0  引言

    電力作為國民經濟發展的支柱產業,影響著人民的日常生活，更是工業發展的基礎。隨著我國經濟發展水平的提升，電力建設規模不斷擴大，這就對變電站的設計、建設及后期運維提出了更高的要求。在輸變電工程全壽命周期管理體系中，設計是工程信息建立的過程，是整個工程的龍頭，其完成的出色與否將直接影響到后續的采購、施工、運行、資產管理等一系列環節。但目前變電設備的模型沒有做到標準化，致使設計階段建立的設備編碼在物資招標采購環節及后期運維管理中得不到貫徹，不利于變電站全壽命周期的管理及移交工作。

1  三維設計技術概述

    三維設計技術作為近年來引領發展變革的一項關鍵技術，已被越來越多的企業所認知、認可并應用于全壽命周期的項目管理中。

    將三維設計應用于輸變電工程，可以建立起整站設備的模型，整合編碼，將壽命周期中不同階段的編碼寫入設備模型屬性中，生成標準化模型庫，為變電站全壽命周期的設備管理及移交工作提供支撐。本文以變電站二次設備為例，詳細分析標準化模型庫的建立過程，并給出模型庫的應用實例，為變電站的數字化移交提供基礎。

2  模型庫的建立

    模型庫應涵蓋各設計專業（電氣一次、電氣二次、土建）會用到的所有設備，庫內的模型信息應包括電壓等級、設備類別、設備名稱、設備制造商等。

2.1  模型分類

    為使模型信息方便辨識，清晰可查，需要將模型信息分為5個層級的樹形結構，上下層級之間是繼承關系。第一層級是工程性質，分為變電站工程、架空線路工程、電纜線路工程；第二層級是專業特性，分為電氣工程、土建工程；第三層級為專業方向，該層級與第二層級存在繼承性。以第二層級為電氣工程為例，其第三層級分為電氣一次、電氣二次、智能輔助控制系統；第四層級內容同樣因第三層級而不同，以第三層級為電氣二次為例，其第四層級分為繼電保護及安全自動裝置、一體化監控系統、電能量計量采集系統、智能設備、系統通訊各部分。變電站工程的模型信息樹狀結構如下圖1所示。

    第五層級是每個物理設備的類別名稱，以第三層級為電氣二次為例，逐級細化，最終得到所有二次設備的分類方案。具體的對應關系如下圖2所示。

2.2  模型命名

    為了使三維模型更容易查找與應用，除了對模型進行詳細的分類之外，還應在模型的命名上對設備的具體功能及相關信息進行展示，增加模型的可應用性。

    對于三維模型的命名除了用中文進行標注外，還應采用“類別關鍵字+專業關鍵字”的形式對裝置進行命名。類別關鍵字采用模型分類中各子類的縮寫字母作為模型設備的類別關鍵字，專業關鍵字根據裝置不同應用、不同廠家、不同版本等信息，編寫設備專業關鍵字。

    以線路保護為例，LPT-LCD-NANA931-00。LPT表示線路保護的類別關鍵字；專業關鍵字中，LCD為縱聯差動保護；NANA931代表廠家為南瑞繼保，裝置型號為RCS931；結尾處00代表版本修改編號。保護專業關鍵字中的保護種類，以該套保護使用的主保護為準。

2.3  模型構成

    電氣二次設備由于對環境要求較高，一般都把裝置安裝在二次設備屏柜中，所以對二次設備進行建模的過程中，應該對裝置以及裝置所在的屏柜統一進行建模。二次設備有以下幾部分構成。

    （1）二次設備外形及尺寸

    電氣二次設備的外形及尺寸在國網公司輸變電工程通用設備中有明確的尺寸規定，如線路保護裝置，標準規定裝置采用4U的標準機箱設計，采用嵌入式安裝方式，二次設備模型的外形及尺寸按照通用設備尺寸建模即可。

    （2）二次設備屬性

    電氣二次設備模型具有可編輯的該設備的基本屬性以及特有屬性。基本屬性包括設備類型、設備名稱、設備型號、設備生產廠家、設備版本、設備端口、設備背板、所屬間隔、額定電流及額定電壓、PMS設備ID號、電網標識系統編碼、物料編碼、調度編碼。電網標識系統編碼、物料編碼及調度編碼有著固定的對應關系，將編碼編號寫入設備基本屬性中，可以保證模型庫在設計、招標以及后期運行維護中進行完整的移交，方便各階段工作開展。

