變電站電氣二次專業(yè)三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)方案探討

薛峰 鄔超慧

【摘 ?要】現(xiàn)階段，隨著社會的發(fā)展，我國的電力工程的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。開展變電站三維協(xié)同設(shè)計(jì)及建設(shè)工程數(shù)據(jù)中心是落實(shí)“數(shù)字電網(wǎng)”建設(shè)總體要求的重要舉措，對高質(zhì)量建設(shè)智能電網(wǎng)具有重要意義。探討了三維設(shè)計(jì)技術(shù)在變電站中的應(yīng)用;探討了三維電纜敷設(shè)軟件BRCM在實(shí)際工程中的應(yīng)用。當(dāng)前三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)作為新時代變電站設(shè)計(jì)手段，在電網(wǎng)工程中的應(yīng)用還處于試點(diǎn)階段，各數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件功能相互獨(dú)立，軟件間無法接口和數(shù)據(jù)互通，造成工作重復(fù)、效率低下，不能滿足三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交的要求。

【關(guān)鍵詞】變電站;電氣二次專業(yè);三維數(shù)字化;協(xié)同設(shè)計(jì)方案探討

引言

根據(jù)變電站二次專業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，研究變電站二次數(shù)字化設(shè)計(jì)流程和三維電纜敷設(shè)方案，提出二維電氣原理圖數(shù)字化軟件與三維電纜敷設(shè)軟件間的接口和協(xié)同設(shè)計(jì)的方案，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交，提高了變電站三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的效率，滿足了施工、運(yùn)維、管理的需要。

1電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)

1.1電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)變電站設(shè)計(jì)基于CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件，以手工輸入為主，自動化程度低，圖紙具有分散性、獨(dú)立式等特點(diǎn)，無法與其它專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，已不能滿足市場的需求。

1.2電氣二次專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)

為提高數(shù)字化設(shè)計(jì)水平，引進(jìn)上海欣電電氣數(shù)字化軟件（ELEC）。ELEC軟件是針對傳統(tǒng)CAD軟件設(shè)計(jì)問題，基于變電站集成模式開發(fā)，從源頭將二次信息數(shù)字化的平臺。通過ELEC軟件，可根據(jù)原理圖實(shí)現(xiàn)接線設(shè)計(jì)、自動校核、端子排及電纜清冊生成等，提高變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動化、精細(xì)化程度，減少手工輸入錯誤，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。變電站二次系統(tǒng)采用數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)的主要流程如下：根據(jù)項(xiàng)目建立工程，確定項(xiàng)目用戶保存于數(shù)據(jù)庫中，同時建立設(shè)備庫、電纜型號庫、芯線功能庫、回路庫等;利用設(shè)備庫進(jìn)行電氣原理接線圖設(shè)計(jì)，包括電流回路、電壓回路、控制回路、信號回路等;根據(jù)電氣設(shè)備原理圖和端子排自動生成電纜接線圖，包括電纜編號、回路號、互聯(lián)端子等;自動生成含設(shè)備編碼、電纜編號、起點(diǎn)、終點(diǎn)等信息的電纜清冊，并根據(jù)需要導(dǎo)出相應(yīng)的格式。

2變電站三維電纜敷設(shè)

三維電纜敷設(shè)軟件BRCM（Bentley Raceway And CableManagement）基于Bently公司的MicroStation平臺開發(fā)，通過讀取電纜清冊的邏輯信息，結(jié)合平面設(shè)備布置及路徑，自動進(jìn)行電纜優(yōu)化敷設(shè)，精確統(tǒng)計(jì)電纜長度。在ProjectWise（PW）協(xié)同工作平臺將BRCM文件夾升級為項(xiàng)目級別的文件夾，實(shí)現(xiàn)BRCM工作空間的集成，并在PC機(jī)建立SQL數(shù)據(jù)庫，便于數(shù)據(jù)讀取;在BRCM軟件建立電纜橋架、電纜溝、埋管、電氣設(shè)備等三維信息模型，并完成對模型的智能編碼，同時參考土建、水工等專業(yè)的三維信息模型，根據(jù)工程實(shí)際情況規(guī)劃電纜溝、電纜橋架、電氣設(shè)備、埋管等路徑;導(dǎo)入含電纜編號、起點(diǎn)、終點(diǎn)的電纜清冊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型與電纜清冊模型的匹配;BRCM軟件根據(jù)“最優(yōu)路徑算法”完成電纜自動敷設(shè);根據(jù)需要導(dǎo)出電纜敷設(shè)拓?fù)鋱D、電纜清冊（含長度、路徑等）、材料表等，并將三維模型轉(zhuǎn)為二維圖紙完成專業(yè)提資和施工圖繪制。

