浅谈基于三维设计的变电站二次系统应用王娇

王娇

摘要：按照国家电网公司建设世界一流能源互联网的目标，首要核心是建设坚强的智能电网。随着全国智能电网的大力推进，变电站的二次系统设计成为变电站智能化的主要体现部分。

本文主要探讨基于三维设计的变电站二次系统应用，针对电网实际工程特点和工作的实际需求，建设完成变电站三维二次系统，在原有传统平面设计的基础上，利用三维设计的手段，完成精细化设计，用于变电站二次系统的可视化管理，完成软、硬碰撞检查，实现智能变电站的数字化移交，为工程的全寿命周期管理奠定基础。

关键词：三维设计；智能变电站；二次系统；应用

一、引言

国家电网公司提出加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，坚强智能电网的建设与运维对于输变电工程全寿期管理提出了更高的要求。设计作为电网全寿期的龙头阶段，对于输变电工程数字化基础数据的积累，具有重大的意义。设计阶段所产生的输变电工程的数字化成果，一定要在输变电工程全寿期得到应用才可以发挥其价值。但是目前输变电工程的评审、施工与运维阶段，往往采用传统的信息化手段进行管理，无法应用设计阶段所产生的数字化三维成果。因此，开展数字化电网建设研究尤为必要。

上世纪90年代中国电力设计手段经历了由手工制图到计算机制图的设计变革，如今由二维设计走向三维设计达到可视化，数字化三维设计的时代已经到来，以智能化变电站为主的二次系统设计尤为重要。

二、基于三维设计的变电站二次系统应用

1、二次设备布置的三维精细化设计

二次设备室的屏柜布置、蓄电池布置及智能控制柜的布置是电气二次设备布置的核心。通常情况下设计人员均是基于二维设计软件进行设计，与土建及一次专业配合有时会出现误差，屏柜及蓄电池布置在高度及可视化上不够直观等缺点。通过三维设计手段，在三维空间开展二次设备室内屏柜、蓄电池组、智能控制柜等的布置设计，不仅可以在三维软件上直接完成软、硬碰撞检查，同时也可以在三维空间内对本期屏柜、远期屏柜及备用屏柜加以区分，对屏柜及屏柜内设备进行编号及命名，完成进行可视化处理。二次屏柜的三维设计实现了二次设备布置及电缆走线的可视化，提高设计准确率，方便优化布置及组屏方案，方便现场施工。图1-1为预制舱二次设备三维设计图。

图2-1预制舱二次设备三维设计图

2、电缆/光缆敷设的三维精细化设计和应用

长期以来电缆和光缆敷设都是智能变电站设计中最为繁杂的内容之一，其中电缆和光缆长度的计算、电缆和光缆清册的型号统计、电缆敷设及埋管材料的统计纷繁复杂，耗时耗力且容易出错。利用三维设计中电缆敷设软件可识别站内设备布置与电缆沟布置，进行智能化设备间的电缆及光缆通道设计，布置电缆桥架，计算电缆及光缆长度，统计电缆桥架及其他材料量，最终达到线缆的精细化设计。

图2-2基于三维软件的线缆精细化设计示意图

利用三维技术实现电缆及光缆敷设路径可视化，优化电缆沟截面，统计线缆长度。通过三维软件设计电缆沟结构，将低压电力电缆、控制电缆、光缆自动分层布置，优化电缆沟截面；根据每个位置电缆量的多少自动选择埋管管径并计算埋管长度；室内外线缆可根据其敷设起始端，根据电缆沟内电缆数量，统筹考虑线缆路径，避免局部区域电缆过度拥挤。最终将电缆起始点、电缆两侧接线高度以及电缆敷设弛度、波形弯度、交叉系数录入三维软件后自动生成电缆量。

3、智能辅助控制系统的三维设计和应用

利用三维设计软件可对智能辅助系统可视化设计，包括图像监视及安全警卫子系统、火灾自动报警、消防子系统及环境监测子系统的三维实施方案设计。

在三维模型中布置智能辅助控制系统前端设备，通过计算、渲染引擎，实现布点、选型、配置等校验。在变电三维设计平台导入变电站全站三维模型，从模型库中调取摄像头、烟感、门禁等各子设备模型，根据相关技术规范要求，将摄像头、烟感、门禁等设备布置到相应的室内区域。将该摄像头与室外其它专业的设备（譬如构架、架空线）同时三维展示，检查是否碰撞、是否满足带电距离要求，是否有视区死角。待全站室外摄像头布点位置确定后，在三维设计平台上进行埋管设计，直观清晰的反映摄像头信号线的走线路径，便于土建施工时同时预埋，极大提高施工质量。

4、装置光缆联系图的三维设计和应用

装置光缆联系图的设计是变电站二次系统设计中非常重要的一个组成部分，它需要考察的是二次设备之间在光缆联系方面的具体反应状况，因此在设计工作开展的过程当中，需要考虑网络方案和设备光接口之间的有效配置和具体的操作状况。由于在变电站的二次系统当中很多设备都会有光缆，并且这些光缆在大多数情况之下是在柜内的光配单元当中进行配线工作，因此在配线工作开展之前，使用正确的三维设计方式进行配线方案的设计十分必要，可以在一定程度上减少后续环节的时间消耗，从而提升整体的效率，同时还能够更好地选择智能的设备，使光配单元的配置图更加地合理和高效，不管是并联的情况还是串联的情况，其中的信息都能够及时地被人们所收集。

三维设计软件针对变电站内二次接线原理图及相关图纸进行建模配置、连接配置、ICD文件模型文件加载、虚回路配置等，配置过程中能够自动分配连接路径中经过交换机和光配的端口，并自动计算屏柜连接时所需的光缆芯数，提供光缆型号；配置完成后，根据数据库中的配置信息提供光缆连接模拟图、信息流逻辑连接模拟图、虚回路连接、光缆分配、交换机端口分配等浏览校验功能；完成配置和校验后，软件根据卷册自动输出设计工作所需的信息流图、组网图、光缆联系图和虚回路图；针对典型设备、典型间隔可提供数据拷贝功能，便于设计人员的适用，提高工作效率。

三、结语

综上所述，在三维设计理念下，可以使变电站二次系统的设计和应用工作更加高效精细，同时合理性和准确性更加突出。利用三维设计的手段，可实现电网项目的精细化设计，完成变电站二次系统的可视化管理及设备的软、硬碰撞检查，实现智能变电站的数字化移交，为工程的全寿命周期管理奠定基础。基于这样的特点，变电站设计在今后发展的过程当中要加强对三维设计的应用，以此来提升变电站二次系统设计的精细化及准确性。

参考文献：

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[2]秦华.基于三维设计平台和专业软件的智能变电站系统集成设计方法.

[3]王海燕.浅谈智能变电站二次系统的设计与实现[J].科技创新与应用，2013(34)：152-152

[4]李中林榕.智能变电站三维设计系统构建.