三维设计在电网和变电站建设中的主要作用

李海超

（兰州倚能电力设计咨询有限公司 甘肃省兰州市 730000）

随着我国电网的快速发展，电网和变电站的建设已经实现了数字化设计模式，高科技的应用可以避免不良设计和错误设计。它可以优化设计质量并减少纸张材料的浪费。因此，加强三维模型的研究具有重要意义。

智能电网是电力技术生产中的关键组成部分。通过智能化的设计，可以将设计完全集成以实现所需的结果。提高工程的设计，改进设计，提高产品质量，提高材料知识，并完成以实现全寿命管理的过程，变电站的三维设计凭借其创新的设计元素和强大的变电站数据库，可以满足智能发展的需求。高品质的无线网络必须先通过数字传感器连接装置和设备，并创建一个双向通信系统的数字设备的数据收集、整合、分析和决策。这意味着必须控制和报告网格中的所有组件，并且必须在系统设计期间完全确定此要求。凭借其集成的内容、全向的图形显示界面和集成的图像界面，电力行业的设计已收到越来越多的三维模型。

1 三维设计的特点

在信息时代的背景下，数字技术、信息技术和计算机技术取得了巨大的进步和创新，电力已进入社会生产和生活的方方面面，这导致电力需求的多样化发展以及对电力需求的增长。随着电力需求的增加，智能电网建设中的变电站设计现在变得越来越重要。传统的二维设计方法在角度和操作方式上都处于落后地位，无法实现变电站整个生命周期的数字化传递。在这种环境下，三维设计技术开始发挥作用。它主要基于智能三维信息的设计平台，从而大大缩短了设计工作时间，并简化了工作流程。变电站的设计包括建筑物、结构、电缆保护管等。该项目的详细信息，使用完整的数据结构模型库，并有大量的能量计数和分析操作，使变电站的设计和连接点更容易，更节能。三维可视提高了设计进度和准确性，设计图在计算机中被用作设计文件，让所有的信息可以完全显示出来。建造变电站涉及许多学科，实现不同专业之间的需求，相互沟通和信息转换，并最终优化工程设计的效果。

（1）在数字时代，智能电网建设对变电站工程设计提出了更高的要求。在传统的CAD 方法中，复制和修改图纸的方法不再能够提高质量和效率，并且设计结果无法在整个生命周期中以数字方式传输。依靠三维设计技术，变电站的设备和建筑物可以在计算机所提供的三维空间中构建起来，该空间结合了变电站涉及的各个学科。依靠协同设计工作平台，管理人员可以看到其他设计师的所有成果，并且可以通过专业的交流，携手改进工程设计质量和进度。

（2）在变电站三维设计的工程中，不仅融合电气、建筑和结构等各项应用，它还以工程数据库为核心，依据数据编译出的三维模型，最终来很好地实现自动绘图、链接更新、净距检查和三维数字协作，大大提高设计效率和设计质量。

2 三维设计在电网和变电站建设中的应用与实践分析

2.1 确定变电站三维设计目标

设定准确的目标是实现三维设计价值的最佳基础。以变电站设计为例，其设计目标必须满足以下要求：首先，它可以实现自动计算和分析，并建立三维信息模型。输入数据可以获得完整的图形效果，并且可以自动生成多个视图图形文件，从而缩短变电站的设计时间。第二个是全专业的协作设计。由于建造变电站涉及许多专业，因此不同专业的技术要求也不同。通过集成平台管理，三维协同设计可以满足同一项目下所有专业人员的设计需求。通过建立文件和模型命名方法，可以限制不同的专业权限。只有专业设计师才能拥有本专业的读写权限，而其他设计师则只能阅读。在满足各自专业设计的基础上，他们可以看到其他专业的设计情况，高效、快速地完成设计工作，避免彼此之间的冲突，并确保所有专业的协同设计。第三，数字切换。在传统的设计模式中，数字信息传输的能力是相对有限的，不仅工作量大，工期长，而且材料容易出现缺陷和偏差，大大降低了变电站的建设进度和管理级别。三维数字传输具有自己强大的数据库功能，并通过统一的信息平台实现数据和结果的整体传输。它主要包括地理信息数据、设计模型、工程数据等，以及有助于变电站建设发展管理的信息和情报。