3電氣二次專業(yè)與其它專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)方案

電氣二次與電氣一次、建筑等其它專業(yè)基于PW平臺的協(xié)同設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有三維屏柜布置、電纜敷設(shè)、輔控系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)。其中電纜敷設(shè)涉及二維ELEC軟件與三維BRCM軟件間的接口及協(xié)同設(shè)計(jì)方案，目前并沒有較好的解決方案。本文提出基于GB/T 51061—2014《電網(wǎng)工程標(biāo)識系統(tǒng)編碼規(guī)范》對變電站的電氣設(shè)備進(jìn)行唯一編碼及ELEC軟件與BRCM軟件間的接口和協(xié)同設(shè)計(jì)方案，以規(guī)范電氣設(shè)備編碼，提高設(shè)計(jì)效率，滿足二維數(shù)字化軟件和三維電纜敷設(shè)軟件協(xié)同設(shè)計(jì)的要求。（1）根據(jù)GB/T 51061—2014《電網(wǎng)工程標(biāo)識系統(tǒng)編碼規(guī)范》，對電氣設(shè)備統(tǒng)一命名和編碼，使得全站電氣設(shè)備編碼具有唯一性、通用性。電氣設(shè)備編碼格式見表1，其中“全站碼”、“系統(tǒng)碼”、“設(shè)備碼”與Bentley Substation三維模型屬性的“安裝區(qū)”、“安裝點(diǎn)”、“元器件標(biāo)簽”依次對應(yīng)。（2）設(shè)計(jì)人員在ELEC軟件中完成電氣原理圖和電纜清冊設(shè)計(jì)（含電纜編號、設(shè)備編碼、起點(diǎn)、終點(diǎn)等）。在ELEC軟件接口界面獲取MicroStation相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并依據(jù)MicroStation的數(shù)據(jù)規(guī)則選擇對應(yīng)項(xiàng)目，直接將相關(guān)的屏柜信息、電纜信息同步到MicroStation。（3）在MicroStation平臺，BRCM軟件根據(jù)欣電軟件導(dǎo)入信息，自動完成屏柜和電纜清冊中設(shè)備的關(guān)聯(lián)及電纜敷設(shè)和材料統(tǒng)計(jì)。同時，ELEC軟件和BRCM軟件應(yīng)具有數(shù)據(jù)比對功能，以提示用戶相關(guān)屏柜、電纜等修改信息。在ELEC軟件中新建或修改對應(yīng)屏柜、電纜等相應(yīng)模型信息時，BRCM軟件的三維模型也會聯(lián)動更新，便于相關(guān)專業(yè)協(xié)同完成電纜敷設(shè)工作。

4應(yīng)用案例

以富平330kV變電站三維協(xié)同設(shè)計(jì)為例，在設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)行三維設(shè)計(jì)優(yōu)化，使站區(qū)功能分區(qū)明確，工藝流程合理，布置緊湊，進(jìn)出線方便三維設(shè)計(jì)軟件可按電力設(shè)計(jì)現(xiàn)行規(guī)范，按照不同的電壓等級，自動尋找三維設(shè)備之間的最短帶電距離。軟件發(fā)現(xiàn)不符合安全凈距要求的地方會用顏色和框線表示出來，保證設(shè)計(jì)人員會及時發(fā)現(xiàn)并修改，很好的保證設(shè)計(jì)的安全性，給業(yè)主提供最優(yōu)的解決方案。富平330kV變電站地下設(shè)施包括：構(gòu)支架基礎(chǔ)、電氣設(shè)備基礎(chǔ)、電纜溝、道路基礎(chǔ)、圍欄基礎(chǔ)、避雷線塔基礎(chǔ)、生活給水管網(wǎng)、消防給水管網(wǎng)、排水管網(wǎng)等，這些設(shè)施的定位及尺寸信息散落在不同專業(yè)不同分冊的不同圖紙中。為了保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)周期，采用三維協(xié)同設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)人員按照事先規(guī)定好的文檔結(jié)構(gòu)，將相關(guān)的地下設(shè)施模型參考至設(shè)計(jì)模型中來完成設(shè)計(jì)。并利用軟件的碰撞檢查功能對原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行校核及修改避免碰撞的發(fā)生。因?yàn)楦黄?30kV變電站工程中電纜數(shù)量多，溝道網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，為了保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度要求，在三維設(shè)計(jì)中通過建立參數(shù)化的電纜橋架、電纜溝、埋管等纜道系統(tǒng)，使得自動精確統(tǒng)計(jì)電纜及護(hù)管長度，設(shè)備材料表;電纜敷設(shè)功能按照可配置的敷設(shè)規(guī)則自動化完成全站的電纜敷設(shè)路徑優(yōu)化與長度統(tǒng)計(jì)，精確統(tǒng)計(jì)電纜長度。本次富平330kV變電站使用了三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作模式，借助數(shù)字化信息模型、協(xié)同工作平臺、工作進(jìn)度管理工具等手段，及時溝通、緊密配合，把錯誤和風(fēng)險(xiǎn)化解到最小，把工程造價(jià)降到最低，把效率最大化。三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作模式下，利用三維設(shè)計(jì)成果，三維模型與圖紙之間的導(dǎo)航管理，模型碰撞檢查，空間距離校驗(yàn)等，幫助設(shè)計(jì)人員在盡早發(fā)現(xiàn)存在的缺陷，并及時提出可行的意見，通過方案優(yōu)化和設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降低造價(jià)、節(jié)約投資和可持續(xù)發(fā)展。通過三維設(shè)計(jì)優(yōu)化，富平330kV變電站占地面積減少百分之十八點(diǎn)五，總建筑面積減少百分之四十九，施工圖階段專業(yè)間數(shù)據(jù)校對工日減少百分之二十五，人力資源節(jié)約百分之二十五，材料實(shí)現(xiàn)自動統(tǒng)計(jì)，準(zhǔn)確率達(dá)到百分之百，建成了新一代智能變電站。

結(jié)語

基于統(tǒng)一編碼規(guī)范的ELEC軟件與BRCM軟件接口方案有助于提高數(shù)字化軟件間數(shù)據(jù)共享的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。利用ELEC軟件與BRCM軟件間的自動數(shù)據(jù)比對功能，可實(shí)時提示用戶相關(guān)屏柜、電纜等修改信息，最終實(shí)現(xiàn)變電站不同專業(yè)間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳莉.變電站三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（27）.

（作者單位：內(nèi)蒙古電力集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究有限責(zé)任公司）