CN117973084A - 一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法 - Google Patents

一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电子数字数据处理技术领域，尤其涉及一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，包括以下步骤：获取变电站内若干一次设备和若干二次设备的三维空间信息，利用三维建模软件将获取的三维空间信息转化为三维数字模型，输出变电站的三维空间结构模型；根据单位模拟周期的一次设备的平均温度对一次设备的安装密度进行确定，或，基于所述一次设备的平均温度和相邻两个一次设备的振动重合率对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定，或，基于所述相邻两个一次设备的振动重合率和一次设备的故障发生率调整二次设备的标准平均间隔距离。本发明实现了变电站的效率和安全性的提高。

Description

一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法
技术领域
本发明涉及电子数字数据处理技术领域，尤其涉及一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，变电站作为电力系统的重要组成部分，其设备的布局合理性对电力系统的安全、稳定运行具有重要意义。传统的变电站设备布局主要依赖人工经验，缺乏系统性和科学性，导致变电站占地面积大、设备维护不便、运行效率低下。因此，研究一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法具有重要的实际意义。
中国专利公开号：CN116822136A公开了一种新的变电站三维数字化设计方法，包括下述步骤：第一步：信息库创建：工程数据库按照设备组成顺序分为4个等级，分别为一级子元件库、二级设备库、三级间隔库和四级工程库四个等级；第二步：三维模型信息录入：录入子元件库的信息、符号和三维模型；每个子元件的属性元素按照关键字进行完整录入，第三步：元件查询：数据模型库模块的查询方式以关键字为查询要素，第四步：根据工程的建设规模，第五步：主接线和三维模型信息关联；第六步：自动校验；第七步：工程入库：按照既定的存储型式和结构，自动保存到数据库响应位置；由此可见，所述新的变电站三维数字化设计方法存在以下问题：由于对一次设备的平均温度反映出的一次设备通风有效性的判定不准确导致变电站的效率和安全性降低。
发明内容
为此，本发明提供一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，用以克服现有技术中由于对一次设备的平均温度反映出的一次设备通风有效性的判定不准确导致变电站的效率和安全性降低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，包括以下步骤：获取变电站内若干一次设备和若干二次设备的三维空间信息，利用三维建模软件将获取的三维空间信息转化为三维数字模型，输出变电站的三维空间结构模型；基于所述变电站的三维空间结构模型对变电站进行仿真模拟运行，根据单位模拟周期的一次设备的平均温度对一次设备的安装密度进行确定，或，基于所述一次设备的平均温度和相邻两个一次设备的振动重合率对设备电磁干扰程度是否超出允许范围进行判定；若判定设备电磁干扰程度超出允许范围，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定，或，基于所述相邻两个一次设备的振动重合率和一次设备的故障发生率调整二次设备的标准平均间隔距离；对确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长进行获取，基于所述警报的响应时长对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
进一步地，确定所述一次设备的安装密度的步骤包括：
获取单位模拟周期中一次设备的若干温度并计算一次设备的平均温度；
将所述一次设备的平均温度分别与预设第一温度和预设第二温度进行比对；
若所述一次设备的平均温度大于预设第二温度，判定散热有效性低于允许范围，对一次设备的安装密度进行确定。
进一步地，所述一次设备的平均温度的计算方法为：
;
其中，T为一次设备的平均温度，ti为单位监测周期中第i次检测到的一次设备的温度，n为单位监测周期中对一次设备的温度进行检查的次数，n为大于等于1的自然数。
进一步地，所述一次设备的安装密度通过所述一次设备的平均温度与所述预设第二温度的差值确定。
进一步地，确定所述一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
若所述一次设备的平均温度大于预设第一温度且小于等于预设第二温度，初步判定设备电磁干扰程度超出允许范围，并对一次设备的振动次数和振动时间进行获取；
基于所述一次设备的振动次数和振动时间计算相邻两个一次设备的振动重合率，将所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率和预设第二重合率分别进行对比；
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第一重合率且小于等于预设第二重合率，二次判定设备电磁干扰程度超出允许范围并对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定。
进一步地，所述一次设备的平均对应阻尼器数量通过所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率的差值确定。
进一步地，确定所述二次设备的标准平均间隔距离的步骤包括：
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第二重合率，获取单位模拟周期中对应两个一次设备的故障次数并对一次设备的故障发生率进行计算；
