三維圖形光纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

張富平++賈云輝++李志宏+++汪春鳳

摘 要：750kV智能化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，站控層、間隔層和過程層設(shè)備之間光纜聯(lián)系密切，采用常規(guī)設(shè)計(jì)手段時(shí)光纜敷設(shè)設(shè)計(jì)工作量巨大，三維軟件取代傳統(tǒng)CAD 繪圖方式是現(xiàn)代工程大環(huán)境作用下的必然趨勢，并且隨著工程的復(fù)雜和設(shè)備的繁瑣，逐漸體現(xiàn)出其優(yōu)勢。本文結(jié)合變電站三維設(shè)計(jì)手段，研究了750kV變電站運(yùn)用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)光纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

關(guān)鍵詞：750kV變電站；二次回路；光纜；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM757 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0012-01

1 研究背景

國家電網(wǎng)公司提出創(chuàng)新變電站工程建設(shè)模式，大力推行“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化加工、裝配式建設(shè)”模式，全面提升電網(wǎng)建設(shè)能力。隨著國內(nèi)光纖技術(shù)和智能變電站建設(shè)的發(fā)展，光通信媒介取代傳統(tǒng)電纜搭建起變電站二次回路，構(gòu)建起全站通信的主干網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)了大部分的重要數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

2 三維工程設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用概況

目前國內(nèi)許多設(shè)計(jì)院采用三維設(shè)計(jì)手段進(jìn)行變電站三維設(shè)計(jì)，國內(nèi)外常用的工程三維設(shè)計(jì)軟件種類繁多，并且采用不同設(shè)計(jì)平臺(tái)。設(shè)計(jì)院采用較多的主要有美國Bentley公司的Substation和英國AVEVA公司的AVEVA PLANT以及北京博超公司的STD數(shù)字化三維變電站設(shè)計(jì)平臺(tái)等。

美國Bentley 公司的Substation在國內(nèi)應(yīng)用始于2008年寧東-山東直流輸變電工程。整合了ProjectWise、STAAD、 Promis-e等多種軟件，實(shí)現(xiàn)了三維布置、三維校驗(yàn)、數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)字化三維模式，有數(shù)字化移交功能。采用Microstation圖形平臺(tái)。其優(yōu)點(diǎn)在于軟件結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、質(zhì)量可靠；缺點(diǎn)是變電站設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)，流程、操作不符合國內(nèi)電力設(shè)計(jì)院現(xiàn)有流程，設(shè)計(jì)工程師上手困難。

英國AVEVA公司在PDMS圖形平臺(tái)基礎(chǔ)上開發(fā)了PLANT平臺(tái)，其管道布置、硬碰撞校驗(yàn)?zāi)芰^強(qiáng)，但如變電站上跨線等軟體布置及帶電距離校驗(yàn)等軟碰撞方面尚有待提高。

3 750kV變電站的三維圖形光纜優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 三維圖形設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）基于真正三維技術(shù)編制，采用二、三維一體化的技術(shù)，既具有三維設(shè)計(jì)的所有優(yōu)點(diǎn)，又充分兼容二維設(shè)計(jì)習(xí)慣，出圖成果完全滿足施工圖要求。（2）采用最優(yōu)設(shè)計(jì)流程，所有設(shè)計(jì)信息均能從已有設(shè)計(jì)結(jié)果中自動(dòng)提取，無需手工輸入。（3）采用獨(dú)創(chuàng)的優(yōu)化算法，能夠根據(jù)不同的敷設(shè)規(guī)則組合進(jìn)行優(yōu)化敷設(shè)。（4）電纜、光纜長度統(tǒng)計(jì)精確，在綜合考慮各種余量的基礎(chǔ)上進(jìn)行匯總，節(jié)約了成本，避免浪費(fèi)。（5）軟件能夠自動(dòng)進(jìn)行電纜、光纜的分層敷設(shè)，敷設(shè)結(jié)果精確到橋架的每一層。（6）軟件具有與國際流行三維工廠設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行無縫對接的能力。（7）經(jīng)過優(yōu)化的電纜、光纜敷設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)果，避免了施工過程中的調(diào)整與返工；三維設(shè)計(jì)成果清晰可見使施工過程更加簡單高效，經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果表明能夠提高施工效率50%，顯著節(jié)約施工成本。

3.2 依托工程應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 初始條件

（1）光纜清冊；（2）全站平面圖以及各小室柜位圖；（3）電纜溝斷面圖。包含電纜溝溝體參數(shù)，支架的樣式、層數(shù)、寬度等信息；（4）電纜、光纜外徑。以便于系統(tǒng)在對電纜溝占積率和排列考慮時(shí)會(huì)更加準(zhǔn)確。

3.2.2 光纜信息管理

對變電站的光纜進(jìn)行管理，建立光纜數(shù)據(jù)庫，為整個(gè)系統(tǒng)流程的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。光纜纜信息采用電子表格形式，通過系統(tǒng)識別方式批量導(dǎo)入系統(tǒng)。

3.2.3 通道建模

CAB通道設(shè)計(jì)包含電纜溝、槽盒、橋架、豎井、穿管、明敷等多種電纜通道設(shè)計(jì)。

變電站光纜敷設(shè)三維模型涵蓋電纜溝、橋架、埋管、光纜，以及光纜的起終點(diǎn)設(shè)備，變電站光纜敷設(shè)于光纜槽盒，槽盒在戶外變電站以電纜溝為主要敷設(shè)通道，整個(gè)變電站中溝體類型及支架類型為10種左右，光纜槽盒敷設(shè)于電纜溝支架上。

3.2.4 虛擬敷設(shè)

系統(tǒng)進(jìn)行光纜敷設(shè)需要兩方面信息，一是光纜信息，二是電纜溝、起終點(diǎn)設(shè)備的位置信息。為獲取這兩種信息，需要做到完整的光纜清冊導(dǎo)入系統(tǒng)，在平面圖上對通道進(jìn)行參數(shù)化建模，對設(shè)備位置準(zhǔn)確定義。系統(tǒng)按照可選規(guī)則進(jìn)行光纜路徑的選擇，然后再對光纜在通道中的位置進(jìn)行詳細(xì)定義，這部分內(nèi)容系統(tǒng)提供人工干預(yù)機(jī)制。完成這些內(nèi)容，即可生成光纜敷設(shè)信息模型，依賴于該模型可為施工指導(dǎo)提供多種圖、表，來達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

3.2.5 敷設(shè)路徑選擇的規(guī)則

（1）類型匹配。即電力電纜、控制電纜、光纜，根據(jù)工藝規(guī)范，分別敷設(shè)在電纜溝支架的指定層，在電纜溝參數(shù)化建模時(shí)可定義各層敷設(shè)電纜類型。（2）占積率原則。每層支架敷設(shè)纜線、槽盒寬度，不應(yīng)超過支架寬。（3）最短原則。在滿足條件1和條件2的同時(shí)，尋找最短路徑。（4）路徑規(guī)劃。由于最短路徑不一定是最佳路徑，可由用戶指定任意電纜的強(qiáng)制路徑。系統(tǒng)將根據(jù)該設(shè)定，考慮滿足該條件的最短路徑。

3 結(jié)語

基于三維模型可做到先模擬、后施工的方式，既可優(yōu)化電纜、光纜施工結(jié)果，減少纜線交叉，提升工藝水平，也可減輕工作量、提高施工效率，管理水平和經(jīng)濟(jì)效益上有顯著提高，是設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新，從而促進(jìn)敷設(shè)施工技術(shù)的進(jìn)步。