借助電氣二次輔助設計軟件提升圖紙質量

馬彥琴，許玉香，楊 剛，張 捷

（西北電力設計院，陜西 西安710075）

隨著我國電力事業蓬勃發展，變電站和相關輸電設施的規模化建設，工程建設工期日漸嚴格，電力設計行業也面臨設計周期不斷壓縮、圖紙精細化程度要求越來越高、設計任務不斷加重的情況，而傳統的設計手段存在以下弊端：（1）原理圖深度不夠；（2）根據原理圖內容繪制二次端子排接線圖工作量大，人為差錯率高；（3）根據原理圖及端子排接線圖編制測點清冊，大量信息重復性復制粘貼極易出錯且設計階段不易察覺錯誤；（4）根據端子排圖手動開列電纜，自動化程度較低，需要耗費大量的人力和時間進行相關的統計；（5）設計人員習慣不同，常常按照個人習慣編制回路號，導致現場信息不便于查對；（6）設計人員水平及細心程度參差不齊，導致對二次回路電纜接線差錯較多；（7）對設備名稱及編號沒有規范化管理，導致電纜長度測量存在偏差。因此，如何在緊張的外部環境下及內部設計壓力下進一步提高設計質量和設計效率，提升設計服務，成為設計行業生存和發展的迫切要求。

針對以上問題，我院在前后調研多家設計院當時的設計現狀及市場上一些電氣設計軟件后，認為利用計算機軟件提高電氣二次設計的效率和質量迫在眉睫，并于2015年引進了一款電氣二次輔助設計軟件，借助此軟件以用于二次設計工作，該軟件的使用在滿足業主要求的電氣二次原理圖出圖深度、精度和質量的同時，進行標準化、模塊化建設，規范設計過程中信息的高度統一、利用軟件通過原理圖中的信息匹配自動生成電纜接線表和接線端子圖，大大減少了設計人員手動繪制端子排圖的差錯并節省了設計時間。

然而，隨著外部環境不斷變化及軟件的不斷使用，設計人員發現此軟件的開發過程并未完全有設計人員的全程參與，從使用角度來說，一些功能的使用還需進一步優化以滿足設計質量的提升。我院設計人員深度參與，結合多個工程施工圖的設計，采用邊設計邊優化開發邊測試的研發方式，與軟件公司密切配合，開發了“智能軟件模塊”的功能，使此款軟件真正適用于設計人員使用，完全將設計人員的智慧融于軟件中，完全符合以人為本，以提升質量為目標的發展方向。

1 二次輔助設計軟件使用特點

1.1 規范設計流程

未使用二次輔助設計軟件之前，設計人員在接到卷冊設計任務后，往往在沒有統一約束的情況下便開始施工圖設計，存在各卷冊開列的電纜清冊起始點設備編碼不統一而導致電纜測量出現偏差，導致電纜類型超出本工程招標范圍的情況。也存在部分設計人員還沒有完全消化廠家資料，直接在端子排上接線設計，導致部分原理圖與端子排圖接線不符的情況。

使用軟件后，所有的設計工作需在統一的項目數據庫下完成。設計流程如圖1所示。

圖1 設計流程圖

工程主設人需在施工圖開展前建立項目數據庫，并分派好卷冊到指定設計人員，設計人才能開展施工設計任務。此時，所有的設計工作將在統一的數據庫中進行。設計人首先繪制原理圖，其中涉及到端子接線的數據，依照設備一端子一芯線的順序調用軟件的固定模塊，并完成相應的回路號、芯線說明填寫，并開列電纜。直到圖紙數據提交后，電纜兩側端子號均在原理圖中顯示出來，則證明此設備原理圖繪制完成。此時，可以進行糾錯檢查，軟件將對查到的錯誤名稱、未顯示全電纜兩側信息的電纜號發生的位置在excel中顯示，以提示設計人進行修改完善。修改完成后的相關數據自動提取并存入項目數據庫。最后根據原理圖自動生成端子排圖、接線表和電纜清冊。