将所述一次设备的故障发生率与预设故障发生率进行比对；
若所述一次设备的故障发生率大于所述预设故障发生率，则对二次设备的标准平均间隔距离进行调整。
进一步地，二次设备的标准平均间隔距离的调整幅度与所述一次设备的故障发生率和预设故障发生率的差值成反比。
进一步地，重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
获取确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长；
将所述警报的响应时长与预设响应时长进行对比；
若所述警报的响应时长大于所述预设响应时长，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
进一步地，基于所述警报的响应时长与所述预设响应时长的差值重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，由于变电站一次设备密度较密，导致变电站通风不良和电缆的负载增大，表现为一次设备温度升高，进而导致设备发生短路、接触不良、漏电等故障，通过降低一次设备的安装密度，提高一次设备的通风以提高一次设备的冷却能力，进一步提高了变电站的效率和安全性。
本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，两个一次设备之间由于电能的存在会出现电磁耦合现象，电磁耦合现象会使一次设备之间互相感电，影响一次设备的电磁兼容性，导致设备出现振动，同时降低了设备的安全性，通过对一次设备的平均对应阻尼器数量抑制设备的振动和冲击，从而减小机械应力，进而减小设备的疲劳损伤和提高一次设备的稳定性，进一步提高了变电站的效率和安全性。
本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，由于对空间结构的优化，二次设备之间直线距离增大，无法快速对多个一次设备的故障分别进行响应，通过对二次设备的标准平均间隔距离的缩小，提高了二次设备对一次设备的故障响应能力，进一步提高了变电站的效率和安全性。
附图说明
图1为本发明实施例基于三维数字化的变电站设备布局优化方法的整体流程图；
图2为本发明实施例基于三维数字化的变电站设备布局优化方法的确定一次设备的安装密度的具体流程图；
图3为本发明实施例基于三维数字化的变电站设备布局优化方法的确定一次设备的平均对应阻尼器数量的具体流程图；
图4为本发明实施例基于三维数字化的变电站设备布局优化方法的调整二次设备的标准平均间隔距离的具体逻辑框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
请参阅图1、图2、图3以及图4所示，其分别为本发明基于三维数字化的变电站设备布局优化方法的整体流程图、确定一次设备的安装密度的具体流程图、确定一次设备的平均对应阻尼器数量的具体流程图以及调整二次设备的标准平均间隔距离的具体逻辑框图。本发明一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，包括以下步骤：
获取变电站内若干一次设备和若干二次设备的三维空间信息，利用三维建模软件将获取的三维空间信息转化为三维数字模型，输出变电站的三维空间结构模型；
基于所述变电站的三维空间结构模型对变电站进行仿真模拟运行，根据单位模拟周期的一次设备的平均温度对一次设备的安装密度进行确定，或，基于所述一次设备的平均温度和相邻两个一次设备的振动重合率对设备电磁干扰程度是否超出允许范围进行判定；
若判定设备电磁干扰程度超出允许范围，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定，或，基于所述相邻两个一次设备的振动重合率和一次设备的故障发生率调整二次设备的标准平均间隔距离；
对确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长进行获取，基于所述警报的响应时长对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
具体而言，一次设备指直接生产、输送、分配和使用电能的设备，包括变压器、隔离开关、以及电容器。
具体而言，二次设备指对一次设备的运行工况进行测量、监视、控制和保护的设备，包括继电保护装置、自动装置以及测控装置。
具体而言，所述三维空间信息包括空间坐标、设备形状以及设备尺寸。
请继续参阅图2所示，确定所述一次设备的安装密度的步骤包括：
获取单位模拟周期中一次设备的若干温度并计算一次设备的平均温度；
将所述一次设备的平均温度分别与预设第一温度和预设第二温度进行比对；
若所述一次设备的平均温度大于预设第二温度，判定散热有效性低于允许范围，对一次设备的安装密度进行确定。
所述一次设备的平均温度的计算方法为：
;
其中，T为一次设备的平均温度，ti为单位监测周期中第i次检测到的一次设备的温度，n为单位监测周期中对一次设备的温度进行检查的次数，n为大于等于1的自然数。
所述一次设备的安装密度通过所述一次设备的平均温度与所述预设第二温度的差值确定。
具体而言，一次设备的平均温度记为T，预设第一温度记为T1，预设第二温度记为T2，一次设备的平均温度与预设第二温度的差值记为△T，设定△T=T-T2，预设温度差值记为△T0，确定一次设备的安装密度的步骤为：
若△T≤△T0，使用预设第二密度调节系数α2对一次设备的安装密度M进行调节；
若△T＞△T0，使用预设第一密度调节系数α1对一次设备的安装密度M进行调节；
其中，0＜α1＜α2＜1，调节后的一次设备的安装密度M’=M×αj，αj为预设第j密度调节系数，设定j=1，2。
本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，由于变电站一次设备密度较密，导致变电站通风不良和电缆的负载增大，表现为一次设备温度升高，进而导致设备发生短路、接触不良、漏电等故障，通过降低一次设备的安装密度，提高一次设备的通风以提高一次设备的冷却能力，进一步提高了变电站的效率和安全性。
