CN106599373A

CN106599373A - 基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统及其方法

Info

Publication number: CN106599373A
Application number: CN201611018886.8A
Authority: CN
Inventors: 李思浩; 周元强; 谭海兰; 邵俊伟; 熊静; 王少宁
Original assignee: China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: CN106599373B

Abstract

本发明公开了一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统，三维设计平台包括电气设计模块，电气设计模块可在三维环境下布置电气元件及电气连接线，完成变电站主接线简图设计，并自动生成变电站主接线简图设计的阻抗图，程序设置模块，用于定义阻抗图的符号、设定阻抗图的短路计算点及短路电流公式、设定公用计算变量；计算模块，用于根据程序设置模块设定的短路电流公式计算阻抗图的短路电流。本发明基于变电站三维设计软件的短路电流计算实现了变电站数字化/三维设计的要求。突破了常规设计模式，有效提高设计的质量和效率。

Description

基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统及其方法

技术领域

本发明属于电气设计领域，具体涉及一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统及其方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，变电站三维设计手段开始逐步推广。目前，大部分设计院采用的是Bentley Substation变电站三维设计软件。其他变电站相关的三维设计软件还有博超STD、PDMS、PDS等。

在应用Bentley Substation等变电站三维设计软件开展电气设计时，软件提供了二维接线绘制、三维设备导线布置、平断面图剖切等绘图功能，满足了基本的三维设计要求。

Bentley Substation变电站三维设计软件:是专门针对变电站的设计工具，具有专业、成熟的智能辅助设计功能，能够保证在整个项目设计过程中设计数据的共享及继承，从而真正实现三维数字化协同设计。并且，设计数据可以传递到施工、采购、运维等各阶段，是覆盖工程项目各个阶段的软件系统。其可以调用智能化、参数化的三维模型，在三维环境下布置电气设备与导体、建（构）筑物等，并自动生成图纸。

使用Bentley Substation变电三维设计软件，可以快速完成二维原理图设计，智能地进行三维设备布置，并可进行导线受力分析，生成施工报表等设计工作。三维模型通过动态剖切可以自动生成二维平断面图纸，满足施工要求。在三维设计中，二维原理图、三维模型的布置和二维平断面均可以实时关联，大幅度地提高了设计效率。

此外，三维软件还可以完成防雷、接地、照明、电缆敷设、端子接线图等系统的设计，帮助设计人员高质高效地完成变电站电气设计。

Bentley Substation变电站三维设计软件是在基础数据库和工程数据库中进行专业内设计：

基础数据库是在工程设计之前就建设好的库，库里包括：

设备符号库，体现的是设备的外形，包括二维接线符号模型和三维设备模型；

设备型号库，标识了设备具体的信息。该库实质为“设备型号属性表”，表中包含了设备从设计、采购到施工安装等阶段的各种信息。该库关联了设备符号库，即一个具体型号的设备关联一个二维模型和一个三维模型。

在工程的不同阶段、不同人员可以共享这些数据信息，这一功能保证了各种设备或管理台帐的完整性、准确性和唯一性。同时型号库中属性栏的数量随着工程的进展还可以进行扩充。

模板库，包含多种材料表模板。

工程数据库，存储当前工程的工程背景、卷册图纸、计算报告、设备模型、设备参数、专业间协同等所有工程信息。

但目前的三维软件应用重点倾向于制图，而在变电站设计中的计算部分，有所缺失。对于电气一次专业设计中的重点计算，短路电流计算，也没有提供此类功能。变电站短路电流计算的作用是在变电站设计中，为了电气主接线的比选、电气设备及载流导体的选择、继电保护装置的整定计算、限制短路电流措施确定等目的，往往都需要先进行短路电流计算。准确地进行短路电流计算就能根据变电站电力系统的实际情况确定限制短路电流的方案，得到既可靠又经济的主接线方案。短路电流主要包含三相短路电流和单相短路电流。

而传统设计模式下的短路电流计算，设计院基本均采用独立的第三方程序。此种方式下的计算无法与设计阶段的其他流程产生直接的关联，也不符合目前变电站数字化设计发展的大趋势。

