0  引言

    电力作为国民经济发展的支柱产业,影响着人民的日常生活，更是工业发展的基础。随着我国经济发展水平的提升，电力建设规模不断扩大，这就对变电站的设计、建设及后期运维提出了更高的要求。在输变电工程全寿命周期管理体系中，设计是工程信息建立的过程，是整个工程的龙头，其完成的出色与否将直接影响到后续的采购、施工、运行、资产管理等一系列环节。但目前变电设备的模型没有做到标准化，致使设计阶段建立的设备编码在物资招标采购环节及后期运维管理中得不到贯彻，不利于变电站全寿命周期的管理及移交工作。

1  三维设计技术概述

    三维设计技术作为近年来引领发展变革的一项关键技术，已被越来越多的企业所认知、认可并应用于全寿命周期的项目管理中。

    将三维设计应用于输变电工程，可以建立起整站设备的模型，整合编码，将寿命周期中不同阶段的编码写入设备模型属性中，生成标准化模型库，为变电站全寿命周期的设备管理及移交工作提供支撑。本文以变电站二次设备为例，详细分析标准化模型库的建立过程，并给出模型库的应用实例，为变电站的数字化移交提供基础。

2  模型库的建立

    模型库应涵盖各设计专业（电气一次、电气二次、土建）会用到的所有设备，库内的模型信息应包括电压等级、设备类别、设备名称、设备制造商等。

2.1  模型分类

    为使模型信息方便辨识，清晰可查，需要将模型信息分为5个层级的树形结构，上下层级之间是继承关系。第一层级是工程性质，分为变电站工程、架空线路工程、电缆线路工程；第二层级是专业特性，分为电气工程、土建工程；第三层级为专业方向，该层级与第二层级存在继承性。以第二层级为电气工程为例，其第三层级分为电气一次、电气二次、智能辅助控制系统；第四层级内容同样因第三层级而不同，以第三层级为电气二次为例，其第四层级分为继电保护及安全自动装置、一体化监控系统、电能量计量采集系统、智能设备、系统通讯各部分。变电站工程的模型信息树状结构如下图1所示。

    第五层级是每个物理设备的类别名称，以第三层级为电气二次为例，逐级细化，最终得到所有二次设备的分类方案。具体的对应关系如下图2所示。

2.2  模型命名

    为了使三维模型更容易查找与应用，除了对模型进行详细的分类之外，还应在模型的命名上对设备的具体功能及相关信息进行展示，增加模型的可应用性。

    对于三维模型的命名除了用中文进行标注外，还应采用“类别关键字+专业关键字”的形式对装置进行命名。类别关键字采用模型分类中各子类的缩写字母作为模型设备的类别关键字，专业关键字根据装置不同应用、不同厂家、不同版本等信息，编写设备专业关键字。

    以线路保护为例，LPT-LCD-NANA931-00。LPT表示线路保护的类别关键字；专业关键字中，LCD为纵联差动保护；NANA931代表厂家为南瑞继保，装置型号为RCS931；结尾处00代表版本修改编号。保护专业关键字中的保护种类，以该套保护使用的主保护为准。

2.3  模型构成

    电气二次设备由于对环境要求较高，一般都把装置安装在二次设备屏柜中，所以对二次设备进行建模的过程中，应该对装置以及装置所在的屏柜统一进行建模。二次设备有以下几部分构成。

    （1）二次设备外形及尺寸

    电气二次设备的外形及尺寸在国网公司输变电工程通用设备中有明确的尺寸规定，如线路保护装置，标准规定装置采用4U的标准机箱设计，采用嵌入式安装方式，二次设备模型的外形及尺寸按照通用设备尺寸建模即可。

    （2）二次设备属性

    电气二次设备模型具有可编辑的该设备的基本属性以及特有属性。基本属性包括设备类型、设备名称、设备型号、设备生产厂家、设备版本、设备端口、设备背板、所属间隔、额定电流及额定电压、PMS设备ID号、电网标识系统编码、物料编码、调度编码。电网标识系统编码、物料编码及调度编码有着固定的对应关系，将编码编号写入设备基本属性中，可以保证模型库在设计、招标以及后期运行维护中进行完整的移交，方便各阶段工作开展。

