CN104868339B - 一种基于bim模型的接地网建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM模型的接地网建立方法，包括以下步骤：(1)基于BIM模型构建电力系统模型，并获取该电力系统模型中各电气设备的电气特性参数；(2)计算所有电气连接点的最大单相短路电流；(3)获取接地网构建信息；(4)计算允许接触电压和允许跨步电压；(5)计算地面电位、接触电压和跨步电压，若均小于相应的允许值，则得到合理的接地网，否则进行步骤(6)；(6)修改接地网构建信息，重复步骤(4)～(5)，直至建立合理的接地网。本发明在建筑设计的同时进行电力设计，提高了接地网设计的灵活性和准确性，并降低工程成本。

Description

一种基于BIM模型的接地网建立方法
技术领域
本发明涉及电气设备安全领域，具体涉及一种基于BIM模型的接地网建立方法。
背景技术
BIM是Building Information Modeling的缩写，中文一般译为建筑信息模型，是利用数字信息仿真模拟建筑物的真实信息，通过数字化技术，在计算机中建立一个虚拟建筑物，一个建筑信息模型提供了一个单一的、完整一致的、逻辑的建筑信息库。
BIM技术的核心是利用计算机构建一个建筑信息的数据库，数据库中不仅包含建筑师的设计信息，而且可涵盖建筑从设计到建成使用，甚至是使用周期终结的全过程信息，同时这些信息是依据建筑三维模型建立的，即用户在实际查看信息时，能够直观地对应至建筑物的三维结构上，更加直观具体。自2002年来，国际建筑行业兴起了围绕BIM为核心的建筑信息化应用，BIM已经成为了建筑行业的标准。
目前，电气安全设计与建筑设计的过程往往是独立的，电气安全设计与建筑设计需要两类软件分别进行设计。电气安全设计主要由电力设计人员来完成，主要倾向于电气系统的拓扑结构设计及相关的电气仿真，如潮流计算、短路计算等等，这些过程通常使用专业的设计工具来讲进行计算。在计算的过程中，电力设计人员需要根据这些设计软件的需求，输入大量的相关数据和模型信息。
电气安全设计与建筑设计的最直观区别表现在：电气安全设计是以二维的单线图形式来表达整个电气系统，而基于BIM的建筑设计是以三维的立体图形式来表现整个建筑模型，电气安全设计与建筑设计相互隔离的设计模式导致两种模型的构建过程中需要大量的重复工作，使工程成本高，周期长，常常出现由于模型不一致导致的问题纠纷，因此，需要将电气安全设计与建筑设计进行统一，提高工程效率。
发明内容
本发明提供了一种基于BIM模型的接地网建立方法，将接地网设计与建筑设计有机结合起来，使接地网的设计过程更加高效灵活，设计结果更加直观准确。
一种基于BIM模型的接地网建立方法，包括以下步骤：
(1)基于BIM模型构建电力系统模型，并获取该电力系统模型中各电气设备的电气特性参数。
现有技术中电力设计过程通常采用二维单线图进行电力系统的表达，这种二维的单线图只有具备电气领域专业知识的人才能够完整地解读，BIM模型是以的立体图形式来表达建筑的真实构造，更加直观具体，基于BIM模型构建电力系统模型，能够反映电力系统的真实布局情况，且相关设计以及施工人员也更容易直观地获取所需的信息。
例如，基于BIM模型建立的电力系统模型中，能够直观地看到电气设备的放置地点以及放置方式，各电气设备之间的拓扑结构等信息。
电力系统模型构建完毕之后，可以进行电力系统相关的各种计算，例如潮流计算、短路计算等。
本发明中主要涉及接地网的建立，因此，步骤(1)中获取的电气特性参数为参与短路电流计算所涉及的电气特性参数，例如电源参数的电压幅值、相位等；线路参数的长度、单位阻抗等；负荷参数的有功功率、无功功率等。
(2)依据电气特性参数计算电力系统模型中所有电气连接点的最大单相短路电流。
每个电气连接点对应一个单相短路电流，各个电气连接点的单相短路电流的最大值即为最大单相短路电流，计算时，首先依据IEC60909-0-2001标准计算电力系统模型中各个电气连接点的单相短路电流，然后相互比较获得最大单相短路电流。
(3)由电力系统模型中获取接地网构建信息。