2.2 三维建模

三维建模直接影响变电站的建设进度和工程规模。作为核心材料，变电站的电气设备对建模深度和建模精度有很高的要求。在特定的建模过程中，设计人员创建主要用于建筑模型和设备模型的组件模型。根据现场的实际情况，设计人员将继续简化组件信息，以确保模型可以满足特定要求以及设备供应商提供的指定文档。此格式是设计三维模型以确保模型图纸的准确性和比例真实性的理想选择。由于许多机型在变电站设计中创建，以保存模型库的存储空间，设计师应该简化模型的设计，采用的绘图方法，很容易识别和跟踪。在确保对模型本身有清晰解释的基础上进行简化的原则：为了确保模型结构和装配模型的合理性，关键尺寸和专业零件无法简化。

2.3 三维设计在变电站工程中的应用实例

在以上分析的基础上，结合相关场景进行具体分析，并根据变电站的实际情况，在总体布局的基础上进行协调设计，并由多名专业人员进行讨论。角度：土建工程专业人员，拥有变电站建筑物和结构的国家电网设计工作的模块化结构的要求相结合充分考虑变电站墙板，门窗风格，嵌入电缆保护管和预留孔洞的三维设计。其次，对于电气专业，通过数据库模型分配设备参数，并分配常规的短路电流、线张力等。通过其自身的自动计算功能，并自动生成计算书。一旦变电站的总体规划和设计完成，专业人员将生成建筑物的多角度视图。电气专业人员可以直接在总体计划中缩减设计并自动生成设备参数。调整总体规划时，可以自动优化和调整电气设备图和截面图。

3 三维设计基于工程设计给出的具体措施

3.1 以标准数据库作为核心的数字化设计

（1）变电站的三维设计将会基于工程设计中的数据库，同时自动生成相关的图纸。数据库设备模型将会使用国家电网公司所通用的模型库（2018 版），模型文件会以GIM 格式统一，从源头上适合设备类型。

（2）在工程设计过程中，所有专业都是在协作平台上同时制作的，相关的专业设计师可以看到大图的调整和修改。通过共享数据，项目设计将实现修改的预期效果，诸多相关的图纸将会自动更新，并提醒相关设计人员的时间，避免造成信息传输错误和接口错误，有效降低专业间出现错误的可能性。

3.2 标准化设计体系

随着三维设计理念的深入和使用、设计工具和设备模型的不断完善，三维设计平台帮助设计师实现优化设计和精度设计，设计人员可以根据项目的特定需求选择各种材料。可以基于诸如“模型”，“制造商”和“电压水平”之类的数据中快速选择所对应的组件。

1.2.1 纳入标准 ①所有孕妇在入院后均接受临床检查证实为妊娠期高血压；②均符合剖宫产术手术指征；③患者及其家属均对研究知情并签署同意书；④本院收治的住院患者；⑤患者均具备完整的临床资料。

3.3 变电站的三维协同与设计

基于我们相同工程模型下的协同设计系统，将会缩短工程设计的时间，减少了工程设计的工作任务量。会最大程度地提高专业之间设计结果的共利共享，避免简单的重复工作。初级转换，次级转换和土建工程相关的专业人员将会在同一平台上展开工作，并会进行跨专业在线校对。让图纸的修改和更新一目了然，相关的图纸详细信息将自动更改。与传统的CAD 图纸设计相比，采用同平台设计方法，不仅可以提高设计工作的效率，同时也降低专业人员之间造成多个接口错误的风险，并提高设计的工作质量和沟通效率。