規范設計流程后，規避了常規設計中常常會出現的信息數據不一致的問題，由于信息不對稱而引起的差錯變為零概率。

1.2 標準化信息輸入

在項目數據庫中，所有數據信息都標準化輸入，包括設備名稱、設備編碼、設備位置編號、電纜類型、所有卷冊的編號及名稱等信息。項目數據庫信息如圖2所示。

圖2 項目數據庫信息圖

全站所有一次、二次設備的名稱、編碼、位置編號都是具有唯一性；電纜類型也統一規范，設計的每根線纜的電纜類型只能從項目數據庫中選取；所有信息均由工程主設人在項目數據庫中錄入和修改，設計人員在卷冊設計時只需從項目數據庫中調用相關數據。這樣，全站二次圖紙中所有設備信息一致，電纜接線表、電纜清冊等所有設備信息一致，避免了由于手誤、遺漏、不同設計習慣而產生的信息不對稱問題，減少了專業配合時間，提高了圖紙效率。

1.3 原理圖設計智能化

原理圖設計是電氣二次設計的主要工作，也是最能體現設計深度和設置質量高低的地方。在不依賴設計軟件的情況下，由于設計工作量大，設計人員只在圖紙上標注回路號，無法從原理圖中看到本屏柜回路對側的接口信息。

借助于二次輔助設計軟件，二次原理圖設計時，以定義設備、識別端子號、繪制芯線、開列電纜的順序進行，并將分散在每張圖上的設備信息、端子號、芯線等關聯信息數據匯集到工程庫中，通過對數據的分析和處理，形成一個完整的數據連接回路，并進一步生成整站的數字化模型。通過這個整站數據模型，可以獲取到回路對側的電纜編號、端子編號以及所在圖號等信息，并在回路定義的界面顯示出來。對于對側已經定義好的回路，只需要從回路列表中將其選擇出來即可，避免了兩側回路號和回路說明不一致帶來的問題。回路定義界面如圖3所示。

圖3 回路定義

原理圖數據提交后，會對設備信息的唯一性和準確性進行自動檢查，圖中會自動顯示對側的端子信息，如果電纜是對側開列的，也會顯示回路上的電纜編號，通過歸納后，會自動顯示對側端子所在的圖號。如果回路上沒有顯示對側的信息，則說明兩側的回路沒有對應上，設計人員可以根據這些信息確認回路的對應情況，避免了兩側回路或者電纜不一致帶來的現場接線錯誤的情況出現。借助二次輔助設計軟件完成的原理圖如圖4所示。

圖4 原理圖回路

1.4 自動化成品輸出

所有設備的設計輸入信息確認無誤后，二次輔助設計軟件可以自動生成設備的端子排接線圖、電纜接線表和電纜清冊等成品，并能做到原理圖與端子排接線等成品保持零差錯的一一對應關系，極大地提高了設計效率。同時，校審人員只需對原理接線圖進行校審，大大縮短了校審時間，提高了校審效率。

1.5 數據信息共享化

所有卷冊的數據信息均實時保存在項目數據庫中，設計人員可以方便地提取不同卷冊的設計信息進行比對，實現設計接口數據的互相引用和校驗，有效避免不同卷冊之間信息的不對稱或設計重復、遺漏情況。

同時，每一個工程項目設計完成后，都形成一個完整的數據庫，其他工程在設計時，可以直接導入之前工程的數據庫內容，對其進行參考修改后即可使用，做到了數據信息及設計經驗積累的最大化利用。

