0  引言

    電力作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升，電力建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，這就對(duì)變電站的設(shè)計(jì)、建設(shè)及后期運(yùn)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(jì)是工程信息建立的過(guò)程，是整個(gè)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(gòu)、施工、運(yùn)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(méi)有做到標(biāo)準(zhǔn)化，致使設(shè)計(jì)階段建立的設(shè)備編碼在物資招標(biāo)采購(gòu)環(huán)節(jié)及后期運(yùn)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(jì)技術(shù)概述

    三維設(shè)計(jì)技術(shù)作為近年來(lái)引領(lǐng)發(fā)展變革的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，已被越來(lái)越多的企業(yè)所認(rèn)知、認(rèn)可并應(yīng)用于全壽命周期的項(xiàng)目管理中。

    將三維設(shè)計(jì)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(xiě)入設(shè)備模型屬性中，生成標(biāo)準(zhǔn)化模型庫(kù)，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(xì)分析標(biāo)準(zhǔn)化模型庫(kù)的建立過(guò)程，并給出模型庫(kù)的應(yīng)用實(shí)例，為變電站的數(shù)字化移交提供基礎(chǔ)。

2  模型庫(kù)的建立

    模型庫(kù)應(yīng)涵蓋各設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)（電氣一次、電氣二次、土建）會(huì)用到的所有設(shè)備，庫(kù)內(nèi)的模型信息應(yīng)包括電壓等級(jí)、設(shè)備類(lèi)別、設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備制造商等。

2.1  模型分類(lèi)

    為使模型信息方便辨識(shí)，清晰可查，需要將模型信息分為5個(gè)層級(jí)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，上下層級(jí)之間是繼承關(guān)系。第一層級(jí)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(jí)是專(zhuān)業(yè)特性，分為電氣工程、土建工程；第三層級(jí)為專(zhuān)業(yè)方向，該層級(jí)與第二層級(jí)存在繼承性。以第二層級(jí)為電氣工程為例，其第三層級(jí)分為電氣一次、電氣二次、智能輔助控制系統(tǒng)；第四層級(jí)內(nèi)容同樣因第三層級(jí)而不同，以第三層級(jí)為電氣二次為例，其第四層級(jí)分為繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、一體化監(jiān)控系統(tǒng)、電能量計(jì)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(shù)狀結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

    第五層級(jí)是每個(gè)物理設(shè)備的類(lèi)別名稱(chēng)，以第三層級(jí)為電氣二次為例，逐級(jí)細(xì)化，最終得到所有二次設(shè)備的分類(lèi)方案。具體的對(duì)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(duì)模型進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)之外，還應(yīng)在模型的命名上對(duì)設(shè)備的具體功能及相關(guān)信息進(jìn)行展示，增加模型的可應(yīng)用性。

    對(duì)于三維模型的命名除了用中文進(jìn)行標(biāo)注外，還應(yīng)采用“類(lèi)別關(guān)鍵字+專(zhuān)業(yè)關(guān)鍵字”的形式對(duì)裝置進(jìn)行命名。類(lèi)別關(guān)鍵字采用模型分類(lèi)中各子類(lèi)的縮寫(xiě)字母作為模型設(shè)備的類(lèi)別關(guān)鍵字，專(zhuān)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(xiě)設(shè)備專(zhuān)業(yè)關(guān)鍵字。

    以線路保護(hù)為例，LPT-LCD-NANA931-00。LPT表示線路保護(hù)的類(lèi)別關(guān)鍵字；專(zhuān)業(yè)關(guān)鍵字中，LCD為縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；NANA931代表廠家為南瑞繼保，裝置型號(hào)為RCS931；結(jié)尾處00代表版本修改編號(hào)。保護(hù)專(zhuān)業(yè)關(guān)鍵字中的保護(hù)種類(lèi)，以該套保護(hù)使用的主保護(hù)為準(zhǔn)。

2.3  模型構(gòu)成

    電氣二次設(shè)備由于對(duì)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(duì)二次設(shè)備進(jìn)行建模的過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)裝置以及裝置所在的屏柜統(tǒng)一進(jìn)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(guó)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(hù)裝置，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定裝置采用4U的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱設(shè)計(jì)，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(lèi)型、設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備型號(hào)、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(hào)、電網(wǎng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼、物料編碼、調(diào)度編碼。電網(wǎng)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼、物料編碼及調(diào)度編碼有著固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將編碼編號(hào)寫(xiě)入設(shè)備基本屬性中，可以保證模型庫(kù)在設(shè)計(jì)、招標(biāo)以及后期運(yùn)行維護(hù)中進(jìn)行完整的移交，方便各階段工作開(kāi)展。

    （3）屏柜架構(gòu)

    二次設(shè)備所裝屏柜除了一般的對(duì)外形和尺寸的建模外，還要對(duì)其內(nèi)部的端子排設(shè)置及屏柜下方的硬壓板及按鈕進(jìn)行建模。對(duì)端子排的建模遵循了以下幾點(diǎn)原則：