所述电力系统模型中包含电力系统拓扑结构、电气设备的电气特性参数、初始的接地网构建信息。
(4)依据该接地网构建信息计算允许接触电压和允许跨步电压。
所述接地网构建信息依据IEEE-80th-2000标准从基于BIM模型构建的电力系统模型中获取，即接地网构建所需要的属性参数依据IEEE-80th-2000标准所规定的进行获取，例如，接地网尺寸、接地网材料、土壤环境等。
接地网构建信息的来源还包括手动输入，即如果接地网构建信息从电力系统模型中不能直接获取，可以采用手动输入的方式进行补充，或者从电力系统模型中获取的接地网构建信息不理想，可以采用手动输入的方式进行修改。
依据IEEE-80th-2000标准从电力系统模型中获得的接地网构建信息，在某些情况下并不合理，需要选择合适的参数对该接地网构建信息进行合理性判断，如果判定结果不合理，需要进一步修改接地网构建信息，直至获得合理的接地网，这个针对接地网的优化设计过程由以下的步骤(4)～(6)完成。
(5)以最大单相短路电流作为接地网的入地电流，计算地面电位、跨步电压和接触电压，若三者均小于相应的允许值，则得到合理的接地网，否则进行步骤(6)。
以地面电位、接触电压和跨步电压为依据，判断接地网设计的合理性，确保电气设备和工作人员的安全，为接地网设计人员优化接地网提供参考。
允许接触电压、允许跨步电压、地面电位、接触电压以及跨步电压的计算都依据IEEE-80th-2000标准进行。
(6)修改接地网构建信息，重复步骤(4)～(5)，直至建立合理的接地网。该步骤中修改接地网构建信息通过预设规则自动修改或者通过手动输入修改，修改接地网构建信息包括修改接地网尺寸、修改接地网材料、修改土壤环境中的至少一种。
修改接地网构建信息理论上接地网的各种属性参数都可以修改，但是基于工程实践的可操作性，优先对接地网尺寸、接地网材料以及土壤环境进行修改。
本发明基于BIM模型的接地网建立方法，在建筑设计的同时进行电力设计，对基于BIM模型建立的电力系统进行接地网设计，提高了接地网设计的灵活性以及准确性，通过修改接地网构建信息使接地网设计符合安全规范，并降低工程成本。
附图说明
图1为本发明基于BIM模型的接地网建立方法的流程图；
图2为本发明中BIM模型的电气设备分布剖面图；
图3为本发明中基于BIM模型构建的电力系统的拓扑结构图；
图4为本发明具体实施方式中电气设备的电气特性参数图；
图5为本发明具体实施方式中获得的接地网的模型图；
图6为本发明基于BIM模型的接地网建立方法的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明基于BIM模型的接地网建立方法做详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，一种基于BIM模型的接地网建立方法，包括以下步骤：
(1)基于BIM模型构建电力系统模型，并获取该电力系统模型中各电气设备的电气特性参数。
基于BIM模型建立的电力系统模型的剖面图如图2所示，由图2可见，电力系统模型的空间位置关系表达得直观具体，相比现有的电力系统二维图而言，具有更好的辨识性。
依据电力系统模型确定涉及接地网构建的电气设备之间的电气连接关系，在判断电气连接关系时，由负荷端向电源端遍历，通过电气连接关系建立连接树，得到电力系统拓扑结构，如图3所示。
获取的电气特性参数为参与短路电流计算所涉及的电气特性参数，包括电源参数的电压幅值、相位等；线路参数的长度、单位阻抗等；负荷参数的有功功率、无功功率等，如图4所示。
(2)依据电气特性参数计算电力系统模型中所有电气连接点的最大单相短路电流。
依据步骤(1)得到的电力系统拓扑结构以及电气特性参数，对电力系统的每个电气连接点进行非对称故障模拟，参照IEC60909-0-2001标准计算电力系统模型中各个电气连接点的单相短路电流。
依据图4所提供的数据，计算得到各电气连接点的单相短路电流分别为1.2kA、1.4kA、2.1kA、2.5kA和3.1kA。
对各个电气连接点的单相短路电流依次进行比较，得到最大单相短路电流为3.1kA。
