三維設計技術用于110 kV 變電站電纜層電纜通道規劃布置研究

祝陳晨，陳佳駿，李芮珂

（1.中國電力建設集團上海電力設計院有限公司，上海 210025； 2.國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499；3.上海大學教務部，上海 200444）

根據《國家電網有限公司輸變電工程通用設備（35～750 kV 變電站》［1］的典型設計110-A2-7方案，某110 kV 變電站最終設計規模為3 臺主變，110 kV/10 kV 電壓等級。110 kV 側接線采用一進三出（含支接變壓器）接線，共計12 回進出線；10 kV 側采用單母線六分段環形接線，出線48 回。按照最終出線規模，共涉及12 回110 kV 線路×3+48 回10 kV 線路×1.5（雙拼）=108 根線路。此外，110 kV 電纜層內還有GIS 至其他無功補償設備的電纜線路。因110 kV 變電站所有的10 kV出線均需要結合變電站周邊負荷增長情況來考慮，所有電纜不可能同期實施，因此電纜之間的敷設順序，交叉跨越順序難以確定。如果缺少統一的電纜通道規劃，對電纜層設計、施工、運行維護都將帶來極大不便。

根據《國網上海市電力公司關于加強變電站電纜層內電纜及支架設計和施工管理的通知》（國網上電建〔2022〕27 號）要求，設計單位在設計新建輸變電工程的站內電纜層時，應結合本站遠景進、出線電纜總體規模綜合考慮電纜層內所有電壓等級（含本期和規劃）電纜的路徑和支架的位置。原則上，電纜層內后續建設的電纜路徑應與原輸變電工程的規劃電纜路徑相吻合。本文主要從三維設計技術角度開展對110 kV 變電站電纜層電纜通道的規劃布置研究。

1 110 kV 變電站電纜層三維設計方式

運用三維設計技術，建立110 kV 變電站電纜層實體三維模型，可以直觀地表現出電纜層中電纜及其附件、電纜支架和設備之間的關系，是研究電纜層電纜通道規劃布置的有效方式。

采用上海電力設計院有限公司自主開發的“SEPD 電纜設計平臺”進行110 kV 變電站電纜層三維設計研究。該軟件采用C 語言和SQL Server數據庫，基于Revit 平臺二次開發，可用于電纜工程數字化設計，包含排管、電纜、隧道、出圖等模塊，可以實現電纜工程數字化設計、標準化管理、參數化建模等功能。該軟件結構合理、功能完善、界面友好、操作方便，經過多個項目應用，能夠充分表達設計方案，滿足交互設計需求。

2 電纜層電纜布置原則

《國家電網有限公司輸變電工程標準工藝（電纜工程分冊）》［2］和《國家電網有限公司輸變電工程標準工藝（變電工程電氣分冊）》［3］關于電纜施工的有關要求如下：電纜應排列整齊，走向合理，盡量避免交叉；如難以避免，應充分利用空間資源，在終端下方交叉；電纜敷設時，電纜所受的牽引力、側壓力和彎曲半徑應符合相關規范的規定；不應在電纜層設置中間接頭。

GB 50217—2018《電力工程電纜設計標準》［4］關于電纜上支架布置的相關規定如下：宜按電壓等級由高至低的電力電纜、強電至弱電的控制和信號電纜、通信電纜“由上而下”的順序排列；支架層數受通道空間限制時，35 kV 及以下的相鄰電壓級電力電纜可排列于同一層支架；同一重要回路的工作與備用電纜應配置在不同層或不同側的支架上，并應實行防火分隔；除交流系統用單芯電纜情況外，電力電纜的相互間宜有1 倍電纜外徑的空隙。DL/T 5521—2016《城市電力電纜線路設計技術規定》［5］對電纜支架的層間允許最小凈距和電纜支架離底板和頂板的最小凈距進行了規定。

通過三維設計，在變電站結構模型的基礎上，根據相關規范對安全距離和電纜彎曲半徑的要求，并遵循電纜長度短、轉彎少、盡量避免電纜交叉和聚集等原則，按照電纜層實際情況定制化設計了電纜支架，從而可以充分利用站內空間。

3 設計流程

（1）創建建筑模型：參照二維110 kV 變電站平面圖，按1∶1 實際尺寸進行整體建筑物建模，一層電氣平面和電纜層的梁、板、柱、預留洞口等構建模型也按要求創建，如圖1 所示。

圖1 110 kV 變電站建筑模型

（2）創建電纜支架模型：按照變電電氣專業設計圖紙的要求，對不同類型的電纜支架進行建模，并形成標準模型組件，以便按照電氣專業圖紙在建筑模型中進行批量定位，如圖2 所示。

圖2 電纜層電纜支架模型

（3）創建電纜敷設模型：在已完成的建筑和電纜支架模型中，按照設定的電纜層電纜布置原則確定電纜敷設方案路徑，利用“SEPD 電纜設計平臺”軟件完成電纜敷設建模，如圖3 所示。

（4）檢查優化模型：在已完成上述創建步驟的模型基礎上，進行電纜轉彎半徑、電纜、電纜支架、建筑之間的相互碰撞檢查，并對不合理的部位進行優化調整，最終完成模型，如圖4 所示。

圖4 電纜轉彎半徑校核

4 三維設計技術的應用價值和優缺點

4.1 優勢分析

（1）提升各專業設計的協同性。采用三維技術開展電纜層設計，各專業協同完成一整套變電站三維模型，并在電纜層模型中將本期及遠期電纜模擬布置，反映電纜支架布置的合理性、規范性，有效避免二維設計的平面思維盲區，能夠提早暴露問題，提升各個專業的協同性。

（2）提高施工效率。在設計階段采用三維設計工具，可有效避免碰撞問題，減少施工過程中的設計變更。設計交底階段，通過三維模型的三維、剖面、平面渲染圖結合展示，可有效直觀地使施工單位在施工準備階段發現現場實施限制條件，提前做好應對方案和應急預案，有效提高施工效率。

（3）完善質量管理體系，節省投資。建管單位、監理單位可以通過三維模型與現場實際對比，實現全過程質量檢測監督，更直觀反映現場與圖紙的差異性，有效完善現場質量管理體系。另外，采用二維設計電纜層電纜通道規劃布置時，因無法精確掌握電纜走向往往會采用在設計階段增加電纜裕量的方式避免后期變更，多余的電纜裕量勢必會增加材料投資，造成浪費。三維設計的推廣應用，有利于有效控制工程建設投資。

（4）指導規劃。電力公司規劃、發展部門借助110 kV 變電站電纜層三維設計模型，可以清楚地了解變電站某一方向出線通道還有多少預留，能夠更加有效統籌規劃電力通道資源。

4.2 存在的問題

借助三維設計技術研究電纜通道的合理規劃布置具有很高的應用價值，但由于Revit 軟件的特性制約，還存在著部分問題。例如在各個專業協同設計過程中，需要與多種設計軟件相互配合，Revit 對其他軟件的支持度較差，兼容性不足。另外三維設計建模基礎數據量大，需要占用大量電腦內存資源，打開一個模型需要花費較長時間，對硬件設備有一定的要求。

5 結語

采用三維設計技術可以有效提高電纜通道布置的設計精度，避免二維設計的諸多弊端。除了可以清晰直觀地表現出電纜層的空間關系，提高設備布置的有效性和質量，還能借助三維軟件的協同功能，同步進行各個專業的校驗工作，有利于及時發現設計問題。因此，將三維設計技術用于110 kV 變電站電纜層電纜通道規劃布置具有很高的應用推廣價值。