2 二次輔助設計軟件應用情況

目前，我院電氣二次專業、保護專業、遠動專業施工圖設計采用電氣二次輔助設計軟件完成常規站和智能站（電纜接線部分）的施工圖設計。該軟件的使用在滿足國家電網公司等業主要求的電氣二次原理圖出圖深度、精度和質量的同時，利用軟件通過原理圖中的信息匹配自動生成電纜接線表和接線端子圖，大大減少了設計人員手動繪制端子排圖的差錯并節省了設計時間。自該軟件在扎魯特±800kV換流站、±1100kV昌吉換流站、NEW LAHOER 500/220kV SUBSTATION、芒康500kV變電站、西安北750kV變電站等國內外重大項目中使用以來，不但提高了設計質量和效率，也受到業主、施工調試單位等的認可。

在二次輔助軟件的使用過程中，設計人員也結合最新要求在使用該軟件的過程中從設計角度出發，深度參與，對軟件也提出更智能化和一些輔助功能自動實現的要求，比如在應用廠家資料時，能否不要機械式完成復制粘貼后，才開始原理的進一步設計；芯線繪制及電纜定義時能否標準化一些數據信息，采用點選方式進行設計；結合電氣二次圖紙特點，能否建立子卷冊可以更有效地對圖紙進行管理設計；端子排的生成，能否直接識別廠家圖紙完成，減少設計人員粘貼復制的工作量以及出錯的概率等。

我們一直在探索，能否通過設計人員的深度參與，并結合工程設計需求，開發出真正適應于設計人員使用的二次輔助軟件，將設計人員的智慧融于軟件中，以人為本，以提升質量為目標，對智能化輔助設計軟件進行深化應用開發研究，并逐步實踐，邊設計邊對軟件進行優化邊測試，初步開發了“智能軟件模塊”的功能應用。

3 智能軟件模塊功能

通過設計人員全程深度參與，與軟件公司一起對二次輔助設計軟件的智能化輔助設計功能開發優化建設，對數據信息提前梳理規定，進行標準化、模塊化建設，主要有以下幾方面內容闡述。

3.1 廠家資料智能化導入模塊

電氣二次專業原理圖設計大多基于廠家圖紙繪制，因此需要將廠家圖紙逐張添加到二次輔助設計文件系統中。由于二次設備廠家圖紙較多，每個廠家圖紙的圖框都不同，有些圖框是塊，有些圖框是直線繪制而成，種類繁多。如果不能自動獲取圖紙內容、圖紙名稱信息導入到軟件中，人為拷貝復制，面對眾多的廠家設備圖紙，十分費時費力。“廠家資料智能化導入模塊”能智能化識別廠家圖紙資料的模塊，提取廠家資料的圖名、圖紙內容等圖紙數據，然后去掉廠家圖框并把內容按設定好的比例放入設計院的標準圖框中，便于設計人員直接開展原理圖接線設計。

3.2 子分冊功能模塊

電氣二次線分冊圖紙數量大多數在一百張至三百張之間，使用二次輔助軟件繪制圖，雖然圖紙深度滿足業主要求，但設計時，每張圖紙都要設置主設備或添加設備框定義設備才可開始芯線繪制，且圖紙目錄中將所有圖紙名稱都提取其中，不具有條理性，不便于圖紙查看，也不便于后續圖紙的套用操作。“子卷冊功能模塊”可以將一個大卷冊下的不同的柜子或者一類圖紙放在一個獨立的子分冊下，編制同一個圖號，按子分冊統一設置主設備。

這樣，一個卷冊下的圖紙目錄看起來清晰明了、查圖方便，既可以避免一個卷冊下圖紙過多，圖號太大的問題，也便于后續的圖紙套用等操作。子分冊下的圖紙都是同一個圖號，可通過第幾頁共幾頁等小圖號來區分圖紙。子分冊模塊還具有一些新增子分冊、修改子分冊、刪除子分冊功能來實現子分冊的管理。

