電氣三維軟件在抽水蓄能典型電站設計中的應用

◎ 中國水電顧問集團中南勘測設計研究院 劉軍

在水電站的設計中，現有的二維設計工具在表達復雜空間布置時，表達深度和直觀性的局限性日益凸顯。二維設計平臺無法滿足多專業(yè)協(xié)同設計的要求，避免各專業(yè)設計產品之間“錯、碰、漏”的協(xié)調工作量很大。隨著業(yè)主要求的不斷提高，各集團公司都大力開展三維設計。

在這個背景下，近兩年，中國水電顧問集團中南勘測設計研究院（以下簡稱中南院）大力開展三維設計工作，在拖巴、溧陽、瓊中、龍盤、抽蓄典型設計、桃源水電站、益地水電站等多個電站開展三維設計，取得了比較顯著的成果，其中電氣部分作為整個三維項目的一個重要組成部分，在三維設計中也取得了較為顯著的成果。

圖1 發(fā)電機出口斷路器GCB模型

圖2 主變壓器模型

工程概況

應國網新源控股公司邀請，同時為了中南院逐步推行抽水蓄能電站標準化設計，深入貫徹全生命周期設計理念，中南院采用三維可視化協(xié)同設計系統(tǒng)，開展了抽水蓄能電站地下廠房及開關站設備布置典型設計工作。

抽水蓄能電站是中南院第一個三維標準化項目，從3月中旬開始，工程設計二院、機電處及數字工程中心近20名設計人員開始封閉展開三維設計工作，截止6月28日，全部完成了4×300MW方案和6×300MW方案的三維設計工作。

電氣三維設計流程方面，此次三維設計用到了中南院引進的全面三個電氣三維設計軟件，Substation、BBES和BRCM。電氣設備布置流程方面，電氣設備建模及布置主要通過Substation軟件進行設計。主要設計流程如下：

圖3 發(fā)電機模型

圖4 SFC輸出變壓器模型

1、Substation設備模型繪制

本次抽蓄典型設計項目對所有設備模型重新進行了繪制，根據廠家及照片資料，所繪制模型精細程度在歷次三維設計中都是最高的。

主要成果如下：（如圖1-圖4）

2、設備模型屬性賦予，指定廠家型號、尺寸信息、（如圖5）

圖5 模型屬性賦予界面

3、設備布置

在廠房結構基礎上，將繪制的發(fā)電機、配電盤、發(fā)電機中性點設備、地面出線場設備模型布置到廠房相應位置，離相封閉母線、GIS設備等按電氣設計需要組裝在一起。設備布置過程中，通過參考其它專業(yè)相關設備管路，合理布置，提高工作效率。

圖6 Substation 軟件數據庫架構

圖7 地下廠房、主變洞和母線洞電氣設備布置圖

圖8 導線掛接操作流程圖

總結下來該模塊具有以下優(yōu)勢：首先，可以快速準確完成總平面布置圖的設備布置設計。其次，數據庫信息共享，避免遺失錯漏。第三，無縫集成工程內容管理系統(tǒng)，與廠房、水機、暖通等專業(yè)密切配合，實時檢查調整，有效避免錯誤設計。在無縫集成工程內容管理系統(tǒng)平臺下，各專業(yè)工程師間及時同步項目文件，共享設計信息，有效解決了傳統(tǒng)設計中信息交互滯后和溝通不及時的問題。（如圖6）

抽蓄典型水電站三維設計主要成果（如圖7）。

4、導線掛接

Substation軟件有個placewire模塊，用于設備間導線掛接，完成總平面布置的3D導線繪制、絕緣子選型、布置，金具選型、布置。主要操作流程（如圖8）。

圖9 開關站及出線設備布置圖

出線平臺設備間導線掛接成果（如圖9）。

電纜橋架設計流程方面，電纜橋架設計在以前的三維設計中都沒有涉及，作為電氣三維設計的一部分，全廠電纜橋架設計是不可或缺的，本次抽蓄典型水電站設計在進行電纜橋架設計時選用了BRCM軟件進行設計，該軟件能直觀、方便的進行橋架設計。

BRCM軟件提供了托盤式、梯式和槽式3種類型的橋架，導入了部分常用的廠家橋架尺寸，并且支持橋架自定義定制。電纜橋架布置方便，可以自動添加彎通、三通和四通。并且可以通過線條自動生成橋架，各種彎通、三通、四通自動連接，方便智能。另外橋架配件也可以用自動添加和手動添加兩種方式添加。