    ① 按照“功能分區(qū)，端子分段”的原則，根據(jù)繼電保護(hù)屏（柜）端子排功能不同，分段設(shè)置端子排；

    ② 端子排按段獨(dú)立編號(hào)，每段應(yīng)預(yù)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(yàn)端子；

    ⑤ 跳閘出口采用紅色試驗(yàn)端子，并與直流正電源端子適當(dāng)隔開(kāi)；

    ⑥ 一個(gè)端子的每一端只能接一根導(dǎo)線。

    保護(hù)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(dāng)精簡(jiǎn)”的原則；

    ② 每面屏（柜）壓板不宜超過(guò)5排，每排設(shè)置9個(gè)壓板，不足一排時(shí)，用備用壓板補(bǔ)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(hù)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(biāo)簽應(yīng)設(shè)置在硬壓板、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及按鈕下方或其本體上；

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

3  模型庫(kù)的應(yīng)用

    二次設(shè)備模型庫(kù)收錄了所有廠家的ICD文件，利用三維二次設(shè)計(jì)技術(shù)在界面中直接顯示虛端子的開(kāi)入開(kāi)出信息，也能關(guān)聯(lián)其他間隔裝置，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)虛回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并能實(shí)現(xiàn)光電纜的自動(dòng)生成，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了準(zhǔn)確率。

3.1  虛回路設(shè)計(jì)

    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(yǔ)句代表二次線，用虛端子代替了傳統(tǒng)的端子排，用GOOSE開(kāi)入開(kāi)出以及SV開(kāi)入代替了保護(hù)設(shè)備的聯(lián)閉鎖接線。虛回路設(shè)計(jì)的正確與否決定了智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備能否正確動(dòng)作，因此確保虛回路設(shè)計(jì)的正確率對(duì)于一次設(shè)備的安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

    三維二次設(shè)計(jì)以SCD文件的可視化編輯和校驗(yàn)以及SCD/ICD/CID文件的管理和維護(hù)為核心，提供了可視化的設(shè)計(jì)、配置平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)配置的一體化、虛擬回路的可視化、管控校驗(yàn)的自動(dòng)化。不僅規(guī)范了智能變電站的二次設(shè)計(jì)，還大幅度提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，并為運(yùn)行維護(hù)創(chuàng)造了便利條件。三維二次設(shè)計(jì)操作流程如圖3所示，ICD導(dǎo)入如圖4所示，虛端子關(guān)聯(lián)如圖5所示，自動(dòng)生成虛端子走向圖如圖6所示。

3.2  光電纜的自動(dòng)生成

    二次光電纜敷設(shè)是二次設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜而繁瑣的環(huán)節(jié)。以往的光電纜敷設(shè)路徑設(shè)計(jì)，需要首先標(biāo)明光電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)確定電纜走向，然后進(jìn)行電纜長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)，編制電纜清冊(cè)，其中包括電纜的根數(shù)、編號(hào)、型號(hào)規(guī)格等工程參數(shù)的標(biāo)注。設(shè)計(jì)工作全部需要由設(shè)計(jì)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(duì)二次屏柜進(jìn)行了建模，所以在進(jìn)行光電纜連接時(shí)，可以直接在模型中定義每個(gè)接口的去向。只需設(shè)計(jì)人員對(duì)光電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行定義，而后通過(guò)與變電站電纜溝的三維設(shè)計(jì)結(jié)合，即可自動(dòng)生成沒(méi)根光電纜的長(zhǎng)度及根數(shù)，大大減少了設(shè)計(jì)時(shí)間和人工成本。圖7為光電纜清冊(cè)。

4  結(jié)論

    三維設(shè)計(jì)對(duì)變電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)的提升是有目共睹的，而設(shè)備模型是三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所以設(shè)備模型建立的好壞對(duì)三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果有著重要的作用，同時(shí)也決定了設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維各階段能否實(shí)現(xiàn)數(shù)字化整體移交。在模型庫(kù)的建立過(guò)程中，根據(jù)規(guī)范規(guī)定各階段編碼的對(duì)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(xiàng)目的始終，幫助數(shù)字化三維設(shè)計(jì)技術(shù)在電力工程領(lǐng)域真正落在實(shí)處，促進(jìn)電力領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘭春虎，范巍，李盛偉，等．智能變電站二次系統(tǒng)信息模型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2017,智能電網(wǎng)增刊：270-272．

[2] 李思浩，周元強(qiáng)．變電站三維設(shè)計(jì)中的設(shè)備模型庫(kù)建設(shè)研究[J]．電工文摘，2017(3)：7-8．

[3] 宋璇坤，沈江，李敬如．新一代智能變電站概念設(shè)計(jì)[J]．電力建設(shè)，2013,34(6)：11-15．

[4] 鄭海濤．變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)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(guó)網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，天津 300171；

2. 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010)