目前变电站的短路电流，设计院一般采用独立第三方软件进行计算，未有与数字化/三维设计平台结合并应用的实际案例。

常规短路电流计算的基本步骤如下：

1)设定基准容量，根据主变电压值、短路阻抗值，计算主变阻抗标幺值；

2)在二维环境下（如CAD软件等）绘制变电站的等值阻抗简化图，设置短路计算点，如图1所示（一个220kV三电压等级的变电站）；

3)根据计算程序的数据文件格式要求，分别输入“正序节点数”、“零序节点数”、“正序支路数”、“零序支路数”、“互感支路数”、“正序阻抗值参数”、“零序阻抗值参数”等，分别进行三相短路和单相短路的计算，生成计算书，输出计算结果；

4)根据计算程序输出的短路电流标幺值，计算各短路点的不同短路形式下的短路电流有效值，形成最终结果。范例如下表所示。

现有的短路电流计算方式，是基于目前传统设计模式下的方法。传统变电工程二维CAD设计方式存在着一些无法弥补的缺陷:

（1）各种信息以手工输入为主，自动化程度低，导致设计人员的重复工作量很大，也容易造成遗漏。

（2）工程设计中生成大量的数据、文档，无法对这些信息进行整合，容易丢失和造成信息孤岛，影响设计效率。

（3）缺乏工程背景，短路电流计算往往是独立式的，和设计的主体以及后续流程没有关联性，无法直接应用到主接线选择、设备导体选型等工程设计中。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统及其方法。

本发明的技术方案是提供一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统，所述三维设计平台包括电气设计模块，所述电气设计模块可在三维环境下布置电气元件及电气连接线，完成变电站主接线简图设计，并自动生成变电站主接线简图设计的阻抗图，其特征在于，还包括：

程序设置模块，用于定义所述阻抗图的符号、设定所述阻抗图的短路计算点及短路电流公式、设定公用计算变量；

计算模块，用于根据所述程序设置模块设定的短路电流公式计算所述阻抗图的短路电流。

优选的，所述三维设计平台包括基础数据库和工程数据库；

所述基础数据库是在工程设计之前就建设好的数据库，所述基础数据库里包括：

1）设备符号库，体现的是设备的外形，包括二维接线符号模型和三维设备模型；

2）设备型号库，标识了设备具体的信息；

3）模板库,包含多种材料表模板；

所述工程数据库，存储以下工程信息：当前工程的工程背景、卷册图纸、计算报告、设备模型、设备参数、专业间协同。

本发明还提供一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法，所述三维设计平台包括:

电气设计模块，所述电气设计模块可在三维环境下绘制电气元件及其电气连接线，完成变电站电气主接线设计，并自动生成变电站电气主接线设计的阻抗图;

计算模块，用于根据所述程序设置模块设定的短路电流公式计算所述阻抗图的短路电流；

基础数据库，其是在工程设计之前就建设好的数据库，所述基础数据库里包括：

设备符号库，体现的是设备的外形，包括二维接线符号模型和三维设备模型，及

设备型号库，标识了设备具体的信息，及

模板库；

工程数据库，用于存储以下工程信息：当前工程的工程背景、卷册图纸、计算报告、设备模型、设备参数、专业间协同；其包括以下步骤：

1）提取工程信息，从所述工程数据库中提取工程信息；

2）创建主接线简图，根据变电站建设规模，创建主接线简图；所述主接线简图由各种电气元件及电气连接线组成；

3）设定设备参数，从所述主接线简图中选中电气元件，设置其设备参数，包括，主变的额定容量、短路电压百分比的有名值、填写系统阻抗的标幺值、或导线的基准电压值；在所述主接线简图上选择短路点，并将所述短路点设置为三相或单相短路点；

