等方面具有较好的可操作性，有利于工程的实施。区别于一级总线在整体上的布局，二级总线模式更加侧重模块内各设备间的电气布局设计。设备厂家可在模块生产后就完成内部布线工作，这样在现场根据一级与二级总线的设计方案就可以快速进行安装与调试。两级总线设计是以预制式航空插座形式实现模块与外部设备的快速接插，进而实现快速即插即用，简化了现场接线的复杂度与工作量。实际屏柜中一般采用电缆通道在右面、光缆通道在左、双端预制电缆连接屏柜间的接线原则。

2.2智能辅控系统三维设计总体思路

变电站智能辅控系统的三维设计是指在变电站三维模型的基础上进行智能辅助控制系统的各类前端设备（如摄像机、电子围栏、感烟探测器、环境监测设备等）的布置，利用三维设计软件的计算、漫游、渲染等功能对前端设备的配置、布置方案进行验证并调整，以保证方案的合理性、正确性。当前主流的三维设计软件有Bently公司生产的Bentley Substation、博超数字化三维变电设计平台STD、上海金曲软件平台等，变电站辅助控制系统三维设计必须基于变电电气一次、土建等专业组装完成后的全站三维模型基础上，从而有效避免传统二维设计中的专业间交叉碰撞问题。

2.3智能变电站二次系统电缆回路设计

智能变电站二次系统电缆回路主要包括保护原理图、端子排图、屏位布置图以及电缆清册等。目前国内电力设计院主要是通过使用AutoCAD，所有二次系统电缆回路图纸均由人工出图，出图流程如下：由设计院内一次设计人员提供资料，由设备厂家提供相关装置厂家白图，根据厂家白图绘制二次原理图，再根据二次原理图绘制端子排图及电缆接线图。出图后，设计人员需根据二次电缆接线图手工测算电缆长度并生成电缆清册。这种传统的设计方法设计效率低下，设计人员需要大量时间完成屏柜间回路的连接，同时错误率高，不利于现场调试人员消化；在现场调试阶段如需修改图纸，则相应的原理图、端子排图、电缆清册等都需要逐一调整。根据实际变电站设计需求采用三维设计软件，通过AutoCAD软件导入各类设备厂家原理图，进而对实现对保护及测控装置等的控制回路、信号回路等的快速设计，并同时生成相应回路图。同时根据生成的回路图生成屏柜端子排图、材料表、清单，便于对电缆进行全面管理。与传统的二次系统电缆回路设计相比，三维设计软件对电缆敷设等工作均具有明显的优势。

2.4硬件开发及应用

变电站智能三维运检平台的硬件部门由5个专业室组成。其运检指挥室、生产值班室、状态管控室、大数据分析室以及灾情检测预警室。运检指挥室主要是对变电站的设备检修进行管理、制定检修计划、分析作业现场风险、调配生产资源等。生产值班室主要是负责监视500kV以上的交流变电站设备运行，负责监视220kV换流站设备的安全隐患、负责变电站设备异常上报等。状态监控室，负责所有的异常现象，对变电站的输电设备的运行进行跟踪、分析、决策、预警、以及处置等。大数据分析就是根据平台的建设对设备的运行、风险、故障、寿命等进行监督、分析，以此来方便做好风险预警工作。灾情监测预警室，主要是负责对灾害的预测、对灾害数据分析。

2.5三维可视化

管控系统可采用基于激光点云数据的变电站全景三维模型，叠加设备信息、运行信息、监测信息、辅助信息等业务实时数据，实现三维与实时数据可视化的融合，构建符合变电运维人员习惯的三维全景变电站展示平台。通过三维可视化展示平台可以直观的查询设备属性、当前状态、实时视频等信息，同时可以实现三维告警联动、测距、检修作业推演等扩展功能。

2.6配电网大数据分析平台。将其外接运检智能分析管控系统，跟其生产业务、调度业务相结合，可以自动地分析出，电路故障、低电压检测、线损情况。这样就能让人直观地看到配电线路的运行状态，可以看到全景，还可以监控、分析。并且当工厂的设备、外型发现变化后，相应的布置、尺寸也会自动地跟着变化。此外，当某个动态运行参数超过设定值时，系统设置的三维模型就会自动改变颜色，并且不停地闪烁，以此来预警。

结语

三维模块化设计以其先进的设计理念，契合了智能变电站的发展需求。在智能变电站工程设计中，利用三维模块化设计的空间特点，已经实现复杂的电缆线优化布置、管线布置、碰撞检查、模拟施工、空间可视化展示等内容，但是如何通过三维模块化设计手段，提高设计效率、提高产品质量，满足人们日益增长的用电需求是现阶段研究的重点。相信在这个科技发展越来越迅速的时代，基于三维模块化设计下的智能变电站设计在不久的将来就能更适用于当下的方案。

参考文献

[1]钟连宏，梁异先.智能变电站技术与应用[M].北京：中国出版社，2010.

[2]Q/GDW 58 2011国家电网公司2011年新建变电站设计补充规定[S].

[3]林榕，李中，蔡桂华.智能变电站三维设计系统构建[J].中国电业，2012（6）：27-30.