请继续参阅图3所示，确定所述一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
若所述一次设备的平均温度大于预设第一温度且小于等于预设第二温度，初步判定设备电磁干扰程度超出允许范围，并对一次设备的振动次数和振动时间进行获取；
基于所述一次设备的振动次数和振动时间计算相邻两个一次设备的振动重合率，将所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率和预设第二重合率分别进行对比；
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第一重合率且小于等于预设第二重合率，二次判定设备电磁干扰程度超出允许范围并对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定。
具体而言，所述一次设备的平均对应阻尼器数量的计算方法为：
；
其中，S为一次设备的平均对应阻尼器数量，Sa为单位检测面积的阻尼器数量，Sb为单位检测面积的一次设备数量。
具体而言，相邻两个一次设备的振动重合率的计算方法为：
；
其中，R为相邻两个一次设备的振动重合率，ra为第a个一次设备的振动次数，rb为第b个一次设备的振动次数，第a个一次设备与第b个一次设备相邻，r0为第a个一次设备与第b个一次设备同一时刻发生振动的次数。
所述一次设备的平均对应阻尼器数量通过所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率的差值确定。
具体而言，相邻两个一次设备的振动重合率记为R，预设第一重合率记为R1，预设第二重合率记为R2，相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率的差值记为△R，设定△R=R-R1，预设重合率差值记为△R0，确定一次设备的平均对应阻尼器数量的方法为：
若△R≤△R0，使用预设第一数量调节系数β1对所述一次设备的平均对应阻尼器数量S进行调节；
若△R＞△R0，使用预设第二数量调节系数β2对所述一次设备的平均对应阻尼器数量S进行调节；
其中，1＜β1＜β2，调节后的一次设备的平均对应阻尼器数量S’=S×βk，βk为预设第k数量调节系数，设定k=1，2。
本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，两个一次设备之间由于电能的存在会出现电磁耦合现象，电磁耦合现象会使一次设备之间互相感电，影响一次设备的电磁兼容性，导致设备出现振动，同时降低了设备的安全性，通过对一次设备的平均对应阻尼器数量抑制设备的振动和冲击，从而减小机械应力，进而减小设备的疲劳损伤和提高一次设备的稳定性，进一步提高了变电站的效率和安全性。
请继续参阅图4所示，确定所述二次设备的标准平均间隔距离的步骤包括：
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第二重合率，获取单位模拟周期中对应两个一次设备的故障次数并对一次设备的故障发生率进行计算；
将所述一次设备的故障发生率与预设故障发生率进行比对；
若所述一次设备的故障发生率大于所述预设故障发生率，则对二次设备的标准平均间隔距离进行调整。
具体而言，一次设备的故障发生率的计算式为：
；
其中，P为一次设备的故障发生率，p0为相邻两个一次设备的故障发生次数，p为单位周期内二次设备对相邻两个一次设备的检测次数。
具体而言，一次设备的故障包括短路、接触不良以及漏电。
二次设备的标准平均间隔距离的调整幅度与所述一次设备的故障发生率和预设故障发生率的差值成反比。
具体而言，二次设备的标准平均间隔距离为允许的二次设备之间的最短间隔距离。
具体而言，一次设备的故障发生率记为P，预设故障发生率记为P0，一次设备的故障发生率和预设故障发生率的差值记为△P，设定△P=P-P0，预设故障发生率差值记为△P0，确定二次设备的标准平均间隔距离的步骤包括：
若△P≤△P0，使用预设第一距离调节系数δ1对预设二次设备的标准平均间隔距离L进行调节，
若△P＞△P0，使用预设第二距离调节系数δ2对预设二次设备的标准平均间隔距离L进行调节，
其中，0＜δ1＜δ2＜1，调节后的二次设备的标准平均间隔距离L’=L×（1-δg），δg为预设第g距离调节系数，设定g=1，2。
本发明所述方法使用三维数字化的模拟技术对变电站的运行情况进行模拟，在模拟过程中，由于对空间结构的优化，二次设备之间直线距离增大，无法快速对多个一次设备的故障分别进行响应，通过对二次设备的标准平均间隔距离的缩小，提高了二次设备对一次设备的故障响应能力，进一步提高了变电站的效率和安全性。
请继续参阅图所示，重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
获取确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长；
将所述警报的响应时长与预设响应时长进行对比；
若所述警报的响应时长大于所述预设响应时长，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
具体而言，警报的响应时长为一次设备发出警报至二次设备根据警报做出对应反应的时长。
具体而言，二次设备根据警报做出对应反应包括切断一次设备电源、对一次设备接地保护以及提供瞬间过载。
基于所述警报的响应时长与所述预设响应时长的差值重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量。
具体而言，警报的响应时长记为X，预设响应时长记为X0，警报的响应时长与预设响应时长的差值记为△X，设定△X=X-X0，预设时长差值记为△X0，重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤为：
若△X≤△X0，使用预设第四数量调节系数β4对一次设备的平均对应阻尼器数量S进行二次调节；
若△X≤△X0，使用预设第三数量调节系数β3对一次设备的平均对应阻尼器数量S进行二次调节；