圖10 地下廠房橋架總布置圖

BRCM設計全廠橋架設計流程（如圖10）。

1、根據廠房設計，規(guī)劃橋架走向，選定軟件自帶的橋架進行設計布置。

2、在對橋架布置完成后，還可以添加托臂、工字鋼等，按照設計要求，放置在適當的高程。在布置時避免與水工和其它專業(yè)結構碰撞。

橋架相關成果圖如下：

照明布置方面，照明設計需要大量的燈具、開關插座等設備，BBES中已經繪制了一部分燈具、插座、開關模型，在本次抽蓄水電站三維設計中，主要用到了廠房照明燈具布置。

圖11 照度計算表

在實際應用中，BBES軟件還提供了照度計算的功能。BBES集成了RELUX專業(yè)照度計算軟件。作為雙向照度計算軟件，它可以大大減少因為人工計算房間面積產生的錯誤，同時，由于數據的相互導入導出都是自動的，能夠減少人為干預錯誤。此外，Relux數據庫完備，可以方便查閱照明燈具的負載或者外形尺寸；在計算完燈具數量后，BBES繪圖自動完成不需要重新畫圖。計算布置完畢以后，可以生成照度計算表。（如圖11）

碰撞檢查方面，Bentley軟件提供了碰撞檢查功能，能夠快速準確的幫助工程師定位項目中各專業(yè)的碰撞情況，并將碰撞檢查結果直觀的反映出來，排查方便。提高設計質量，有效減少后續(xù)現場設代的工作量。

三維軟件可以通過動態(tài)切圖，DEM切圖的方式切出二維圖，然后通過軟件自帶的標注功能，按照中南院統(tǒng)一的出圖模式，標注樣式生成施工圖紙。

首先利用已經建好的圖框建立圖紙文件，將需要出圖的視圖進行尺寸標注，對視圖屬性進行相應設置。然后將視圖設置成合適的出圖比例添加到圖紙文件中，最后在圖紙文件中對視圖進行文字注釋。在圖紙中，可以添加不同比例的視圖，和明細表、設備表等，還可以直接將CAD文件參開導入到圖紙中使用。（如圖12-圖15）

總結

在抽蓄典型水電站設計過程中，中南院電氣一次專業(yè)第一次將三維軟件各模塊全面使用，并將三維成果一部分應用到施工圖紙。初步解決了以往三維只用于效果展示、出圖難的問題。在后續(xù)的工程中，將不斷深化，逐步擴展到電氣設計的各個領域和階段，精確產品設計，縮短設計周期，提高設計效率和質量。

相比傳統(tǒng)的二維設計，三維設計不僅是畫圖手段的改進，它對于整個設計各個環(huán)節(jié)都有著顯著的改進。工程師在搭建三維模型后，可以直觀的將整個系統(tǒng)展現在業(yè)主面前，而不僅僅是單調的二維圖紙。業(yè)主可以生動形象的根據模型提出修改意見，對整個電站前景有個較為清晰的展望。設計師也可以根據模型，對整個系統(tǒng)的合理性進行分析，有利于快速完善設計方案，減少重復改動工作量。

三維設計成果可以幫助設計人員和決策是人員在項目工程動工之前全面準確的掌握其技術要點，盡早發(fā)現設計錯誤和缺陷，并及時提出可行的修改意見，避免工程建設中出現問題和可能造成的巨大損失，有助于優(yōu)化設計方案，縮短設計與施工周期，加快整個項目設計開發(fā)的進程，對工程指導性意義很強。三維產品的直觀性也能促進設計方與業(yè)主和施工方的良好溝通。

雖然三維設計的開展在中南院已經取得了一系列成果，但是在從三維向二維出圖方面還是有不足之處。中南院已經摸索了一些出圖的方法，但由于軟件本身的局限性，在出具圖紙時對機器性能依賴性較高，由于軟件公司對端口開放有限，軟件的二次開發(fā)也存在一定困難，行業(yè)的本地化，不同客戶的一些個性化需求目前還無法得到滿足。

電氣專業(yè)由于其專業(yè)特殊性，在原理圖的出具方面，目前的三維軟件暫時無法滿足其智能化需求，中南院正在著力于軟件開發(fā)商合作，研究基于Bentley平臺的廠用電模塊，這個模塊的開發(fā)，將有效解決電氣原理圖不能自動出具的問題。

雖然三維軟件目前還有一些不足之處，但是它前瞻的設計理念代表了未來設計的方向。

圖12 水輪機層及副廠房橋架二維出圖

圖13 主變洞橋架二維出圖

圖14 母線洞橋架二維出圖

圖15 副廠房橋架二維出圖