4)创建阻抗图，所述电气设计模块从所述主接线简图生成阻抗图；

5）在所述阻抗图上定义符号阻抗图；设置每个所述短路点的短路电流公式；设置公用的计算变量；

6）生成计算结果，根据所述阻抗图的短路点及其短路电流公式，计算变电站短路电流，生成短路电流计算书。

优选的，所述步骤6）后还包括以下步骤：

7）将计算得到的变电站短路电流保存到所述工程数据库。

优选的，所述步骤2中，所述主接线简图通过放置设备符号集和/或放置设备两种方式创建，所述设备符号集为预先设定的若干个设备及其电气连接的集合。

本发明通过对变电站短路电流的计算流程、输入输出方式的改进，使用BentleySubstation软件等三维设计平台，采用数字化文档和数据整合的方法，以信息流转为驱动，形成基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法。本发明突破了常规设计模式二维图纸带来的局限性，以具有逻辑关联关系的项目数据库为核心，满足了不同业主对于数字化移交内容和格式的要求，并有效提高本专业设计的质量和效率，推进从传统设计模式到数字化设计模式的转变。数据信息贯穿设计、建设、运行各个阶段，满足业主关于“数字化移交”的需求。

附图说明

图1是一个220kV三电压等级的变电站的等值阻抗简化图；

图2是本发明基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图2所示，本发明的一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统及其方法的具体实施方案是：

1）提取工程信息

新建项目时，从变电站项目列表中选取，使当前的短路电流计算项目和工程信息相匹配，读取工程名称、工程编号等信息。使后续的计算结果可匹配到选定的工程数据库中。

（2）创建主接线简图

根据变电站建设规模，创建主接线简图。主接线简图由各种电气元件及电气连接线组成。创建方法有“放置Macro”（Macro指设备符号集）和“放置设备”两种方式。

“放置设备”方式，下拉设备列表里，有各电气元件的二维符号，如“系统阻抗”、“变压器阻抗”、“穿越电抗”等。将各电气元件分别放置后，使用软件的电气线绘制功能，将各元件连接，即形成主接线简图。

“放置Macro”方式，下拉Macro列表里，有设备符号库中做好的主接线简图模型，可以直接从中选取，放置使用。

（3）设定设备参数

绘制好接线简图后，选中电气元件，单击右键后出现设备的信息表，填写主变的额定容量、短路电压百分比的有名值，填写系统阻抗的标幺值。选中电气连接线，填写导线的基准电压值（如525kV、230kV等）。

在简图上选择短路点，命名并按实际工程选择计算“三相”、“单相”。

（4）创建阻抗图

通过直接读取主接线简图的方式，生成阻抗图。

（5）程序设置

对三相短路电流公式、单相短路电流公式、符号阻抗图定义、发电曲线设置、全局计算变量设置等方面进行设定。设计人可以调整计算公式，以实现实际工程中的特定要求。

（6）生成计算书

设定短路计算点、创建好阻抗图后即可进行计算，自动生成计算书。

计算书默认为word格式。

（7）保存至项目数据库

短路电流计算结果自动保存至当前变电站项目数据库中。

在后续数字化设计，如主接线设计进行设备材料选型时，将从项目数据库中自动提取短路电流计算结果，进行相关匹配和差错检查。

在进行变电站设计成品交付时，本项目的“短路电流计算”过程和结果将成为“数字化交付”的重要组成之一。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统，所述三维设计平台包括电气设计模块，所述电气设计模块可在三维环境下布置电气元件及电气连接线，完成变电站主接线简图设计，并自动生成变电站主接线简图设计的阻抗图，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的基于三维设计平台的变电站短路电流计算系统，其特征在于：所述三维设计平台包括基础数据库和工程数据库；

2）设备型号库，标识了设备具体的信息；

3）模板库，包含多种材料表模板；

3.一种基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法，所述三维设计平台包括:

设备型号库，标识了设备具体的信息，及

模板库，包含多种材料表模板；

工程数据库，用于存储以下工程信息：当前工程的工程背景、卷册图纸、计算报告、设备模型、设备参数、专业间协同；其特征在于：

所述变电站短路电流计算方法包括以下步骤：

1）提取工程信息，从所述工程数据库中提取工程信息；

6）生成计算结果，根据所述阻抗图的短路点及其短路电流公式，计算变电站短路电流,生成短路电流计算书。

4.根据权利要求3所述的基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤6）后还包括以下步骤：

7）将计算得到的变电站短路电流保存到所述工程数据库。

5.根据权利要求3所述的基于三维设计平台的变电站短路电流计算方法，其特征在于：所述步骤2中，所述主接线简图通过放置设备符号集和/或放置设备两种方式创建，所述设备符号集为预先设定的若干个设备及其电气连接的集合。