    （3）屏柜架构

    二次设备所装屏柜除了一般的对外形和尺寸的建模外，还要对其内部的端子排设置及屏柜下方的硬压板及按钮进行建模。对端子排的建模遵循了以下几点原则：

    ① 按照“功能分区，端子分段”的原则，根据继电保护屏（柜）端子排功能不同，分段设置端子排；

    ② 端子排按段独立编号，每段应预留备用端子；

    ③ 公共端、同名出口端采用端子连线；

    ④ 交流电流和交流电压采用试验端子；

    ⑤ 跳闸出口采用红色试验端子，并与直流正电源端子适当隔开；

    ⑥ 一个端子的每一端只能接一根导线。

    保护屏背面端子排建模排列如表1所示。

    屏柜的硬压板及按钮的建模原则如下：

    ① 压板设置遵循“保留必需，适当精简”的原则；

    ② 每面屏（柜）压板不宜超过5排，每排设置9个压板，不足一排时，用备用压板补齐。分区布置出口压板和功能压板。压板在屏（柜）体正面自上而下，从左至右依次排列；

    ③ 保护跳闸出口及与失灵回路相关出口压板采用红色，功能压板采用黄色，压板底座及其它压板采用浅驼色；

    ④ 标签应设置在硬压板、转换开关及按钮下方或其本体上；

    ⑤ 转换开关、按钮安装位置应便于巡视、操作，方便检修。

3  模型库的应用

    二次设备模型库收录了所有厂家的ICD文件，利用三维二次设计技术在界面中直接显示虚端子的开入开出信息，也能关联其他间隔装置，方便设计人员对虚回路进行设计，并能实现光电缆的自动生成，缩短了设计时间，提高了准确率。

3.1  虚回路设计

    智能变电站把传统变电站的大量二次电缆接线转化成了光纤接线，用SCD文件中的逻辑语句代表二次线，用虚端子代替了传统的端子排，用GOOSE开入开出以及SV开入代替了保护设备的联闭锁接线。虚回路设计的正确与否决定了智能变电站继电保护设备能否正确动作，因此确保虚回路设计的正确率对于一次设备的安全和电网的稳定运行起着至关重要的作用。

    三维二次设计以SCD文件的可视化编辑和校验以及SCD/ICD/CID文件的管理和维护为核心，提供了可视化的设计、配置平台，实现了设计配置的一体化、虚拟回路的可视化、管控校验的自动化。不仅规范了智能变电站的二次设计，还大幅度提高了设计效率和质量，并为运行维护创造了便利条件。三维二次设计操作流程如图3所示，ICD导入如图4所示，虚端子关联如图5所示，自动生成虚端子走向图如图6所示。

3.2  光电缆的自动生成

    二次光电缆敷设是二次设计中最为复杂而繁琐的环节。以往的光电缆敷设路径设计，需要首先标明光电缆的起点和终点确定电缆走向，然后进行电缆长度统计，编制电缆清册，其中包括电缆的根数、编号、型号规格等工程参数的标注。设计工作全部需要由设计人员手工完成，消耗大量的人力。应用三维后，在设备模型的建立中，已经对二次屏柜进行了建模，所以在进行光电缆连接时，可以直接在模型中定义每个接口的去向。只需设计人员对光电缆的起点和终点进行定义，而后通过与变电站电缆沟的三维设计结合，即可自动生成没根光电缆的长度及根数，大大减少了设计时间和人工成本。图7为光电缆清册。

4  结论

    三维设计对变电工程数字化设计的提升是有目共睹的，而设备模型是三维设计的基础，所以设备模型建立的好坏对三维设计的应用效果有着重要的作用，同时也决定了设计、建设、运维各阶段能否实现数字化整体移交。在模型库的建立过程中，根据规范规定各阶段编码的对应关系，在命名及属性中都体现物料编码和调度编码，使三维技术贯穿于变电站工程项目的始终，帮助数字化三维设计技术在电力工程领域真正落在实处，促进电力领域的发展。

参考文献

[1] 兰春虎，范巍，李盛伟，等．智能变电站二次系统信息模型标准化设计[J]．电子技术应用，2017,智能电网增刊：270-272．

[2] 李思浩，周元强．变电站三维设计中的设备模型库建设研究[J]．电工文摘，2017(3)：7-8．

[3] 宋璇坤，沈江，李敬如．新一代智能变电站概念设计[J]．电力建设，2013,34(6)：11-15．

[4] 郑海涛．变电站数字化设计研究[J]．电工文摘，2016(4)．

作者信息:

杨  赫1，兰春虎1，林立鹏2，郭晋芳1

（1. 国网天津市电力公司经济技术研究院，天津 300171；

2. 国网天津市电力公司，天津 300010)