(3)由电力系统模型中依据IEEE-80th-2000标准所规定的接地网所需要的属性参数获取接地网构建信息，然后依据IEEE-80th-2000标准计算允许接触电压和允许跨步电压。
本实施例中从电力系统模型中获取的接地网构建信息如下：
水平接地网材质为镀铜钢绞线，长为90m，数量为5根，宽为50m，数量为10根，水平导体横截面积为120mm2，掩埋深度为600mm，垂直接地体材质为镀铜钢棒，长为3m，数量为4根，分别位于水平接地网的四个端点，故障持续时间为150ms，系统频率为50hz，阻抗比值x/R为15，人体重量为70kg。土壤模型的属性参数采用用户手动输入的方式：土壤电阻率为300Ω.m，表层材料(例如碎石)厚度为100mm，表层材料电阻率为3000Ω.m，依据该接地网构建信息，建立的接地网如图5所示。
(4)以最大单相短路电流(本实施例中为3.1kA)作为接地网的入地电流，依据IEEE-80th-2000标准计算地面电位，若地面电位小于允许接触电压，则得到合理的接地网，否则进行步骤(5)；
(5)以最大单相短路电流作为接地网的入地电流，依据IEEE-80th-2000标准计算接触电压和跨步电压，若接触电压小于允许接触电压，且跨步电压小于允许跨步电压，则得到合理的接地网，否则进行步骤(6)；
(6)修改接地网构建信息，重复步骤(4)～(5)，直至建立合理的接地网。
步骤(3)～(6)的计算流程如图6所示，本实施例中计算得到：允许接触电压为1720V，允许跨步电压为5664V，接触电压为1700V，跨步电压为790V，接触电压小于允许接触电压，且跨步电压小于允许跨步电压，接地网符合安全性要求。

Claims (8)

1.一种基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基于BIM模型构建电力系统模型，并获取该电力系统模型中各电气设备的电气特性参数；
(2)依据电气特性参数计算电力系统模型中所有电气连接点的最大单相短路电流；
(3)由电力系统模型中获取接地网构建信息；
(4)依据接地网构建信息计算允许接触电压和允许跨步电压；
(5)以最大单相短路电流作为接地网的入地电流，计算地面电位、跨步电压和接触电压，若三者均小于相应的允许值，则得到合理的接地网，否则进行步骤(6)；
(6)修改接地网构建信息，重复步骤(4)～(5)，直至建立合理的接地网。
2.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，所述电力系统模型中包含电力系统拓扑结构、电气设备的电气特性参数、初始的接地网构建信息。
3.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，步骤(2)中首先依据IEC60909-0-2001标准计算电力系统模型中各个电气连接点的单相短路电流，然后相互比较获得最大单相短路电流。
4.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，所述接地网构建信息依据IEEE-80th-2000标准从基于BIM模型构建的电力系统模型中获取。
5.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，步骤(6)中修改接地网构建信息通过预设规则自动修改或者通过手动输入修改。
6.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，步骤(3)中接地网构建信息的来源还包括手动输入。
7.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，步骤(1)中获取的电气特性参数为参与短路电流计算所涉及的电气特性参数。
8.如权利要求1所述的基于BIM模型的接地网建立方法，其特征在于，步骤(6)中修改接地网构建信息包括修改接地网尺寸、修改接地网材料、修改土壤环境中的至少一种。
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