3.3 端子排智能化轉換模塊

在電氣二次的設計工作中，有些廠家提供的端子排是一張大的表格，而施工及運維方需要的端子排是標準的三列或者四列形式的，這時候就需要將廠家提供的端子排轉換成標準的端子排。如果靠人工去處理，將會帶來很大的工作量，而且容易出錯。“端子排智能化轉換模塊”可自動處理表格端子排，把廠家提供的表格端子排變成常規的端子排，如圖5所示。

圖5 端子排智能化轉換示意

3.4 端子排智能化出圖模塊

端子排不僅要體現原理圖上的回路接線，還要保留廠家在端子排上標注的內部接線等信息，包括：回路號、短接線、接地、拆分端子等信息，已有二次輔助設計軟件只能識別出原理圖中已接線的端子接線表示在端子排上，而廠家端子排的內部配線、轉接線等均需要拷貝到出圖的端子排接線中。這樣不易操作，且非常容易出錯。“端子排智能化出圖模塊”根據不同廠家的端子排特性，錄入一些配置信息，抽象出軟件算法需要的一些特征，并根據這些特征構造端子排配置模型。有了這個模型后，就可以根據模型做出端子排配置的用戶界面，且同一類端子排只需要創建一次配置即可，配置錄入后，所有人都可以調用。

3.5 測點清冊智能化生成模塊

變電工程中有大量的測點數據，需要在工程完成后統計出來。這些測點回路與普通回路在繪制原理圖的時候沒有區別，目前靠人工篩選，不僅工作量大，而且容易出錯。“測點清冊智能化生成模塊”只需要設計人員提前對回路號、電纜編號等提前規定，在原理圖設計時按照提前規定好的編號原則進行設計，就可通過回路編號和電纜編號按照規定好的匹配模式將符合條件的測點回路篩選出來，按預定好的excel表格形式自動生成測點清冊。

3.6 數據連接擴展智能化模塊

在工程設計中，會出現有很多相同的設備在多個間隔中反復出現的情況，每個設備都會對應著一張或者一套原理接線圖，比如斷路器、隔離開關的機構箱等。這些圖紙的特點是接線基本相同，相似度很高。對于這樣的設備接線，如果每個設備都單獨出一套原理接線圖，會有很多重復性的工作，而且一旦廠家資料有變化，所有的圖紙都要做相應的調整。

智能化數據連接擴展模塊通過添加設備的方式，實現繪制電纜一端相似設備一套圖紙，關聯另一端所有設備，所有設計信息全部在清冊、圖紙中體現，圖紙大量減少，設備信息卻全部體現。一套原理圖對應多個設備（簡稱“一對多”）的功能通過設計人員的智慧，利用軟件處理好虛與實的結合，節約設計成本。數據連接擴展智能化模塊使用前后比較示意圖如圖6所示。

圖6 數據連接擴展智能化模塊使用前后比較示意圖

3.7 智能定義電纜說明模塊

在某些省份工程中，需要在電纜清冊中標注每條電纜的功能說明，如果在定義電纜的時候手動輸入每條電纜的說明信息，將會帶來很大的工作量，而且不同的設計人員對同一個電纜功能的描述可能有差別，“智能電纜定義模塊”通過定義電纜說明模塊，設計人員可以根據不同功能電纜下回路的模式去定義匹配的電纜。模式只需要建立一次，整個工程都是共享的，設計人員可以通過軟件界面方便地定義不同功能電纜下回路的匹配模式。

4 結束語

結合以人為本，以提升質量為目標，在原有二次輔助設計軟件基礎上新增智能化模塊和對部分原有模塊的功能完善相結合的方式，對二次輔助設計軟件進行優化，進一步減少了人為干擾，提升了圖紙質量和出圖效率，從目前工程實際應用來看滿足設計需求及發展方向。同時，隨著軟件的不斷深入應用，對于“智能軟件模塊”我們還在不斷摸索新功能，向著真正智能化的方向邁進。對于變電站的光纜連接、虛回路設計等專屬于智能變電站的設計內容，也在不斷開發新的功能模塊。