电气工程硕士论文
摘 要
目前，我国电力行业主要设计单位已广泛引进了三维设计系统，三维设计已逐步进入变电站设计领域，并已经引起各大设计院的重视。三维设计是一种新一代的数字化、虚拟化、智能化的设计平台，它以三维空间技术为标志、数字化技术为纽带，将各专业的设计信息融会贯通。和二维设计相比，三维设计的特点在于“空间”和“数字化”。采用三维设计手段，在变电专业内的全过程流通和对变电站总平面布置进行优化设计是非常必要的，这对于工程设计行业来说既是机遇，也是挑战。
本文对三维设计的方法做了深度的研究，并将三维设计应用在高压变电站的实际工程设计中。利用三维设计的空间特点，可以实现复杂的地下管线布置、电缆优化布置、碰撞检查、施工模拟、可视化展示等内容；利用三维设计的数字化特点，可以实现主接线设计（如从设备属性中抽取主接线需要的主要参数，自动生成主接线参数表等）、电气计算（如防雷计算）、工程量统计、物资上报、施工进度管理、运维管理、数字化移交等内容。文中描述的三维设计流程，对变电站总平面布置设计的优化和工程竣工后变电站数字化移交有较大的理论意义，研究成果可直接应用于实际工程中，大大了提高工程设计的质量和效率。
关键词：三维设计；空间；数字化；优化设计
ABSTRACT
At present, three-dimensional design(3D design) has been widely introduced tothe main design unit of the electric power industry 3D design has been graduallyinto the substation design domain, and it has cause the attention of the major designinstitutes3D design is a new generation of digital, virtual and intelligent designplatform It is a new generation of design technology that takes 3D space technologyas the symbol and digital technology as the link, integrates the design information ofvarious specialtiesCompared with two-dimensional design(2D design), 3D design ischaracterized by "space" and "digitization" Using 3D design means, within thesubstation professional the whole process of circulation and optimize the generallayout of substation design is very necessary It is not only an opportunity forengineering design industry, is also a challenge
This paper makes a deep research on the method of 3D design,which is appliedin high voltage substations in practical engineering design Using thecharacteristics of space, the 3D design can realize complex underground pipelinelayout, cable optimization layout, collision inspection, construction simulation,visual display and so on Using the characteristics of digitization, the main wiringdesign (such as extracting the main wiring parameters from equipment attributes,automatically generating the main wiring parameter table, etc), electrical calculation(such as lightning protection calculation), engineering quantity statistics, materialreporting, construction progress management, operation and maintenancemanagement, digital handover and so on can be realizedThe 3D design processdescribed in this paper has great theoretical significance on the optimization of thegeneral layout design of substation and the digital transfer of substation after thecompletion of the projectThe research results can be directly used in practicalengineering, greatly improve the quality and efficiency of engineering design
Key Words: three-dimensional design(3D design); space; digitization ; optimizationdesign
目 录
第 1 章 引言
1.1 研究背景
目前，我国电力行业主要设计单位已广泛引进了三维设计系统，三维设计已逐步进入变电站设计领域。国内各大设计院开始了革新变电站设计手段的尝试，正处于一个从二维平面设计到三维可视化、数字化设计的转折时期。2010年国家电网公司相关部门出台了电网工程信息数字化移交规范，2013 年国网经研院发布了输变电工程数字化设计应用导则，2017 年初至今正在编制和发布的“输变电工程三维设计系列标准”，对电网工程设计单位的设计成果提出了标准规范要求。近期国网组织的若干项变电站工程三维设计专题竞赛，强力推动了三维设计的进步与发展。
（1）二维设计的缺点
电气一次专业在变电站各阶段均为龙头专业，而一贯以来传统的二维 CAD作图方式设计流程有诸多弊端：
① 单机版的二维绘图工具，缺乏集中部属，缺乏技术手段支持。例如主接线图和布置图、平面图和断面图间容易存在不对应。
② 现场施工需要在三维空间进行设备安装，二维施工图纸不够直观。变更时需要在多张图纸之间反复修改，难以保证设计质量。
③ 通用设计方案没有在全院范围内形成电子文档，导致个人内参考的通用设计不一致等等。
（2）三维设计的优点
三维设计是一种新一代的数字化、虚拟化、智能化的设计平台，是以三维空间技术为标志、数字化技术为纽带，将各专业的设计信息融会贯通，全面提高工程设计的质量和效率的新一代设计技术。和二维设计相比，三维设计的特点在于“空间”和“数字化”。
① 三维设计相比二维设计多了一个维度，因此使其具备了“空间”的概念，具备比二维图像内容更为丰富真实、更加符合人类视觉特性的特点。
② 三维设计中生成的大量数据（几何数据、属性数据等）、文档、图纸等相互之间均可以实现关联整合，其相比二维中的数据展示来说，呈现出更为强大的、便于管理、计算和使用的数字化特点。
在高压变电站工程设计中，利用三维设计的空间特点，可以实现复杂的地下管线布置、电缆优化布置、碰撞检查、施工模拟、可视化展示等内容；利用三维设计的数字化特点，可以实现主接线设计（如从设备属性中抽取主接线需要的主要参数，自动生成主接线参数表等）、电气计算（如防雷计算）、工程量统计、物资上报、施工进度管理、运维管理、数字化移交等内容。采用三维设计手段，在变电专业内的全过程流通和对变电站总平面布置进行优化设计是非常必要的，这对于工程设计行业来说既是机遇，也是挑战。
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1.2 三维设计软件平台现状
1.3 三维数字化设计总体构架
1.4 本文的主要工作
第 2 章 三维设计的工作流程
2.1 三维设计总体计划
2.2 三维设计协同环境创建
2.3 三维设计协同要求及流程
第 3 章 三维设计的建模研究
3.1 高压变电站工程初步设计设阶段建模
3.2 高压变电站工程施工图设计阶段建模
第 4 章 基于三维设计的全流程方案研究
4.1 全流程通用性解决方案
4.2 电气一次三维全流程通用性解决方案
第 5 章 基于三维模块化总装的电气总平面布置优化研究
5.1 三维模块化总装思路
5.2 三维总平布置方案
5.3 三维设计模块化总装及优化的基本步骤
5.4 实际工程案例的具体实现
第 6 章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致 谢
参考文献