0  引言

    電力作為國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè),影響著人民的日常生活，更是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的提升，電力建設(shè)規(guī)模不斷擴大，這就對變電站的設(shè)計、建設(shè)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(shè)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(xù)的采購、施工、運行、資產(chǎn)管理等一系列環(huán)節(jié)。但目前變電設(shè)備的模型沒有做到標準化，致使設(shè)計階段建立的設(shè)備編碼在物資招標采購環(huán)節(jié)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(shè)計技術(shù)概述

    三維設(shè)計技術(shù)作為近年來引領(lǐng)發(fā)展變革的一項關(guān)鍵技術(shù)，已被越來越多的企業(yè)所認知、認可并應(yīng)用于全壽命周期的項目管理中。

    將三維設(shè)計應(yīng)用于輸變電工程，可以建立起整站設(shè)備的模型，整合編碼，將壽命周期中不同階段的編碼寫入設(shè)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(shè)備管理及移交工作提供支撐。本文以變電站二次設(shè)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(yīng)用實例，為變電站的數(shù)字化移交提供基礎(chǔ)。

2  模型庫的建立

    模型庫應(yīng)涵蓋各設(shè)計專業(yè)（電氣一次、電氣二次、土建）會用到的所有設(shè)備，庫內(nèi)的模型信息應(yīng)包括電壓等級、設(shè)備類別、設(shè)備名稱、設(shè)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(jié)構(gòu)，上下層級之間是繼承關(guān)系。第一層級是工程性質(zhì)，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(yè)特性，分為電氣工程、土建工程；第三層級為專業(yè)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(tǒng)；第四層級內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)、電能量計量采集系統(tǒng)、智能設(shè)備、系統(tǒng)通訊各部分。變電站工程的模型信息樹狀結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

    第五層級是每個物理設(shè)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(shè)備的分類方案。具體的對應(yīng)關(guān)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(yīng)用，除了對模型進行詳細的分類之外，還應(yīng)在模型的命名上對設(shè)備的具體功能及相關(guān)信息進行展示，增加模型的可應(yīng)用性。

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

    以線路保護為例，LPT-LCD-NANA931-00。LPT表示線路保護的類別關(guān)鍵字；專業(yè)關(guān)鍵字中，LCD為縱聯(lián)差動保護；NANA931代表廠家為南瑞繼保，裝置型號為RCS931；結(jié)尾處00代表版本修改編號。保護專業(yè)關(guān)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(gòu)成

    電氣二次設(shè)備由于對環(huán)境要求較高，一般都把裝置安裝在二次設(shè)備屏柜中，所以對二次設(shè)備進行建模的過程中，應(yīng)該對裝置以及裝置所在的屏柜統(tǒng)一進行建模。二次設(shè)備有以下幾部分構(gòu)成。

    （1）二次設(shè)備外形及尺寸

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

    （2）二次設(shè)備屬性

    電氣二次設(shè)備模型具有可編輯的該設(shè)備的基本屬性以及特有屬性?；緦傩园ㄔO(shè)備類型、設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備生產(chǎn)廠家、設(shè)備版本、設(shè)備端口、設(shè)備背板、所屬間隔、額定電流及額定電壓、PMS設(shè)備ID號、電網(wǎng)標識系統(tǒng)編碼、物料編碼、調(diào)度編碼。電網(wǎng)標識系統(tǒng)編碼、物料編碼及調(diào)度編碼有著固定的對應(yīng)關(guān)系，將編碼編號寫入設(shè)備基本屬性中，可以保證模型庫在設(shè)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(gòu)

    二次設(shè)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(nèi)部的端子排設(shè)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(qū)，端子分段”的原則，根據(jù)繼電保護屏（柜）端子排功能不同，分段設(shè)置端子排；

    ② 端子排按段獨立編號，每段應(yīng)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(shè)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(shè)置9個壓板，不足一排時，用備用壓板補齊。分區(qū)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(guān)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(yīng)設(shè)置在硬壓板、轉(zhuǎn)換開關(guān)及按鈕下方或其本體上；

    ⑤ 轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕安裝位置應(yīng)便于巡視、操作，方便檢修。

3  模型庫的應(yīng)用

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

3.1  虛回路設(shè)計

    智能變電站把傳統(tǒng)變電站的大量二次電纜接線轉(zhuǎn)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(tǒng)的端子排，用GOOSE開入開出以及SV開入代替了保護設(shè)備的聯(lián)閉鎖接線。虛回路設(shè)計的正確與否決定了智能變電站繼電保護設(shè)備能否正確動作，因此確保虛回路設(shè)計的正確率對于一次設(shè)備的安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。

    三維二次設(shè)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(shè)計、配置平臺，實現(xiàn)了設(shè)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(guī)范了智能變電站的二次設(shè)計，還大幅度提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，并為運行維護創(chuàng)造了便利條件。三維二次設(shè)計操作流程如圖3所示，ICD導入如圖4所示，虛端子關(guān)聯(lián)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(shè)是二次設(shè)計中最為復雜而繁瑣的環(huán)節(jié)。以往的光電纜敷設(shè)路徑設(shè)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(tǒng)計，編制電纜清冊，其中包括電纜的根數(shù)、編號、型號規(guī)格等工程參數(shù)的標注。設(shè)計工作全部需要由設(shè)計人員手工完成，消耗大量的人力。應(yīng)用三維后，在設(shè)備模型的建立中，已經(jīng)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(shè)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(shè)計結(jié)合，即可自動生成沒根光電纜的長度及根數(shù)，大大減少了設(shè)計時間和人工成本。圖7為光電纜清冊。

4  結(jié)論

    三維設(shè)計對變電工程數(shù)字化設(shè)計的提升是有目共睹的，而設(shè)備模型是三維設(shè)計的基礎(chǔ)，所以設(shè)備模型建立的好壞對三維設(shè)計的應(yīng)用效果有著重要的作用，同時也決定了設(shè)計、建設(shè)、運維各階段能否實現(xiàn)數(shù)字化整體移交。在模型庫的建立過程中，根據(jù)規(guī)范規(guī)定各階段編碼的對應(yīng)關(guān)系，在命名及屬性中都體現(xiàn)物料編碼和調(diào)度編碼，使三維技術(shù)貫穿于變電站工程項目的始終，幫助數(shù)字化三維設(shè)計技術(shù)在電力工程領(lǐng)域真正落在實處，促進電力領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻

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作者信息:

楊  赫1，蘭春虎1，林立鵬2，郭晉芳1

（1. 國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，天津 300171；

2. 國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010)