3.4 精细化设计

（1）该设计是基于三维模型，以及与安全检查和安全间隙检查为重点，这很容易避免设计错误与重新设计工作的出现，节约时间，解决现场出现的问题，碰撞检查等功能问题。相关的三维设计软件也会具有自身的碰撞检测功能，可以检测替换设备以及底座与电缆保护管之间的碰撞。三维设计，三维空间，因而具有良好的视觉效果，与二维设计平台相比，交叉碰撞空间仅仅只能凭借设计师的空间想象，再进行对应的判断和分析，在复杂基础的设备与布置下，将会很难直观地发现各种问题。

（2）根据设计者自身的要求，安全间隙的检查功能可以自动检查不同电压的设备之间，甚至设备与地面之间的安全距离是否满足基本的要求。当我们的变电站中有许多输出线路或布线类型特别复杂的时候，相关的带电设备与电线之间也将会存在一定的空间交叉情况，而且相关设计也是仅仅只会依赖于二维图形界面。验证安全距离需要花费大量时间和精力，并且会出现较多错误。三维设计不仅仅只提供完整的360 度范围的旋转观察，也可以依靠自动间隙检查的功能，来高效地缩短设计周期，进而很好地提高设计效率。

4 三维设计对于变电站工程中的有效应用

4.1 应用实例

（1）结合新的110 千伏模块化智能变电站，三维设计的具体工作在下面的工程设计过程，在一起讨论当前阶段三维设计的优缺点。

（2）在工程设计阶段，变电站和土建工程专业人员可以通过在设计平台上设置参考点，根据变电站的总体布局协调设计相关工作。根据项目自身存在的实际情况，土建工程师将会根据国家电网的模块化施工要求来进行设计，预制墙、门、建筑物和结构模块。它将会应用于变电站的建筑墙板、以及墙面装饰板，对门窗类型以及其他相关尺寸和材料合理选择分配值；通过三维设计，并展示变电站墙的开口，电缆保护管的布置。相关的电气专业人员会根据国家电网公司的通用设备模型，来进行电气设计的有关工作，并对所要用到的设备和各种参数合理分配数值。三维设计的平台通常会具有线张力验证，正常短路电流计算等功能。可以依靠软件快速完成计算，并且自动导出相关的计算书，因为不需要单独进行计算与分配，从而最大限度将计算时间缩短到设计周期中的具体某个时间点。所有的专业设计人员必须要严格地执行国家电网公司中的“三通一标”要求，未来的设备制造商必须按照国家电网公司的通用设备进行生产，以确保专业的设计工作。

（3）变电站的总体规划和设计完成后，可以根据工程要求自动生成每座建筑物的正视图、立面图和俯视图。配电设备图和间隔截面图无需再次绘制，可以在总体规划中“切出”，并且设备参数会自动生成。如果调整了总体规划，则无需手动操作即可自动调整电气设备的原理图和截面图，从而大大降低了设计错误的可能性。

4.2 现阶段三维设计的不足之处

本文概述了通过特定项目进行的三维设计的具体特征。于此同时，同传统的二维设计平台来比较，三维设计不只是在提高设计效率方面具有明显的强势与优势，并且很大程度上降低了出现设计错误的可能性，大幅度提高工程设计的质量。

（2）如何实现不同设计单位、范围、格式要求以及项目完成数据和三维设计传输深度的信息共享。

5 结语

尽管三维设计工作仍处于试验阶段，但其实现仍有待进行。下一步国家电网公司将依靠“三个环节，一个标准”的要求，进一步完善通用设备库和公用设备模型。同时，需要为模型制作、设计深度要求和结果传输要求以及相应的文件释放的技术要求，还有待进一步完善，进一步实现三维工程设计、三维查看和更改的三个目标。

综上所述，随着时代的进步和发展，三维设计在电网和变电站的建设中也得到了应用。鉴于当前三维设计的缺陷，相关技术人员需要继续创新和改进。据认为，三维设计工作可以实现所有专业的协同工作，在不久的将来会实现综合管理和动态生命周期管理，充分发挥整合各专业的设计成果，减少设计错误，降低投资成本，提高企业的整体体验。基于设计的三维模型的视觉效果和实际可能性，能源和空间扩展的设计思路将扩展到满足业主的不同需求。