    （3）屏柜架構

    二次設備所裝屏柜除了一般的對外形和尺寸的建模外，還要對其內部的端子排設置及屏柜下方的硬壓板及按鈕進行建模。對端子排的建模遵循了以下幾點原則：

    ① 按照“功能分區，端子分段”的原則，根據繼電保護屏（柜）端子排功能不同，分段設置端子排；

    ② 端子排按段獨立編號，每段應預留備用端子；

    ③ 公共端、同名出口端采用端子連線；

    ④ 交流電流和交流電壓采用試驗端子；

    ⑤ 跳閘出口采用紅色試驗端子，并與直流正電源端子適當隔開；

    ⑥ 一個端子的每一端只能接一根導線。

    保護屏背面端子排建模排列如表1所示。

    屏柜的硬壓板及按鈕的建模原則如下：

    ① 壓板設置遵循“保留必需，適當精簡”的原則；

    ② 每面屏（柜）壓板不宜超過5排，每排設置9個壓板，不足一排時，用備用壓板補齊。分區布置出口壓板和功能壓板。壓板在屏（柜）體正面自上而下，從左至右依次排列；

    ③ 保護跳閘出口及與失靈回路相關出口壓板采用紅色，功能壓板采用黃色，壓板底座及其它壓板采用淺駝色；

    ④ 標簽應設置在硬壓板、轉換開關及按鈕下方或其本體上；

    ⑤ 轉換開關、按鈕安裝位置應便于巡視、操作，方便檢修。

3  模型庫的應用

    二次設備模型庫收錄了所有廠家的ICD文件，利用三維二次設計技術在界面中直接顯示虛端子的開入開出信息，也能關聯其他間隔裝置，方便設計人員對虛回路進行設計，并能實現光電纜的自動生成，縮短了設計時間，提高了準確率。

3.1  虛回路設計

    智能變電站把傳統變電站的大量二次電纜接線轉化成了光纖接線，用SCD文件中的邏輯語句代表二次線，用虛端子代替了傳統的端子排，用GOOSE開入開出以及SV開入代替了保護設備的聯閉鎖接線。虛回路設計的正確與否決定了智能變電站繼電保護設備能否正確動作，因此確保虛回路設計的正確率對于一次設備的安全和電網的穩定運行起著至關重要的作用。

    三維二次設計以SCD文件的可視化編輯和校驗以及SCD/ICD/CID文件的管理和維護為核心，提供了可視化的設計、配置平臺，實現了設計配置的一體化、虛擬回路的可視化、管控校驗的自動化。不僅規范了智能變電站的二次設計，還大幅度提高了設計效率和質量，并為運行維護創造了便利條件。三維二次設計操作流程如圖3所示，ICD導入如圖4所示，虛端子關聯如圖5所示，自動生成虛端子走向圖如圖6所示。

3.2  光電纜的自動生成

    二次光電纜敷設是二次設計中最為復雜而繁瑣的環節。以往的光電纜敷設路徑設計，需要首先標明光電纜的起點和終點確定電纜走向，然后進行電纜長度統計，編制電纜清冊，其中包括電纜的根數、編號、型號規格等工程參數的標注。設計工作全部需要由設計人員手工完成，消耗大量的人力。應用三維后，在設備模型的建立中，已經對二次屏柜進行了建模，所以在進行光電纜連接時，可以直接在模型中定義每個接口的去向。只需設計人員對光電纜的起點和終點進行定義，而后通過與變電站電纜溝的三維設計結合，即可自動生成沒根光電纜的長度及根數，大大減少了設計時間和人工成本。圖7為光電纜清冊。

4  結論

    三維設計對變電工程數字化設計的提升是有目共睹的，而設備模型是三維設計的基礎，所以設備模型建立的好壞對三維設計的應用效果有著重要的作用，同時也決定了設計、建設、運維各階段能否實現數字化整體移交。在模型庫的建立過程中，根據規范規定各階段編碼的對應關系，在命名及屬性中都體現物料編碼和調度編碼，使三維技術貫穿于變電站工程項目的始終，幫助數字化三維設計技術在電力工程領域真正落在實處，促進電力領域的發展。

參考文獻

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[4] 鄭海濤．變電站數字化設計研究[J]．電工文摘，2016(4)．

作者信息:

楊  赫1，蘭春虎1，林立鵬2，郭晉芳1

（1. 國網天津市電力公司經濟技術研究院，天津 300171；

2. 國網天津市電力公司，天津 300010)