其中，0＜β3＜β4＜1，二次调节后的一次设备的平均对应阻尼器数量S”=S’×βv，βv为预设第v数量调节系数，设定v=3，4。
实施例1
本实施例1获取变电站内若干一次设备和若干二次设备的三维空间信息，利用三维建模软件将获取的三维空间信息转化为三维数字模型，输出变电站的三维空间结构模型；
所述一次设备的平均温度T=28℃，大于预设第一温度T1=25℃且小于等于预设第二温度T=30℃，获取相邻两个一次设备的振动重合率R=0.13，预设第一重合率R1=0.1，预设第二重合率记为R2=0.15，相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率的差值△R=0.02，预设重合率差值△R0=0.05，
在△R≤△R0的条件下，使用预设第一数量调节系数β1=1.2对所述一次设备的平均对应阻尼器数量S=3进行调节；
调节后的一次设备的平均对应阻尼器数量S’=3×1.2=3.6。
本实施例1通过增加阻尼器数量提高一次设备对振动和冲击的抑制能力，有助于减小设备的疲劳损伤，进一步提高了变电站的效率和安全性。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取变电站内若干一次设备和若干二次设备的三维空间信息，利用三维建模软件将获取的三维空间信息转化为三维数字模型，输出变电站的三维空间结构模型；
基于所述变电站的三维空间结构模型对变电站进行仿真模拟运行，根据单位模拟周期的一次设备的平均温度对一次设备的安装密度进行确定，或，基于所述一次设备的平均温度和相邻两个一次设备的振动重合率对设备电磁干扰程度是否超出允许范围进行判定；
若判定设备电磁干扰程度超出允许范围，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定，或，基于所述相邻两个一次设备的振动重合率和一次设备的故障发生率调整二次设备的标准平均间隔距离；
对确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长进行获取，基于所述警报的响应时长对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
2.根据权利要求1所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，确定所述一次设备的安装密度的步骤包括：
获取单位模拟周期中一次设备的若干温度并计算一次设备的平均温度；
将所述一次设备的平均温度分别与预设第一温度和预设第二温度进行比对；
若所述一次设备的平均温度大于预设第二温度，判定散热有效性低于允许范围，对一次设备的安装密度进行确定。
3.根据权利要求2所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，所述一次设备的平均温度的计算方法为：
;
其中，T为一次设备的平均温度，ti为单位监测周期中第i次检测到的一次设备的温度，n为单位监测周期中对一次设备的温度进行检查的次数，n为大于等于1的自然数。
4.根据权利要求3所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，所述一次设备的安装密度通过所述一次设备的平均温度与所述预设第二温度的差值确定。
5.根据权利要求4所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，确定所述一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
若所述一次设备的平均温度大于预设第一温度且小于等于预设第二温度，初步判定设备电磁干扰程度超出允许范围，并对一次设备的振动次数和振动时间进行获取；
基于所述一次设备的振动次数和振动时间计算相邻两个一次设备的振动重合率，将所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率和预设第二重合率分别进行对比；
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第一重合率且小于等于预设第二重合率，二次判定设备电磁干扰程度超出允许范围并对一次设备的平均对应阻尼器数量进行确定。
6.根据权利要求5所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，所述一次设备的平均对应阻尼器数量通过所述相邻两个一次设备的振动重合率与预设第一重合率的差值确定。
7.根据权利要求6所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，确定所述二次设备的标准平均间隔距离的步骤包括：
若所述相邻两个一次设备的振动重合率大于预设第二重合率，获取单位模拟周期中对应两个一次设备的故障次数并对一次设备的故障发生率进行计算；
将所述一次设备的故障发生率与预设故障发生率进行比对；
若所述一次设备的故障发生率大于所述预设故障发生率，则对二次设备的标准平均间隔距离进行调整。
8.根据权利要求7所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，二次设备的标准平均间隔距离的调整幅度与所述一次设备的故障发生率和预设故障发生率的差值成反比。
9.根据权利要求8所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量的步骤包括：
获取确定一次设备的平均对应阻尼器数量后二次设备对一次设备发出的警报的响应时长；
将所述警报的响应时长与预设响应时长进行对比；
若所述警报的响应时长大于所述预设响应时长，则对一次设备的平均对应阻尼器数量进行重新确定。
10.根据权利要求9所述的基于三维数字化的变电站设备布局优化方法，其特征在于，基于所述警报的响应时长与所述预设响应时长的差值重新确定一次设备的平均对应阻尼器数量。
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